结合近期钛金属价格大幅下降趋势

 产品三系列     |      2019-04-14 20:33

  根据国家《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)要求,及《河南省燃煤机组超低排放改造专项行动方案》等各地方法规的要求,2016-2017年各地火电现役机组脱硫排放浓度执行35mg/Nm3,中高硫煤区域火电脱硫机组,为满足这一要求,进行了双塔脱硫改造、单塔双循环改造等,无论哪种方案均不同程度增加了吸收塔气液比,通过洗涤进一步降低了脱硫排烟温度,经调研,部分超低排放机组脱硫后排烟温度已低至45℃,在该温度下,脱硫湿烟气对烟道系统的腐蚀性进一步加强,对脱硫烟道防腐性能提出更高要求,尤其是烟道膨胀节位置,调研发现,国内绝大多机组选用非金属蒙皮+框架的形势作为湿烟道膨胀节,因材质、打孔、防腐工艺、安装工艺、启停机热胀冷缩等各种原因,多数电厂脱硫湿烟道膨胀节存在不同程度的腐蚀渗漏情况。

  华电漯河发电有限公司(简称漯河公司)湿烟道膨胀节自投产以来,同样遭遇该问题困扰,先后更换了两套蒙皮、一套框架,将框架压板升级为316L材质,均未有效解决湿烟道膨胀节漏水问题。为彻底解决脱硫湿烟道膨胀节漏水难题,2015年末漯河公司成立攻坚克难小组,通过研究脱硫湿烟道的腐蚀机理、钛的防腐蚀性能,对比传统非金属、金属膨胀节及安装工艺优缺点,结合近期钛金属价格大幅下降趋势,漯河公司取长补短,创新性使用纯钛烟道膨胀节,一劳永逸彻底解决烟道频繁漏水难题。

  火电机组锅炉烟气经静电除尘后,高温烟气(100~150℃)主要含有SO2、SO3、HCl、HF、NOx、烟尘及水汽等成分,经脱硫吸收塔系统喷淋洗涤后,烟气的主要成分为饱和水汽、残余的SO2、SO3、HCl、HF、NOx携带的SO42-、SO32-等,一般认为脱硫烟道发生的腐蚀原因主要有以下三种:1、SO2和SO3引起的化学腐蚀;2、Cl-和F-引起的电化学腐蚀;3、流体冲涮引起的机械腐蚀。

  传统脱硫湿烟道膨胀节多选用非金属膨胀节、镍基金属膨胀节,其中以非金属膨胀剂居多,国内多数设计院将脱硫专用非金属膨胀剂编入脱硫设计导则,指导脱硫系统选型及应用。

  实际应用中,不管哪种形式的非金属膨胀节,均为法兰连接,分为水平法兰和垂直法兰两种形式,施工过程中,需在烟道上焊接膨胀节框架,在烟道防腐期间对法兰端面进行玻璃鳞片防腐,待玻璃鳞片固化后进行膨胀节蒙皮安装,在蒙皮外侧使用压板压紧,这期间,需多种工序交叉进行,对施工工艺及监督有较高要求,不可避免的出现“法兰鳞片压条蒙皮压板”这一组合,在压板螺栓安装时,法兰端面玻璃鳞片受螺栓挤压,不可避免的会出现压损、内部开裂等情况。

  脱硫系统投运后,随烟气温度变化,受应力影响,膨胀节位移形变,部分电厂脱硫烟道膨胀节会出现“启动漏”现象,重新对压板螺丝进行加固后,能减免泄露情况,但会进一步压损法兰端面鳞片,造成越漏越紧,越紧越漏这一不可逆情况,最终,脱硫烟道法兰端面受烟气渗漏腐蚀,法兰损伤,造成脱硫烟道膨胀节泄露不可修复。

  镍基金属膨胀节以316L、2205、2507为主,316L材质膨胀节对SO3及Cl-离子抗腐蚀能力较弱,经调研,在脱硫湿烟道实际使用中,平均寿命不超过两年;2205、2507材质金属膨胀节在国内有不少良好业绩。

  钛及其合金具有许多优异的性能,钛的熔点高(1668℃)、密度小(4.5g/cm3)、强度大(抗拉强度400MPa~770MPa,钛合金达1800MPa)。钛合金在-250℃~510℃温度下均具有足够的韧性。钛最突出的性能是耐蚀性 ,无论在氧化性环境中,还是在氯化物、硫化物、湿氯等苛刻的腐蚀介质中都表现出良好的耐蚀性。这是因为:(1)钛的致钝电流密度较小, 致钝电位较负,稍具氧化能力的氧化剂就能使其钝化。(2)钛的稳定电位范围较宽,不易形成“过钝化”。(3)钛的钝化态不易被破坏,即使表面被划伤也能迅速修复,所以钛的钝化膜具有很高的稳定性。

