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一、項(xiàng)目背景

根據(jù)國(guó)家《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB13223-2011)要求，及《河南省燃煤機(jī)組超低排放改造專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)方案》等各地方法規(guī)的要求，2016-2017年各地火電現(xiàn)役機(jī)組脫硫排放濃度執(zhí)行35mg/Nm3，中高硫煤區(qū)域火電脫硫機(jī)組，為滿(mǎn)足這一要求，進(jìn)行了雙塔脫硫改造、單塔雙循環(huán)改造等，無(wú)論哪種方案均不同程度增加了吸收塔氣液比，通過(guò)洗滌進(jìn)一步降低了脫硫排煙溫度，經(jīng)調(diào)研，部分超低排放機(jī)組脫硫后排煙溫度已低至45℃，在該溫度下，脫硫濕煙氣對(duì)煙道系統(tǒng)的腐蝕性進(jìn)一步加強(qiáng)，對(duì)脫硫煙道防腐性能提出更高要求，尤其是煙道膨脹節(jié)位置，調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)絕大多機(jī)組選用非金屬蒙皮+框架的形勢(shì)作為濕煙道膨脹節(jié)，因材質(zhì)、打孔、防腐工藝、安裝工藝、啟停機(jī)熱脹冷縮等各種原因，多數(shù)電廠脫硫濕煙道膨脹節(jié)存在不同程度的腐蝕滲漏情況。

華電漯河發(fā)電有限公司(簡(jiǎn)稱(chēng)漯河公司)濕煙道膨脹節(jié)自投產(chǎn)以來(lái)，同樣遭遇該問(wèn)題困擾，先后更換了兩套蒙皮、一套框架，將框架壓板升級(jí)為316L材質(zhì)，均未有效解決濕煙道膨脹節(jié)漏水問(wèn)題。為徹底解決脫硫濕煙道膨脹節(jié)漏水難題，2015年末漯河公司成立攻堅(jiān)克難小組，通過(guò)研究脫硫濕煙道的腐蝕機(jī)理、鈦的防腐蝕性能，對(duì)比傳統(tǒng)非金屬、金屬膨脹節(jié)及安裝工藝優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合近期鈦金屬價(jià)格大幅下降趨勢(shì)，漯河公司取長(zhǎng)補(bǔ)短，創(chuàng)新性使用純鈦煙道膨脹節(jié)，一勞永逸徹底解決煙道頻繁漏水難題。

二、脫硫系統(tǒng)、濕煙道膨脹節(jié)腐蝕現(xiàn)狀分析

火電機(jī)組鍋爐煙氣經(jīng)靜電除塵后，高溫?zé)煔?100~150℃)主要含有SO2、SO3、HCl、HF、NOx、煙塵及水汽等成分,經(jīng)脫硫吸收塔系統(tǒng)噴淋洗滌后,煙氣的主要成分為飽和水汽、殘余的SO2、SO3、HCl、HF、NOx攜帶的SO42-、SO32-等,一般認(rèn)為脫硫煙道發(fā)生的腐蝕原因主要有以下三種：1、SO2和SO3引起的化學(xué)腐蝕;2、Cl-和F-引起的電化學(xué)腐蝕;3、流體沖涮引起的機(jī)械腐蝕。

傳統(tǒng)脫硫濕煙道膨脹節(jié)多選用非金屬膨脹節(jié)、鎳基金屬膨脹節(jié)，其中以非金屬膨脹劑居多，國(guó)內(nèi)多數(shù)設(shè)計(jì)院將脫硫?qū)Ｓ梅墙饘倥蛎泟┚幦朊摿蛟O(shè)計(jì)導(dǎo)則，指導(dǎo)脫硫系統(tǒng)選型及應(yīng)用。

實(shí)際應(yīng)用中，不管哪種形式的非金屬膨脹節(jié)，均為法蘭連接，分為水平法蘭和垂直法蘭兩種形式，施工過(guò)程中，需在煙道上焊接膨脹節(jié)框架，在煙道防腐期間對(duì)法蘭端面進(jìn)行玻璃鱗片防腐，待玻璃鱗片固化后進(jìn)行膨脹節(jié)蒙皮安裝，在蒙皮外側(cè)使用壓板壓緊，這期間，需多種工序交叉進(jìn)行，對(duì)施工工藝及監(jiān)督有較高要求，不可避免的出現(xiàn)“法蘭—鱗片—壓條—蒙皮—壓板”這一組合，在壓板螺栓安裝時(shí)，法蘭端面玻璃鱗片受螺栓擠壓，不可避免的會(huì)出現(xiàn)壓損、內(nèi)部開(kāi)裂等情況。

