脱硫塔内衬花岗岩防腐应用研究

梁 磊

(江苏中轶环保集团有限公司，江苏 宜兴 214214)

双碱法是采用钠基脱硫剂进行塔内脱硫，由于钠基脱硫剂碱液和烟气中酸酐溶解于水生成的酸液会对设备、管道等造成腐蚀，脱硫工艺中的防腐问题一直是烟气脱硫领域研究中的重要课题[1－4]。脱硫塔作为脱硫系统的核心设备，做好防护保养工作势在必行[5－6]。目前，湿法脱硫中脱硫塔的防腐技术主要有整体玻璃钢或合金钢、碳钢衬合金、衬胶或衬玻璃鳞片胶泥防腐等，内衬花岗岩防腐还鲜为报道。在工程实践基础上，结合某化工企业双碱法脱硫系统脱硫塔防腐工程实例，总结研究花岗岩作为脱硫塔防腐衬里的应用情况，为今后工程实践提供参考。

1 脱硫塔防腐工艺确定

某化工企业新建2×55 t/h三废锅炉，年运行7000 h。烟气处理选择钠钙双碱法脱硫工艺，脱硫系统采用一炉一塔，脱硫塔规格为φ5.2 m×21.2 m，处理烟气量为2×170 dam3/h(标准状况)。脱硫塔本体采用碳钢结构，工艺流程见图1。

图1 双碱法烟气脱硫工艺流程Fig.1 Technology process of double alkali flue gas desulfurization

脱硫塔腐蚀主要有缝隙腐蚀、点腐蚀、应力开裂腐蚀、气泡腐蚀、接触腐蚀、酸(碱)液腐蚀、露点腐蚀、结晶腐蚀及卤化物腐蚀等[7－9]，其中以脱硫剂碱液和烟气中酸酐溶解于水生成的酸液[10]所引起的麻点腐蚀最为突出。

由于锅炉燃料为煤气掺烧少量煤渣，成分不稳定，含水率较高，且燃烧后烟气中含有SO2，HCl及HF等强酸性气体，锅炉出烟温度较低，约为90℃，经喷淋后温度降至约40℃，极易产生低温露点腐蚀，因此，脱硫塔的防腐必须重视。根据实际经验进行分析探讨后，决定采用花岗岩防腐。花岗岩与脱硫塔本体用不锈钢钉固定，环氧树脂胶泥浇灌黏合。

2 材料

2.1 花岗岩

花岗岩是一种由岩浆在地壳深处逐渐冷却凝固形成的构造岩，本工程采用的花岗岩化学成分见表1。

表1 花岗岩化学成分Table1 Chemical composition of granite w，%

由表1可知，花岗岩中SiO2含量较高，因此花岗岩具有较强的耐酸性，经检测耐酸度高达97.5%;其次，花岗岩中还含有大量 Al2O3，CaO，MgO及Fe2O3等金属氧化物，因此也具有较好的耐碱性。此外，花岗岩耐磨性能好，比铸铁高5～10倍;莫氏硬度为6，比普通钢板高1～2;其热稳定性好，随外界温度的变化甚微;花岗岩的线膨胀系数为 4.61 ×10－6m/(m·℃)，仅为钢铁的40%。基于上述特点，花岗岩更适于作为工况条件复杂多变的脱硫塔内衬防腐材料。

2.2 环氧树脂胶泥

环氧树脂作为防腐蚀材料不但具有密实、抗水、抗渗漏好、强度高等特点，同时还具有附着力强、常温操作、施工简便等良好的工艺性能。环氧树脂胶泥是以环氧树脂为胶结材料，加入固化剂和填料配置而成。本工程采用环氧值在0.4以上的618环氧树脂为胶结材料，固化剂为T31，填料为200目的石英粉，配合比为100∶5～20∶30。胶泥配置时依次加入树脂和石英粉，搅拌均匀后加入固化剂。配置时若环氧树脂过稠，可适当加入丙酮调匀后再加石英粉，胶泥宜随配随用。

2.3 防腐材料性价比分析

目前国内常用的双碱法脱硫塔防腐形式主要有乙烯基酯树脂鳞片、橡胶衬里、镍基合金板衬里及钛基合金板衬里等，本工程防腐面积约800 m2，其防腐经济性见表2。

表2 几种防腐类型经济性对比Table2 Economy comparison of several anti－corrosion form

由表2可知，采用镍基合金板衬里、钛基合金板衬里一次性投入成本较高，其优点是运行中维护很少，目前使用较为广泛，但其使用寿命一直未见报道。橡胶衬里和乙烯基酯树脂鳞片无论造价还是使用寿命均不及花岗岩衬里，因此，脱硫塔内衬花岗岩防腐在双碱法脱硫系统中具有更好的性价比，更具适用性。

3 施工工艺流程及措施

3.1 施工工艺流程

基体验收→表面打磨→喷砂除锈→不锈钢钉焊接→花岗岩开孔→花岗岩支模固定→配制环氧树脂胶泥→灌浆→排气压实→补缝→重复以上步骤→最终检查→验收。

3.2 施工措施

脱硫塔内衬花岗岩的施工范围主要包括脱硫塔底板、壁板、顶板、设备接管及内支撑梁等。针对脱硫塔各部位的结构特点，采取有效施工措施是保证工程质量的关键。

3.2.1 底 板

本工程采用塔内浆液循环，运行时，塔内底板需长期承受酸或碱溶液的浸泡，该区防腐必须慎重。为简化施工操作，节约材料，底板花岗岩铺砌方式排版见图2。中幅板为整块规格φ2000 mm×500 mm×25 mm的花岗岩，边缘板可根据底板尺寸将花岗岩切割成弧状条形。底板花岗岩采用铺浆法分块施工，每一砌筑块必须边铺10 mm厚树脂胶泥底浆、边摆花岗岩、边灌竖缝，各工序交替进行。

