烟囱防腐方案

忻州广宇煤电有限公司脱硫改造工程
烟囱防腐改造方案
忻州广宇煤电有限公司
二〇一一年二月
一．工程概况：
1、脱硫工程概况
目前机组脱硫采用石灰—石膏湿法烟气脱硫工艺进行烟气脱硫改造，本脱硫工程2010年9月9日正式开工，计划于2011年6月30日投产。

不设GGH，1炉1塔，脱硫设计煤种收到基硫份为2.0%，吸收塔入口SO2浓度为4837mg/Nm3。

脱硫装置脱硫效率不低于97％，可用率不低于98％。

脱硫后的烟气为饱和湿烟气，烟温低、湿度大、自拔力小。

脱硫湿烟气的腐蚀类型包括硫酸、亚硫酸、盐酸、氢氟酸等，烟气等级为强腐蚀性。

烟囱在含有腐蚀性介质的烟气压力和湿度的双重作用下，结露形成的冷凝物具有很强的腐蚀性，对烟囱内侧结构致密度差的材料产生腐蚀，影响结构耐久性。

依据国际工业烟囱协会（CICIND）的设计标准：燃煤电厂脱硫烟囱应按强腐蚀烟气等级来设计。

本工程共一根烟囱，#1、2炉共用一根，为单筒钢筋混凝土烟囱，耐酸砖内衬，为适用脱硫湿烟气的使用条件，必须对其内壁进行防腐处理。

防腐涂层必须满足脱硫系统运行或因检修及事故工况脱硫系统停止运行两种状态下烟气介质环境。

2、原烟囱基本情况
该烟囱结构为单筒形式，钢筋混凝土外筒内衬釉面耐酸耐火砖砌体。

耐酸耐火砌块使用了两种，一种为烧制的耐酸耐火砌块，用量约55%；另一种砌块为机械压制的耐酸耐火砌块，成分主要是耐酸胶泥、陶土等，用量约45%。

两砌块均有一面釉面，砌体采用耐酸胶泥砌筑。

烟囱总高度180m，顶部出口内筒直径6m，内部防腐面积约为6430m2，其中：底部积灰平台面积200m2，灰斗面积约15 m2。

具体工程量由承包商自行核算。

详细图纸内容由投标方现场调研时与业主方联系查阅。

烟囱外筒为钢筋混凝土结构，内筒为分段支承在钢筋混凝土环梁上的耐酸砌体，自里向外的结构组成依次为200mm厚耐酸砌块，80mm厚现浇发泡聚氨酯隔热层、550mm~250 mm钢筋混凝土筒壁,详见忻州热电厂2×135MW机组土建专业施工图（图号F18517-T0303）钢筋混凝土烟囱筒身施工图。

烟囱已运行了三年半多，烟囱砌体内衬有附着烟渍或局部脱落现象的可能。

烟囱各部分尺寸数据表
3、烟囱运行条件
在脱硫岛正常运行时，烟囱入口的烟气参数如下表所示：
表1 脱硫岛正常运行时，烟囱入口的烟气参数
在脱硫停运时，烟气有可能从旁路直接进入烟囱，烟囱入口的烟气参数如下表所示。

表2 烟气旁路运行时，烟囱入口的烟气参数
注：在实际运行过程中，#1锅炉的出口烟温与设计烟温偏差较大，夏季锅炉出口烟温最高可达160℃、冬季锅炉出口烟温可达145℃；#2锅炉出口烟温与设计值基本吻合。

4、烟气时间条件
烟气通流时间为锅炉年运行小时。

本工程按每年5000小时考虑，通过FGD 时间为4900小时，从旁路烟道直接进入烟囱入口时间为100小时。

投标单位在防腐设计时要充分考虑以下三种工况下烟气情况的防腐要求：
a、脱硫后的烟气
b、混合烟气（一台炉脱硫净烟气及一台炉不脱硫原烟气）
c、原烟气
未脱硫烟气从旁路烟道进入烟囱为瞬间时间，小于15秒（旁路档板开启时间）。

应充分考虑热应力冲击和烟气冲刷对防腐系统的损害程度，在设计中留足余量，确保25年寿命。

二．萨维真防腐方案：
1整体方案介绍
本烟囱防腐工程中采用进口美国萨伟真防腐涂料。

根据提供的烟囱具体参数和实际情况，首先对烟囱基体进行喷砂处理，然后对牛腿、基体损坏部位及裂缝处等重点部位进行全部修补，达到美国萨维真烟囱防腐喷涂施工要求时再进行喷涂作业。

