脱硫管道损坏的原因分析
发布日期：2015-12-28 16:15 来源：未知 点击：
湿法烟气脱硫浆液管道，具有普通流体管道几乎所有特性，同时由于浆液管道内介质为石灰石粉或石膏粉等细小颗粒同水的混合物，并夹杂着部分氯离子（20000ppm以内）和重金属离子，使得浆液管道具有易磨损、易腐蚀及易堵塞等特点。
以邹县电厂为例，邹县发电厂8台机组脱硫系统均采用德国比晓芙湿法烟气脱硫技术，其工艺流程示意图如下：
图1 湿法空塔吸收烟气脱硫装置工艺流程示意图。
由上图可知，就其腐蚀环境区域构成而言，主要分为三个部分：一是烟气输送及热交换系统；二是烟气含SO2的吸收及氧化系统；三是废水回收、石膏脱水及吸收剂（石灰石浆液）传输系统。其中烟气输送及热交换系统中主要包括烟道、换热器、挡板等设备，管道应用较少，因此脱硫管道主要集中在二、三区域。现从浆液分部分介质属性及浆液属性对管道损坏机理两大方面来分析。
2.1 浆液介质属性分析
2.1.1吸收剂制备系统内部浆液主要成分为石灰石浆液，PH值在8-9之间，弱碱性的化学性能需要管道内衬具有较强的耐碱性，但石灰石浆液为过饱和浆液，掺杂了部分石灰石的固体颗粒及其他惰性杂质，对管道内衬层有很强的磨损。
2.1.2吸收塔系统内部浆液为石灰石和石膏的混合浆液，为达到较高的脱硫效率及脱硫速度，一般控制PH值在5.3-5.6之间，若PH值偏低，对吸收塔系统的管道腐蚀性极强，另若PH偏高，虽然有利于脱硫速度的提升，但速度过快容易造成亚硫酸产物的增加，因此亚硫酸产物不稳定性后分解的亚硫酸对后续的系统更是一种严峻的考验；另有大颗粒的石膏晶体对管道的磨损也更加严重。腐蚀与磨损并重是此系统中管道的普遍要求。
2.1.3石膏排放系统中浆液主要为石膏浆液和少量石灰石浆液，旋流器前的管道存在石灰石浆液，若脱硫效率偏低或偏高，对于管道内衬层的耐磨性要求增强，另石膏浆液的化学性能为酸性，若PH值调节不正常，酸性增强，对于管道的耐酸性要求更高。
2.1.4石膏排放系统旋流站后管道主要介质为高浓度石膏浆液，属性为酸性，主要的性能要求为耐酸性强。
另有不同部位的设备附近管道有极强的腐蚀和磨损，此部位损坏的主要原因为冲刷和腐蚀并存，而且往往无理论依据可言，针对此种特殊部位，研究人员将对此个别对待，寻找一种性价比更高的产品。
2.2浆液介质属性对管道的影响
2.2.1腐蚀性
因浆液具有弱酸性，并且还夹杂着部分氯离子和氟离子，这些物质会与碳钢管壁发生化学反应而使钢管腐蚀，直至烂穿，影响脱硫装置的使用寿命。主要反应式为：
4Fe＋SO42-＋4H2O = FeS＋3Fe(OH)2＋2OH-
另外，Cl-比氧更容易吸附在金属表面，并把氧排挤掉，从而使金属的钝化状态遭到局部破坏而发生孔蚀，某些不锈钢材料也难以避免。浆液对金属管的腐蚀形式有：点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀、电化腐蚀等等。
防止腐蚀的最佳方法是阻止浆液与金属面接触。因此选择具有内衬层的管道成为了必然趋势，目前市场上存在多种带内衬层的管道，如衬胶、衬塑、陶瓷内衬复合管道等。如何选择内衬层成为了各大电厂最大的问题症结所在。
2.2.2磨损性
浆液的磨损性是指浆液中固体颗粒（特别是硅酸盐类）对被磨损材料的撞击及破坏。湿法烟气脱硫浆液介质主要由石灰石（CaCO3）颗粒（含有少量SiO2）、石膏（CaSO4•2H2O）颗粒和水组成，浆液的成分：
反应中石灰石浆液：浆液中主要固体成分为石膏晶体和少量石灰石、惰性物质等，质量浓度在15%-20%左右，浆液为酸性混合物，运行PH值在4.5-6.0之间，浆液中氯离子浓度一般在20000-60000个PPM之间。此种浆液一般为脉冲悬浮系统及循环泵系统等在吸收塔浆液内部循环的管道。磨损与腐蚀并重，也是整个脱硫系统关系到脱硫率的重点部位，容易造成脱落堵塞泵、管道及喷嘴。
从表2-1可以看出，浆液的含固量一般为4.0%~50%。石灰石浆液颗粒直径取决于石灰石粉的目数，按照低标准250目的要求衡量，则石灰石浆液颗粒的直径一般小于60μm，而石膏颗粒粒径也大多小于100μm。在较高的流速(3m/s以上)时，这些颗粒会对管道内壁产生严重的磨损或冲蚀。
2.2.3易堵塞性
湿法烟气脱硫浆液管道为两相流。两相流的特点是流速一定要控制在合适的范围之内。流速高了易产生磨损并大大增加管道阻力，而流速低了则会产生沉积，缩小管道的流通面，直至堵塞整根管道。浆液管道的易堵塞还表现在沉积物长期不清理会导致硬化结块，最终整根管道报废。