脫硫系統(tǒng)投運(yùn)后，隨煙氣溫度變化，受應(yīng)力影響，膨脹節(jié)位移形變，部分電廠脫硫煙道膨脹節(jié)會(huì)出現(xiàn)“啟動(dòng)漏”現(xiàn)象，重新對(duì)壓板螺絲進(jìn)行加固后，能減免泄露情況，但會(huì)進(jìn)一步壓損法蘭端面鱗片，造成越漏越緊，越緊越漏這一不可逆情況，最終，脫硫煙道法蘭端面受煙氣滲漏腐蝕，法蘭損傷，造成脫硫煙道膨脹節(jié)泄露不可修復(fù)。

鎳基金屬膨脹節(jié)以316L、2205、2507為主，316L材質(zhì)膨脹節(jié)對(duì)SO3及Cl-離子抗腐蝕能力較弱，經(jīng)調(diào)研，在脫硫濕煙道實(shí)際使用中，平均壽命不超過(guò)兩年;2205、2507材質(zhì)金屬膨脹節(jié)在國(guó)內(nèi)有不少良好業(yè)績(jī)。

三、鈦膨脹節(jié)性能的可行研究

鈦及其合金具有許多優(yōu)異的性能,鈦的熔點(diǎn)高(1668℃)、密度小(4.5g/cm3)、強(qiáng)度大(抗拉強(qiáng)度400MPa～770MPa,鈦合金達(dá)1800MPa)。鈦合金在-250℃～510℃溫度下均具有足夠的韌性。鈦?zhàn)钔怀龅男阅苁悄臀g性 ,無(wú)論在氧化性環(huán)境中,還是在氯化物、硫化物、濕氯等苛刻的腐蝕介質(zhì)中都表現(xiàn)出良好的耐蝕性。這是因?yàn)?(1)鈦的致鈍電流密度較小, 致鈍電位較負(fù),稍具氧化能力的氧化劑就能使其鈍化。(2)鈦的穩(wěn)定電位范圍較寬,不易形成“過(guò)鈍化”。(3)鈦的鈍化態(tài)不易被破壞,即使表面被劃傷也能迅速修復(fù),所以鈦的鈍化膜具有很高的穩(wěn)定性。

鈦在管道膨脹節(jié)上有較多應(yīng)用，因其價(jià)格昂貴，應(yīng)用范圍較窄，但隨著發(fā)展,我國(guó)完全依靠自身的鈦資源及技術(shù)力量建立了采選—冶煉—熔煉與加工和研究-生產(chǎn)-應(yīng)用兩個(gè)完整的工業(yè)體系，鈦材的價(jià)格以由原來(lái)的數(shù)十萬(wàn)元每噸，降低到十萬(wàn)多元每噸，與國(guó)內(nèi)鎳基不銹鋼金屬價(jià)格基本持平，在制作同尺寸零件時(shí)，因鈦密度低于鎳基不銹鋼密度(7.98g/cm3)，用料上重量也有40%以上的節(jié)省。

同時(shí)因其優(yōu)越的延展性、韌性，在設(shè)計(jì)、制作期間，厚度可以控制在2mm以?xún)?nèi)，比鎳基膨脹節(jié)節(jié)省大量材料，在脫硫煙道區(qū)域制作安裝鈦膨脹節(jié)，其綜合價(jià)位與非金屬膨脹節(jié)、鎳基金屬膨脹節(jié)持平，綜合考慮其優(yōu)越性能，安裝鈦膨脹節(jié)有較高的優(yōu)勢(shì)及可行性。

四、鈦膨脹節(jié)的創(chuàng)新性應(yīng)用實(shí)施

漯河公司機(jī)組裝機(jī)容量為2*330MW，鍋爐型號(hào)為上鍋SG-1120/17.50-M732，除塵裝置采用山西環(huán)保電力設(shè)備總廠配置雙室五電場(chǎng)靜電除塵系統(tǒng)，電除塵入口增加低低溫省煤器，進(jìn)一步降低煙溫，脫硫系統(tǒng)為石灰石-石膏串聯(lián)雙塔，共配置六層噴淋層、一層合金托盤(pán)、五層屋脊式除霧器，設(shè)計(jì)排煙溫度45℃。脫硫系統(tǒng)濕煙道膨脹節(jié)原設(shè)計(jì)均為非金屬膨脹節(jié)。

隨著機(jī)組運(yùn)行，煙道膨脹節(jié)多次發(fā)生腐蝕泄漏。2016年機(jī)組檢查發(fā)現(xiàn)膨脹節(jié)法蘭端面腐蝕損壞，螺栓孔腐蝕，已無(wú)修復(fù)價(jià)值，需進(jìn)行膨脹節(jié)整體更換。華電漯河發(fā)電有限公司專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員結(jié)合煙囪鈦板、鈦鋼復(fù)合板施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)比施工難度、造價(jià)、使用壽命等因素，綜合考慮論證，確定使用純鈦膨脹節(jié)作為煙囪入口濕煙道膨脹節(jié)，徹底解決煙囪入口煙道膨脹節(jié)腐蝕損壞情況。