图2 脱硫塔底板内衬花岗岩排版Fig.2 Layout chart of desulfurization tower plate lined with granite

3.2.2 壁 板

脱硫塔壁板内衬花岗岩(见图3)防腐工程量大，大部分为高空作业，花岗岩支模固定难度较大，该区防腐必须采取有效施工措施。

图3 脱硫塔壁板内衬花岗岩示意(mm)Fig.3 Schematic of desulfurizing tower siding lined with granite

由图3可知，规格为500 mm×200 mm×25 mm的花岗岩表面开4个φ6 mm的圆孔，孔横向间距为100 mm，纵向间距为250 mm。花岗岩与金属基体用40 mm长的SUS304不锈钢钉固定，超出部分弯至花岗岩表面。花岗岩与金属基体之间预留10 mm灌浆缝，沿塔壁板固定一圈后浇灌环氧树脂胶泥。浇灌完毕后，用木锤敲击花岗岩表面将胶泥排气压实，接缝及开孔处用胶泥填实。下层浇筑完毕待胶泥固化后方可进行上层施工，直至塔顶。鉴于塔内多为高空作业，施工时需搭设脚手架及架板，配用卷扬机作为材料提升工具。另外塔内密闭阴暗不通风，需设置照明及轴流风机，确保施工有条不紊地进行。

3.2.3 顶 板

为减小烟气对脱硫塔产生的结构震颤，塔顶板与壁板设计时通常有一弧形过渡区，该区及塔顶面花岗岩支模固定及胶泥浇灌较为困难，若花岗岩固定不牢，则易脱落，塔体检修人员及塔内件存在严重的安全隐患，因此，塔顶应采用玻璃布防腐(见图4)。

图4 脱硫塔顶板防腐示意Fig.4 Schematic of desulfurizing tower roof corrosion

由图4可知，花岗岩与塔顶拐角用腻子填平并形成圆滑过渡。塔顶玻璃布防腐为三布四涂，纤维布为无碱无捻纤维纱。施工完毕后，花岗岩与塔顶拐角处应增加两层玻纤布补强层，防止对接处应力疲劳开裂，补强范围自拐角外延300 mm。

3.2.4 设备接管及支撑梁

脱硫塔内件有3层喷淋层、2层除雾器及3层冲洗水层，接管或内支撑梁(见图5)数量多，施工相对繁琐，花岗岩应根据接管或内支撑梁的宽度进行切割。花岗岩支模后应加上对应的补贴块，并用不锈钢钉固定，而后进入下步工序。

4 施工重要事项

图5 设备接管及内支撑梁Fig.5 Device to take over and within the support beam

(1)为确保环氧树脂胶泥与金属基体粘结的牢固性以及提高胶泥层抗阴极剥离能力，金属基体表面除锈采用喷砂除锈，除锈等级达到GB/T 8923—1998《涂装前钢材表面锈蚀等级和涂装等级》Sa 2.5 以上;

(2)施工环境温度15～30℃为宜，相对湿度不宜大于85%，当施工环境温度低于15℃时，应采取加热保温措施，原材料使用时其本身温度不应低于环境温度;

(3)树脂胶泥在施工或固化期间严禁与水或水蒸气接触;

(4)胶泥随配随用，充分搅匀，一次配量不宜过多，避免因放热过多使胶泥过早固化;

(5)注意塔内照明、通风及人员防护，狭小空间封闭施工时必须采取强制通风。

5 质量控制

脱硫塔内衬花岗岩防腐工艺质量直接决定了其防腐性能和使用寿命，但目前国内烟气脱硫系统中没有统一的质量控制规范，各企业对防腐衬里质量控制差异较大，防腐衬里的检查主要凭借技术人员肉眼观察进行经验判断。仅靠这些是远远不够的，为便于工程技术人员对防腐衬里进行质量把关控制验收，需要有针对性地进行质量要点控制(见表3)。

表3 防腐层质量控制要点Table3 Key points of quality control of anti－corrosion layer

6 结论

(1)花岗岩热稳定性好，随外界温度的变化甚微，用于脱硫塔内衬时，塔外部无需设置保温，可节约投资成本;

(2)正确选材、加强原材料控制与科学施工是确保防腐工程质量、减少腐蚀危害的关键;

(3)花岗岩衬里与乙烯基酯树脂鳞片、橡胶衬里、镍基合金板衬里、钛基合金板衬里等相比，具有更好的性价比，适合在双碱法烟气脱硫系统中应用;

(4)双碱法脱硫所用脱硫剂为钠碱液，碱性较强，脱硫塔要同时承受烟气中酸酐溶解于水生成的酸液以及钠碱液的侵蚀，其防腐不同于单一的酸液或碱液贮槽防腐。本工程为花岗岩+环氧树脂胶泥复合防腐，一般短期内不需维护，可为同类双碱法或氨法脱硫塔内防腐所借鉴。

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