防腐方案具体内容：
（1）烟囱积灰平台1米以内及烟囱底部积灰平台，采用NO.89高温隔膜和NO.54G耐酸耐火涂层。

具体内容为：
内衬表面处理→安装T型铆钉，→喷涂耐温隔酸薄膜NO.89（厚度3.0mm）→喷浆萨伟真耐酸耐高温材料NO.54G（厚度15-30mm）
（2）烟囱积灰平台1米以上，使用NO.440乙烯酯纤维衬里和NO.472乙烯酯涂层。

具体内容为：
内衬表面处理→喷涂乙烯基酯纤维衬里NO.440（标高30米以下紊流区厚度1.1mm，标高30以上平流区厚度0.8mm）→喷涂乙烯基酯光滑面层NO.472（厚
度0.3mm）
铆钉
烟囱筒壁
砖表面
有机.89
耐磨层
光滑面层
纤维衬里
底胶.550
砖表面
烟囱筒壁
有机材料喷涂作业中2萨伟真材料介绍
2.1性能介绍
2.1 .1NO.440乙烯基酯纤维衬里
物理特性：
21℃操作时间30分钟
21℃初始固化时间2小时
组成双组份
热膨胀系数 2.9*10-5/℃
耐压强度(ASTM C-579) 548.4kg/cm2
弹性压强(ASTM C-580) 365.6kg/cm2
最高工作温度248℃
最低工作温度-40℃
收缩率<0.04%
抗拉强度(ASTM C-307) 182.8kg/cm2
2.1.2 NO.472乙烯基酯涂层
物理特性
应用时间21℃操作时间30分钟
21℃初始固化时间2小时对混凝土的粘接力(ASTM D-4541) 混凝土剥落组成双组份
最高工作温度248℃
固料含量70%厚度
湿膜0.3毫米
干膜0.21毫米
2.1.3 NO.89隔离薄膜
NO.89耐酸薄膜是一种耐高温抗腐蚀的高分子聚合物隔膜。

隔膜层的成份复杂，固化后能形成柔韧的，抗腐蚀能力强的隔膜。

能抵挡许多无机酸H2SO4，HCL，H3PO4及腐蚀性溶剂的侵蚀，这种材料对表面处理过的混凝土和基体有极好的粘结强度。

在-51℃至+150℃间,可以发挥底剂的最佳性能，低渗透性。

物理特性：
闪点,T.O.C,最低温度38℃长期最高工作温度180℃
喷沙抗磨性极好
蒸汽渗透性76.2微米
固体重量比69%
比重 1.07公斤/升
NO.89隔离薄膜在18℃-30℃下24小时固化成柔软、有弹性、不粘手的薄膜。

固化24小时后，整体衬里与砖衬里可安装在此隔膜上。

保护涂敷区域不潮湿直到隔膜干燥不粘手，高温会加速固化时间。

2.1.4 NO.54G耐磨耐酸材料
经过半个多世纪的成功应用,萨伟真防酸混凝土No.54G是用于喷浆工程最基本的耐酸材料. 保护和修复受酸侵蚀的地方, 避免使用砖瓦的费用，停工期短。

(在21℃-27℃时, 24小时内可恢复正常运行)。

物理特性：
颜色乳白色
密度压力干喷浆 2.0g/cm3
抗弯强度48.5kg/cm2
最高使用温度677℃
重量混合比(粉末与液体) 压力喷浆6:1
弹性系数 2.18*105kg/cm2
导热性(93℃-593℃)辐流式： 2.17-1.86*10-3cal·cm/cm2·sec·℃
2.2化学特性：
硅酸钾粘合、有机材料，ph值在0-7之间的酸和酸性盐(氢氟酸除外)，抗几乎所有的溶剂、油、包括所有浓度的硫酸、盐酸、硝酸，适用压力干喷浆，施工速度极快，材料固化后成为统一整体、无缝隙。