对于含有弱碱性（含Ca2-）的管道还有容易结垢的特点，不管流速如何，长期运行均会导致管道结垢堵塞。这也是湿法烟气脱硫吸收塔浆液PH保持5~6（弱酸性）的重要因素之一。
以邹县电厂为例，邹县发电厂8台机组脱硫系统均采用德国比晓芙湿法烟气脱硫技术，其工艺流程示意图如下：
图1 湿法空塔吸收烟气脱硫装置工艺流程示意图。
由上图可知，就其腐蚀环境区域构成而言，主要分为三个部分：一是烟气输送及热交换系统；二是烟气含SO2的吸收及氧化系统；三是废水回收、石膏脱水及吸收剂（石灰石浆液）传输系统。其中烟气输送及热交换系统中主要包括烟道、换热器、挡板等设备，管道应用较少，因此脱硫管道主要集中在二、三区域。现从浆液分部分介质属性及浆液属性对管道损坏机理两大方面来分析。
2.1 浆液介质属性分析
2.1.1吸收剂制备系统内部浆液主要成分为石灰石浆液，PH值在8-9之间，弱碱性的化学性能需要管道内衬具有较强的耐碱性，但石灰石浆液为过饱和浆液，掺杂了部分石灰石的固体颗粒及其他惰性杂质，对管道内衬层有很强的磨损。
2.1.2吸收塔系统内部浆液为石灰石和石膏的混合浆液，为达到较高的脱硫效率及脱硫速度，一般控制PH值在5.3-5.6之间，若PH值偏低，对吸收塔系统的管道腐蚀性极强，另若PH偏高，虽然有利于脱硫速度的提升，但速度过快容易造成亚硫酸产物的增加，因此亚硫酸产物不稳定性后分解的亚硫酸对后续的系统更是一种严峻的考验；另有大颗粒的石膏晶体对管道的磨损也更加严重。腐蚀与磨损并重是此系统中管道的普遍要求。
2.1.3石膏排放系统中浆液主要为石膏浆液和少量石灰石浆液，旋流器前的管道存在石灰石浆液，若脱硫效率偏低或偏高，对于管道内衬层的耐磨性要求增强，另石膏浆液的化学性能为酸性，若PH值调节不正常，酸性增强，对于管道的耐酸性要求更高。
2.1.4石膏排放系统旋流站后管道主要介质为高浓度石膏浆液，属性为酸性，主要的性能要求为耐酸性强。
另有不同部位的设备附近管道有极强的腐蚀和磨损，此部位损坏的主要原因为冲刷和腐蚀并存，而且往往无理论依据可言，针对此种特殊部位，研究人员将对此个别对待，寻找一种性价比更高的产品。
2.2浆液介质属性对管道的影响
2.2.1腐蚀性
因浆液具有弱酸性，并且还夹杂着部分氯离子和氟离子，这些物质会与碳钢管壁发生化学反应而使钢管腐蚀，直至烂穿，影响脱硫装置的使用寿命。主要反应式为：
4Fe＋SO42-＋4H2O = FeS＋3Fe(OH)2＋2OH-
另外，Cl-比氧更容易吸附在金属表面，并把氧排挤掉，从而使金属的钝化状态遭到局部破坏而发生孔蚀，某些不锈钢材料也难以避免。浆液对金属管的腐蚀形式有：点蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀、电化腐蚀等等。
防止腐蚀的最佳方法是阻止浆液与金属面接触。因此选择具有内衬层的管道成为了必然趋势，目前市场上存在多种带内衬层的管道，如衬胶、衬塑、陶瓷内衬复合管道等。如何选择内衬层成为了各大电厂最大的问题症结所在。
2.2.2磨损性
浆液的磨损性是指浆液中固体颗粒（特别是硅酸盐类）对被磨损材料的撞击及破坏。湿法烟气脱硫浆液介质主要由石灰石（CaCO3）颗粒（含有少量SiO2）、石膏（CaSO4•2H2O）颗粒和水组成，浆液的成分：
反应中石灰石浆液：浆液中主要固体成分为石膏晶体和少量石灰石、惰性物质等，质量浓度在15%-20%左右，浆液为酸性混合物，运行PH值在4.5-6.0之间，浆液中氯离子浓度一般在20000-60000个PPM之间。此种浆液一般为脉冲悬浮系统及循环泵系统等在吸收塔浆液内部循环的管道。磨损与腐蚀并重，也是整个脱硫系统关系到脱硫率的重点部位，容易造成脱落堵塞泵、管道及喷嘴。
从表2-1可以看出，浆液的含固量一般为4.0%~50%。石灰石浆液颗粒直径取决于石灰石粉的目数，按照低标准250目的要求衡量，则石灰石浆液颗粒的直径一般小于60μm，而石膏颗粒粒径也大多小于100μm。在较高的流速(3m/s以上)时，这些颗粒会对管道内壁产生严重的磨损或冲蚀。
2.2.3易堵塞性
湿法烟气脱硫浆液管道为两相流。两相流的特点是流速一定要控制在合适的范围之内。流速高了易产生磨损并大大增加管道阻力，而流速低了则会产生沉积，缩小管道的流通面，直至堵塞整根管道。浆液管道的易堵塞还表现在沉积物长期不清理会导致硬化结块，最终整根管道报废。
对于含有弱碱性（含Ca2-）的管道还有容易结垢的特点，不管流速如何，长期运行均会导致管道结垢堵塞。这也是湿法烟气脱硫吸收塔浆液PH保持5~6（弱酸性）的重要因素之一。