應(yīng)用實(shí)施過(guò)程：①根據(jù)原膨脹節(jié)設(shè)計(jì)壓力、膨脹余量、安裝尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，鈦材選用TA2材質(zhì)，厚度為2mm，膨脹節(jié)寬度為300mm，膨脹余量為±50mm，將純鈦膨脹節(jié)設(shè)計(jì)為12段分體式單波紋鈦膨脹節(jié)，分為4個(gè)直角段(∟1000*1000*350)及8個(gè)水平段(2000*350)，并委托機(jī)加工廠對(duì)鈦板進(jìn)行壓型制作(圖一);②零件到廠后，對(duì)焊縫進(jìn)行100%著色檢測(cè);③根據(jù)鈦對(duì)鈦、鋼對(duì)鋼的焊接原則，將鈦鋼復(fù)合板鋼板側(cè)焊接在煙道內(nèi)側(cè)，內(nèi)外滿(mǎn)焊并進(jìn)行焊縫檢測(cè);④將鈦膨脹節(jié)壓型板分段焊接在鈦鋼復(fù)合板鋼板鈦板側(cè)，對(duì)焊縫進(jìn)行著色檢測(cè);⑤對(duì)鋼煙道與鈦鋼復(fù)合板鋼板接口位置進(jìn)行鱗片防腐，及FPR加固，表面刷涂環(huán)氧樹(shù)脂漆進(jìn)行封閉，整體施工完成。

施工難點(diǎn)：①煙道與鈦鋼復(fù)合板鋼板為內(nèi)插焊接、鈦鋼復(fù)合板鋼板與鈦膨脹節(jié)為內(nèi)插焊接，在制作安裝過(guò)程中，應(yīng)注意尺寸;②所有鈦焊接應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行焊接工藝質(zhì)量及驗(yàn)收程序;③鋼煙道與鈦鋼復(fù)合板鋼板接口位置為薄弱環(huán)節(jié)，防腐作業(yè)期間應(yīng)進(jìn)行2mm鱗片作業(yè)及2mmFPR作業(yè)。

五、鈦膨脹節(jié)的應(yīng)用效果

漯河公司鈦膨脹節(jié)設(shè)計(jì)、制作、安裝造價(jià)與非金屬膨脹節(jié)造價(jià)基本持平，2016年6月鈦膨脹節(jié)施工完成后，連續(xù)運(yùn)行一年，兩臺(tái)機(jī)組煙囪入口是煙道膨脹節(jié)位置實(shí)現(xiàn)全年“零泄露”;2017年7月機(jī)組檢修，在鈦膨脹節(jié)連續(xù)沖刷運(yùn)行一年后，漯河公司技術(shù)人員對(duì)煙囪入口鈦膨脹節(jié)進(jìn)行了測(cè)厚及外觀檢查。檢測(cè)結(jié)果顯示：分點(diǎn)測(cè)厚值與安裝值一一對(duì)應(yīng)，鈦膨脹節(jié)內(nèi)、外表面光潔如新，鈦焊縫飽滿(mǎn)完好，無(wú)沙眼、開(kāi)裂跡象，鈦膨脹節(jié)與煙道接縫位置完好，無(wú)腐蝕情況發(fā)生，真正實(shí)現(xiàn)“零腐蝕、零泄漏”(圖三)。實(shí)現(xiàn)徹底解決濕煙道膨脹節(jié)頻繁漏水難題。

六、創(chuàng)新應(yīng)用前景

鈦及其合金以其優(yōu)異的耐腐蝕性能被廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)石油、化工行業(yè)等行業(yè),并取得了良好的效果，隨著國(guó)內(nèi)鈦工業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展,鈦材價(jià)格大幅下降，鈦材在防腐應(yīng)用領(lǐng)域更加的廣泛。漯河公司通過(guò)探索與實(shí)踐，創(chuàng)新性將鈦膨脹節(jié)在脫硫濕煙道上應(yīng)用，為脫硫行業(yè)后續(xù)的發(fā)展、濕煙道膨脹節(jié)的選型提供了寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

七、項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人和參加人員情況

1、項(xiàng)目負(fù)責(zé)人

邢浩：男，31歲，華電漯河發(fā)電有限公司生產(chǎn)技術(shù)部灰硫?qū)９?，長(zhǎng)期從事發(fā)電廠灰硫?qū)I(yè)設(shè)備管理及改造工作，具有深厚的專(zhuān)業(yè)技術(shù)功底和豐富的生產(chǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，本課題中負(fù)責(zé)統(tǒng)籌管理。

2、項(xiàng)目研究人員

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主創(chuàng)人員：邢 浩、王長(zhǎng)征、張 偉、鄭希峰