主要原材料的化学成分制造的工艺过程：
萨伟真NO.440 B组分的组成和组分数据：
乙烯基酯68492-68-2 <61%
苯乙烯100-42-5 <25%
二氧化钛713463-67 <11%
水晶硅14808-60-7 <30%
玻璃纤维<5%
钙硅石13983-17-0 <5%
水硅酸镁14807-96-6 <5%
憎水性硅67762-90-7 <3%
●萨伟真NO.472组分的组成和组分数据：
组成CAS号码重量比
乙烯基酯68492-68-2 <75%
苯乙烯100-42-5 <30%
二氧化钛13463-67-7 <10%
憎水性硅67762-90-7 <3%
●萨伟真NO.54 粉末：耐酸混凝土、萨伟真NO.54液体：
组成CAS号码重量比
乙烯基酯68492-68-2 <61%
硅酸钾1312-76-1 <45%
2.3萨伟真材料粘接性、耐酸性、抗渗透性、耐磨性、抗疲劳性分析
2.3.1 粘接性：
萨伟真NO.440乙烯基酯纤维衬里柔韧性弯曲试
验。

详见下图：
A、弯曲后，再快速反弹后变直，涂层丝毫
没有脱落、开裂。

萨伟真涂层在钢板上的弯曲试验（一）
B、模拟在烟道内钢板运动及热胀冷缩，抗拉、抗弯曲性强，不脱落、不开裂。

萨伟真纤维涂层在钢板上的弯曲试验（二）
喷涂后现场照片
2.3.2耐酸性、抗渗透性、耐磨性、抗疲劳性分析
图1.纤维衬里横截面的光学显微镜照片
图2 . 纤维衬里横截面的光学显微镜照片
图1 ，图2的立体照片给出了钢铁上的涂层分层。

在图像中可以看到三个层次：底胶层，纤维层，光滑层。

图3.纤维衬里横截面的反光显微镜照片
图4. 纤维衬里横截面的反光显微镜照片
图像3和4是ZEISS AXIOMAT反光显微镜的纤维照片显示了同样的横截面分层。

在反光显微镜的照片中的底胶和光滑层要比立体光学显微镜分的更加清晰。

钢板镀层总体厚度变化从0.8mm到1.5mm。

底胶层厚度变化为75微米到325微米之间。

纤维镀层厚度变化为0.5毫米到1.25毫米之间。

光滑面镀层厚度变化为125微米到175微米。

2.3.3 电子显微镜测量
图片5显示了两个纤维衬里横截面的后散射电子图像，可以使用X-射线能量色散谱仪检测镀层硫和氯的成分。

X-射线能量色散谱仪是一种技术通过电子束照射在元素上能够认证出在镀层区域里的元素的仪器，因而它是结合电子显微镜
用于诊断的工具。

我们同样半量化的得出在镀层每一种元素的重量百分比。

A、横截面分析（耐酸性分析）
图像6是由从10个X-射线能量色散谱仪测量分析光滑层和纤维衬里得出的（图5为相应横断面的显微图像）。

图6指出了大约3重量%的硫和2重量%的氯穿透镀层200微米，然后两者降到0.5重量%或者更少。

0.5重量%对于任何一个元素都是最低值，用这种技术或者很难测量。

美国独立测试机构检测显示：萨伟真的纤维衬里材料使用了10年后，氯和硫的渗透深度才只有275微米。

（测试用的纤维衬里数据是使用10年后从烟囱内取出的。

）
图7.电子显微镜图像显示出纤维衬里的表面镀层的成像
图8.电子显微镜显示纤维衬里的表面镀层的成像
图9电子显微镜显示纤维衬里的表面镀层的成像
B、表面分析（抗渗透性分析）
图7，8，9显示了镀层表面第二次电子成像和后散射电子成像。

第二电子成像显示了最大的孔洞直径大约是100微米并且很浅（洞底能很简单的观测到）。

最显著的孔洞是在直径50到100微米之间。

特别小的孔洞也能够观测到，直径大约为5微米，不打算测量洞的深度。

X-射线能量色散谱仪分析在表面有3重量%的硫和1.9重量%氯。

C、电子显微镜背景（耐磨性、抗疲劳性分析）
电子显微镜的电子束是用来使样品表面成像。

电子在表面散射是因为电子和表面原子反应的结果（后散射电子）或者经过多种反应（第二次散射电子成像）。

通过这些反应两个完全不同的图像会产生；第二次电子成像，后散射电子成像。

第二次电子成像和样品的布局有关，主要是用来监测断裂的表面。

后散射电子成像主要是和样品的成分和密度有关。

机械测试
两个单独的拉力实验开始在直径为14.6厘米的铁板上进行。

第一组测试:用
砂纸打磨,得到一个清洁、光滑红色表面并在红色表面上开始抗拉实验.测试表明运用的平均压强为634317.92Pa..测试中,断裂可能发生红色涂层,或发生在红色与灰色涂层之间及以下部分.结果证明,红色涂层是一种超光滑涂层,灰色涂层是纤维衬里.
在第二个拉力测试施用碳化硅沙纸将红色层被打磨掉，在灰色层开始抗拉实验。

