脱硫管道

脱硫管道

FGD Pipes of Rubber Lining

论述：现行能源生产方式中，燃煤发电依然是不可或缺一种方式。而燃煤产生电力，同时就会伴随产生大量的硫。而研究从锅炉和排出的废气中去除硫的方法已经有150年的历史了。从上世纪70年代，烟气脱硫系统被广泛采用。其中的管道部分防腐材料选择一直是个大问题，多种材料被反复试用，塑料、玻璃钢、陶瓷、橡胶等等，经过了十几年的反复试验后，丁基橡胶成为最受信任的材料。但是市场中参差不齐的丁基橡胶种类导致了脱硫衬胶管道的使用寿命相差巨大。本文通过对橡胶和脱硫工况的剖析，分析影响脱硫衬胶管道使用寿命的原因。

一、名词解释

1、脱硫：是指将煤中的硫元素用钙基等方法固定成为固体防止燃烧时生成二氧化硫。

脱硫方法一般可分为燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫等三类。其中燃烧后脱

硫，又称烟气脱硫（Flue Gas Desulfurization，简称FGD）。

2、衬胶管道：将橡胶安装到管道内壁，以不同橡胶的理化性能，接触到相应不同的介

质，达到防腐蚀、耐磨损的作用。

3、脱硫衬胶管道：针对烟气脱硫管道的工况，采用丁基橡胶衬里，保护石膏浆液的腐

蚀和磨损，即应用在烟气脱硫工况环境中的衬胶管道。

二、产生背景

在现行能源产生方法中，燃煤发电仍然是不可缺少的方式之一。而燃煤产生电力，同时就会含有大量的硫。而研究从锅炉和排出的废气中去处硫的方法已经有150年的历史了。从上世纪70年代，烟气脱硫系统被广泛采用。其中的管道部分防腐材料选择一直是个难点。脱硫管道所处的工况条件中，对

于腐蚀的防腐要求并不算高，核心问题是如何防

腐石膏浆液在其中的磨损。

从70年代开始，各种防腐材料被运用到脱

硫管道中，有塑料、玻璃钢、橡胶、陶瓷碳化硅

等等，经过十几年的实际使用和反复试验后，橡

胶中的合成丁基橡胶成为最受信任的材料。

三、脱硫工况中所使用的丁基橡胶衬胶管道种

类

脱硫的工况介质为石膏浆液，所选择的橡胶为丁基橡胶。丁基橡胶是由异丁烯和少量的异丁二烯交联而成，分子的主链均是由C-C键结合的线性结构，而且饱和程度高，因此具有一定的耐腐蚀和耐热性能。

丁基橡胶种类有通用丁基橡胶和卤化丁基橡胶（氯化和溴化，丁基橡胶与氯和溴反应改性的产物）。目前，全球生产丁基橡胶的装置共有11套，分别位于美国、英国、法国、俄罗斯、日本、加拿大、比利时和中国。其中，部分生产线只生产通用丁基橡胶，大部分用于轮胎业，特别适用于内胎、胶囊、气密层、侧胎等。

我国最早的丁基橡胶生产线位于北京燕山石化，投产时间是1999年，其产品主要用于轮胎内胎等的通用丁基橡胶，但是这条生产线的丁基橡胶并不完全适用于防腐橡胶衬里。我国开始大批量上脱硫装置时，针对我国的丁基橡胶产品，一般会在技术协议中要求使用进口非通用型丁基橡胶。

但是，由于有些国家的丁基橡胶生产线是和我国相类似的产品。也就是说，并不是所有的进口丁基橡胶都适用于防腐衬里。

四、脱硫衬胶管道使用寿命

在我国最早开始配套脱硫的衬胶管道中，供应商都比较严格的遵照烟气脱硫衬胶管道技术协议的要求，选用原料进口国内生产的卤化丁基橡胶，此橡胶在直管道部位使用寿命可以达到四到五年，弯头寿命略短，变径部位的使用寿命不及直管道的一半。

后来随着市场竞争的加剧，招标方最低价中标等因素，市场上开始出现使用国产通用丁基橡胶和再生丁基橡胶的情况，国产通用丁基橡胶的使用寿命直管道部位为三年左右，而含有再生成分的丁基橡胶使用寿命不足两年。这也直接导致一些电厂最终用户认为脱硫管道不能采用橡胶衬里，而试用其它防腐材料的情况出现。

丁基橡胶的自粘性和互粘性都较差，为了解决这方面的问题，国内外的厂商采取了多种方法，但效果并不理想，最后只能采用性能较强的粘接剂来解决。而采用多层复合技术的氯化丁基橡胶衬里，使用寿命可以大大提升。埃米尔橡胶实验室采用泰伯磨损的测试，损失量仅为0.05克。实验室的报告表明，EMIR EV739橡胶在有记录的脱硫衬胶管道上的使用寿命已经超过15年，部分达到20年，即使在变径（大小头）部位也可达到5-7年。基于天然橡胶相对于合成丁基橡胶对于金属更强的粘接力，实验室工程师在金属层表面采用天然橡胶用来紧紧的拉住金属，使之具有最佳的粘接强度，氯丁基橡胶作为复合在天然橡胶上的防腐耐磨层可以最大限度的保护金属管道的侵害。

EMIR脱硫衬胶管道在各部位的实际使用寿命：

五、烟气脱硫衬胶管道失效原因分析

上世纪70年代开始，在北美和欧洲经历了应用纯天然橡胶装在管道和吸收塔内部，但随之压到性的证据显示，硬度为40的天然橡胶不适合于这类装置和管道。由于吸收水汽产生的起泡导致这些衬里迅速失效。这就是使用过的脱硫衬胶管道上出现的大面积不破气泡的原因。

另一个防止起泡的重要因素是水汽渗透率，这对于FGD烟气脱硫衬胶管道的使用寿命是决定性的。渗透率与橡胶横截面的温度梯度成正比，即所谓的“冷墙效应”。

由埃米尔橡胶实验室模拟的FGD测试显示，完全硫化的橡胶和故意未硫化的硬度为40的纯天然橡胶都会出现起泡现象。完全隔绝的同样衬里的面板，在测试阶段不会起泡。另外，测试硬度为60的复合橡胶，不管在隔绝和不隔绝的情况下都不起泡。这也是埃米尔脱硫衬胶管道使用超过十五年的关键问题所在。

此外，埃米尔橡胶实验室的测试表明，不同硬度的橡胶，水吸收率差别巨大。硬度为40的橡胶所吸收的水分5倍与硬度为60的橡胶。

六、衬胶管道是烟气脱硫管道的最优防腐蚀解决方案

总体来看，生产、储存和输送过程中，橡胶衬里防腐蚀是所有防腐蚀方案中最经济的选择。但是由于材料选择、施工技术、硫化控制等诸多因素影响到最终使用寿命。正确的材料选择务必需要正确的施工，必须完整的遵循埃米尔工程手册的每一个工序步骤，才是确保最终衬里的完全成功。