  钛在管道膨胀节上有较多应用,因其价格昂贵,应用范围较窄,但随着发展,我国完全依靠自身的钛资源及技术力量建立了采选冶炼熔炼与加工和研究-生产-应用两个完整的工业体系,钛材的价格以由原来的数十万元每吨,降低到十万多元每吨,与国内镍基不锈钢金属价格基本持平,在制作同尺寸零件时,因钛密度低于镍基不锈钢密度(7.98g/cm3),用料上重量也有40%以上的节省。

  同时因其优越的延展性、韧性,在设计、制作期间,厚度可以控制在2mm以内,比镍基膨胀节节省大量材料,在脱硫烟道区域制作安装钛膨胀节,其综合价位与非金属膨胀节、镍基金属膨胀节持平,综合考虑其优越性能,安装钛膨胀节有较高的优势及可行性。

  漯河公司机组装机容量为2*330MW,锅炉型号为上锅SG-1120/17.50-M732,除尘装置采用山西环保电力设备总厂配置双室五电场静电除尘系统,电除尘入口增加低低温省煤器,进一步降低烟温,脱硫系统为石灰石-石膏串联双塔,共配置六层喷淋层、一层合金托盘、五层屋脊式除雾器,设计排烟温度45℃。脱硫系统湿烟道膨胀节原设计均为非金属膨胀节。

  随着机组运行,烟道膨胀节多次发生腐蚀泄漏。2016年机组检查发现膨胀节法兰端面腐蚀损坏,螺栓孔腐蚀,已无修复价值,需进行膨胀节整体更换。华电漯河发电有限公司专业技术人员结合烟囱钛板、钛钢复合板施工经验,对比施工难度、造价、使用寿命等因素,综合考虑论证,确定使用纯钛膨胀节作为烟囱入口湿烟道膨胀节,彻底解决烟囱入口烟道膨胀节腐蚀损坏情况。

  应用实施过程:①根据原膨胀节设计压力、膨胀余量、安装尺寸进行设计,钛材选用TA2材质,厚度为2mm,膨胀节宽度为300mm,膨胀余量为50mm,将纯钛膨胀节设计为12段分体式单波纹钛膨胀节,分为4个直角段(∟1000*1000*350)及8个水平段(2000*350),并委托机加工厂对钛板进行压型制作(图一);②零件到厂后,对焊缝进行100%着色检测;③根据钛对钛、钢对钢的焊接原则,将钛钢复合板钢板侧焊接在烟道内侧,内外满焊并进行焊缝检测;④将钛膨胀节压型板分段焊接在钛钢复合板钢板钛板侧,对焊缝进行着色检测;⑤对钢烟道与钛钢复合板钢板接口位置进行鳞片防腐,及FPR加固,表面刷涂环氧树脂漆进行封闭,整体施工完成(图二)。

  施工难点:①烟道与钛钢复合板钢板为内插焊接、钛钢复合板钢板与钛膨胀节为内插焊接,在制作安装过程中,应注意尺寸;②所有钛焊接应严格执行焊接工艺质量及验收程序;③钢烟道与钛钢复合板钢板接口位置为薄弱环节,防腐作业期间应进行2mm鳞片作业及2mmFPR作业。

  漯河公司钛膨胀节设计、制作、安装造价与非金属膨胀节造价基本持平,2016年6月钛膨胀节施工完成后,连续运行一年,两台机组烟囱入口是烟道膨胀节位置实现全年“零泄露”;2017年7月机组检修,在钛膨胀节连续冲刷运行一年后,漯河公司技术人员对烟囱入口钛膨胀节进行了测厚及外观检查。检测结果显示:分点测厚值与安装值一一对应,钛膨胀节内、外表面光洁如新,钛焊缝饱满完好,无沙眼、开裂迹象,钛膨胀节与烟道接缝位置完好,无腐蚀情况发生,真正实现“零腐蚀、零泄漏”(图三)。实现彻底解决湿烟道膨胀节频繁漏水难题。

  钛及其合金以其优异的耐腐蚀性能被广泛应用于国内石油、化工行业等行业,并取得了良好的效果,随着国内钛工业的不断进步与发展,钛材价格大幅下降,钛材在防腐应用领域更加的广泛。漯河公司通过探索与实践,创新性将钛膨胀节在脱硫湿烟道上应用,为脱硫行业后续的发展、湿烟道膨胀节的选型提供了宝贵的实践经验。

  邢浩:男,31岁,华电漯河发电有限公司生产技术部灰硫专工,长期从事发电厂灰硫专业设备管理及改造工作,具有深厚的专业技术功底和丰富的生产管理经验,本课题中负责统筹管理。

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