测试结果表明平均抗力为1585794.8Pa.断裂能够发生在底胶和钢铁外壳之间，一些纤维可能被拉出.沉积物保留在镀层底层的钢铁表面，断裂表明了氧化铁出现在钢铁表面。

后来的电子显微镜测试钢铁表面，在纤维拉出的区域,只有很少一部分的硫（0.27重量%）和氯（0.43重量%）。

电子显微镜测试指出了沉积物是氧化铁，在此之前有很少的硫和氯的出现，测试指出了氧化铁沉积物的出现是在底胶施工前出现的。

2.4萨伟真材料耐温性、交变性能分析
2.4.1 NO.440乙烯基酯纤维衬里
2.4.2 NO.472乙烯基酯涂层
2.4.3 NO.89隔离薄膜
2.4.4 NO.54G耐磨耐酸材料
3烟囱各部位处理方案：
3.1表面清理及处理
A、烟囱基体采用气动压力式喷砂方法，彻底清除烟囱内表面和积灰平台的灰尘、水泥浆、耐酸砂浆等附着杂物，清除表面松动部分，保证基层坚固密实，没有起砂、起壳等现象。

根据内衬砖的釉面的损坏情况，对已经起皮、松散、裂纹的部分进行机械或人工清理。

B、整体喷砂完、清理烟囱内部积灰后，用压缩空气自下而上整体不间断吹扫烟囱内壁，手摸基本无灰尘后，在喷涂材料前，用干抹布整体擦拭一遍。

如果达不到要求则重复上述工序。

具体喷砂打磨要求：
1）喷砂应仔细检查，清除附着物，并清除基体表面油脂及可溶污物。

2）喷砂用砂：
使用含硅量98％花岗岩石英砂，规格：小粒50－100目，大粒20－40目。

3）工具设备要求：
喷砂前应检查压力容器的许可证、喷砂工佩戴防护工具、安全带（绳）和供氧装置安全可靠，喷嘴无磨损，当孔口直径增大25%时宜更换喷嘴。

空压机气压为6.0×105～6.5×105Pa，气压变幅为0.5×105～1.0×105Pa。

砂桶气压为4.5×105～5.5×105Pa，不得小于4.0×105Pa。

应采用专用高耐磨耐压喷砂管。

4）施工环境要求：
烟囱喷砂除灰为露天作业，施工时除应注意防尘和环境保护，每日检测施工现场环境温度、湿度和基体表面的温度，做好记录。

5）工艺控制要求：
①压缩空气必须经冷却装置及油水分离器处理，以保证干燥、无油；定期清理油水分离器。

②喷嘴到基体表面距离以100～300mm为宜。

③喷射方向与基体表面夹角以15°～30°为宜。

④喷砂清灰后、进行喷涂前，如遇造成基体表面潮湿的情况时，要待环境达到施工条件后，用干燥的压缩空气吹干表面水分后施工。

⑤喷砂时喷嘴不要长时间停留在某处。

⑥对喷枪无法喷射的部位要采取手工或动力工具打磨或清除灰尘。

6）喷砂清灰施工质量：
①喷砂标准：彻底除去基体表面的油脂，烟灰产物等一切杂质，表面无任何可见滞留物，呈现均一的砖体本色。

②检验标准：基体表面洁净，表面无可见的油脂、污物和杂质
C、清理后投标方将测绘出详细的烟囱内壁腐蚀状况图及缺陷修正方案，交付招标方查验。

D、裂缝、凹陷和错落部位，需通过专用的耐温耐酸防腐材料和玻璃丝布进行全部修补，牛腿部分断砖处将松动的砖全部敲掉，保证剩余的砖牢固、坚实，使烟囱基体基本平整。

E、基体修复完毕，从上至下对所有砖缝用专用耐温耐酸防腐材料进行底涂。

施工时使烟囱内壁表面保持干燥，确保防腐层与烟囱基层的粘结牢固。

喷砂后砖烟囱内壁表面
基体修补后照片（缝隙处均铺设有玻璃丝布，大的缝隙用蒙皮整体包裹）
防腐喷涂完成后照片
烟囱内筒
烟 首 部 位 防 腐 结 构 剖 面 图
两层萨伟真440 夹一层玻璃丝布 修补后烟囱基体
烟囱基体
乙烯基酯纤维440
乙烯基酯纤维440加玻璃丝布
大唐宝鸡热电厂运行两年后烟囱内壁检查照片
3.2 烟首部位
烟囱出口为防止烟气凝结水通过压顶与烟囱本体之间的缝隙渗入烟囱夹层，造成腐蚀，采用材料压顶技术。

在修补完基体后，喷涂一层乙烯基酯纤维材
料440将耐酸耐温的玻璃丝布敷设其上，然后刮涂乙烯基酯纤维材料440。

3.3基体环形悬臂和支撑牛腿
烟囱牛腿下部的内衬顶端是整个防腐防止酸性水渗漏的关键部位，必须处理。

由于积灰平台以上第二节牛腿处掉砖有15块，其它牛腿上方的滴水板均有断砖现象，局部区域牛腿的两层耐火砖之间已有缝隙，表面应用专用的防腐材料找平，用软性材料填充，用弹性较好萨伟真NO.89高温隔膜填嵌、密封，再用聚四氟乙烯薄膜全面包裹，原部位有破损的需要整体更换或者修复。

喷涂施工前，再用相应的基体材料（拟采用蒙皮或者耐温耐酸编织物）进行全面覆盖。

A、蒙皮成分为氟橡胶与聚四氟，厚度为1.5mm，宽带为400-600mm。

B、编织物成分为耐温耐酸玻璃丝编织而成。

将根据现场实际情况确定。

3.4烟道底部凝结液排放方案
A 、积灰平台积酸坡、阴阳角、排酸口。

积灰平台的积酸量很大，需要进行有计划的排水。

混凝土烟囱积灰平台采用砼找平，积酸坡度为5-10％。

阴角处先喷涂一层NO.89高温隔膜然后粘贴一层耐温耐酸玻璃丝布，再喷涂一层NO.89高温隔膜，后用NO.54G 材料整体做成阳角覆盖。

牛
腿 部 位 防 腐 方 案
乙烯基酯光滑面层472
乙烯基酯纤维衬里440
聚四氟乙烯带
弹性防腐材料填充
稳固螺栓
螺栓防腐层 稳固螺栓
螺栓防腐层
因混合烟道较短，积灰平台和烟道一起找坡。

积灰平台应保持其整体性，在积灰平台开口容易破坏整体防腐效果，因此在积灰平台不设专用排酸口。

排酸口设置在烟道处，管道材质选用316L 。

B 、积灰平台和烟道的排酸处理
这是整个烟囱内衬防腐改造处理的关键，由于脱硫后烟囱内基本上是饱和水蒸气和烟气的混合气体，平台积水量很大，需要进行有计划的排水。

在烟道底部整体做斜坡和烟囱积灰平台底部的斜坡相连接，把烟囱和烟道内的酸水以收集槽的方式收集到两侧烟道的旁路门前，然后采用￠159㎜钻孔机，钻2～4个孔。

将316L 排酸管固定在中心，平台下部留有0.5米直管，管头连接法兰。

在进行平台防腐时将316L 管周围用柔性材料封实，再喷涂一层NO.89高温隔膜然后粘贴一层耐温耐酸玻璃丝布，再喷涂一层NO.89高温隔膜，然后整体浇注。

混凝土找坡，2--6
% 两层萨伟真89高温隔膜
夹一层玻璃丝布
316L 管
萨伟真54G 耐酸耐温材料 积灰平台阴阳角及排水口防腐结构剖面图
积灰平台整体防腐处理
3.5烟道和烟囱的结合部位
烟囱和烟道结合部位的防腐处理应该考虑此处原留有膨胀缝，温差变化时基体变形量较大，用填塞等从表面处理的方法无法彻底适应此处的变形和拉伸。

因此我们采用在烟道和烟囱结合处首先进行防腐后再加装蒙皮膨胀节的方法，彻底消除此处的膨胀和由此带来的酸液渗漏。

附件：萨维真业绩介绍
序
号使用单位
项目
名称
建设规模及
承包范围
开、竣
工日期
合同完成
情况
1 大榭石化烟囱防腐6000m2EPC 08.6.25至7.20 良好
2 韶钢烟囱防腐4500m2EPC 08.7.17至8.11 良好
3 国电宝鸡发电厂烟囱防腐
4×300MW EPC
#1烟管08.9.30至
08.10.25
良好
4 华电新乡发电厂烟囱防腐2×600MW EPC 09.3.11至良好。