FRP材料在烟囱防腐中的应用
时间：2020-03-30 05:21:37 来源：千叶帆 本文已影响人
摘 要：FRP（Fiberglass Reinforced Plastics），即玻璃纤维增强塑料，是一种以高分子环氧树脂为基体，玻璃钢或碳纤维等为增强体，经过复合工艺而制成的复合材料。其中，玻璃纤维提供整体材料的强度和刚性，树脂提供FRP的化学性和韧性，形成一种综合性能都很好的复合体。它具有轻质高强，耐腐蚀，绝热、绝缘，设计灵活，工艺性优良等优点。
关键词：FRP材料；烟囱防腐；应用
中图分类号： TQ11 文献标识码：A
20世纪70年代开始，玻璃钢烟囱就因其优良的耐腐蚀性能而在美国等发达国家的电力行业中得到应用。玻璃钢在国外，广泛应用于化工、冶金、船舶和航天等防腐设备和工程中，国外玻璃钢排烟筒在电力行业的应用始于FGD开始应用的20世纪70年代。据统计，截止到2009年FRP排烟筒在美国的电厂烟囱工程中已经占到60%以上，美国政府能源部矿物燃料办公室DOE/FE-0400号燃煤电厂推荐性设计方案，将“钢筋混凝土外筒+FRP内筒”作为美国燃煤电厂脱硫烟囱的唯一推荐方案。最近十几年来，“钢筋混凝土外筒+FRP内筒”的脱硫烟囱形式，已成为美国燃煤电厂脱硫烟囱的主要结构形式，在欧洲和日本也有同样的发展趋势。
由于我國早期火电厂的烟气温度较高，玻璃钢材料在高温下性能衰减很快，所以在国内始终未能得到大范围推广。应环保要求，目前国内大型发电厂的烟气脱硫系统一般都引入湿法脱硫技术，烟气经过脱硫系统后，转变为潮湿烟气和湿烟气，潮湿烟气主要指湿法脱硫加设GGH系统后产生的烟气，湿烟气主要指湿法脱硫不加设GGH产生的烟气。湿法脱硫后的湿烟气和潮湿烟气及其产生的冷凝液均具有强腐蚀性。根据华电电力科学研究院2012年5月做的《中国华电集团公司燃煤电厂烟囱防腐调研情况总结》以及河南省内的现场调研情况，目前国内不设GGH或GGH运行不正常的脱硫湿烟囱防腐蚀出问题的比例较大，达到40%，其中问题严重的需要尽快进行改造的达到30%以上。
国内研究和开发性能良好的FRP排烟筒防腐配套技术（包括整体缠绕和预制玻璃钢衬套）也成为一种趋势。国内目前“烟塔合一”的玻璃钢烟道投运、在建的工程已有20多案例，烟管直径已达6.0m—8.5m。对于整体缠绕FRP玻璃钢烟道的设计和施工积累了大批成熟的经验。近几年在小型热力工程中也成功建造了一批FRP小烟囱。
2006年辛店发电厂作为国内第一个FRP排烟筒（高度180m，内径6.6m）.不幸的是，在交工前一天补焊时引燃了118m平台上堆积的玻璃丝隔热棉，造成火灾。这次灾难虽然是施工现场管理失误，但让这个很有前途的方案在5年时间内无人敢问津。
玻璃钢烟囱具有以下优势：
耐蚀性优越，优于钛板和轻质泡沫砖，耐酸、碱、酸碱交替、氧化性介质、有机溶剂等复杂化学条件环境下的防腐蚀要求，属于超级耐腐蚀材料。
成型工艺简单，整体结构、密闭性能好，能够达到整体不漏烟气、不漏酸液，无腐蚀薄弱点，无腐蚀薄弱点，无焊缝、接缝、氢裂；绝热体，无需保温；
强度和形状可设计性强，可按需任意设计；
工厂化加工程度高，现场安装接头数量少，易于质量控制；
耐老化性能好、寿命长（与机组等寿命或更长），耐高温性能可满足排烟筒要求，防火达到B级阻燃性能；
良好力学性能，强度高、高模量、抗疲劳性能高，适合复杂工况，运行安全可靠性高；
轻质，重量约为钢材的1/4-1/5，便于设计安装酸液收集与排放装置，控制烟囱雨；
其不足之处在于：
（1）要求专业的结构铺层设计；
（2）耐高温性：不及钛板和宾高德砖，长期使用温度低于120℃，短时耐温可达200℃，但在150℃高温下强度保持率不理想，耐蚀性也大打折扣；
（3）阻燃性：遇明火会燃烧，但明火熄灭后不会自燃；
现在，随着火电厂脱硫后的烟气温度大幅度降低，已低于玻璃钢材料的最高适用温度。因此，FRP复合材料在新的工况条件下具有极大的应用潜力，且依靠其在国外电厂烟囱防腐领域中的优秀表现，一定可以快速占领国内市场。
目前玻璃钢材料防腐蚀领域较为常用的环氧玻璃钢、聚酯玻璃钢、环氧乙烯基树脂等多种组分的FRP，在实际应用中通过动电位极化、线性极化、EIS等电化学测试手段，借助SEM、EDX等微观实验评价手段和材料宏观物理性能测试，并考虑老化性、耐温防火等综合性能，筛选出最适于脱硫后湿烟囱工况条件使用的树脂成分。
应用于大型燃煤机组的玻璃钢排烟筒，其结构形式主要有：整筒式玻璃钢排烟筒，弧片拼接式整体玻璃钢排烟筒，弧片拼接式钢构架整体玻璃钢排烟筒。
其中，整筒式玻璃钢排烟筒是指现场工厂化制作成筒节，然后进入烟囱外筒后组装成整筒，玻璃钢厚度在20mm左右，可采用分段悬挂安装方式及自立式。安装整筒式玻璃钢排烟筒需部分或整体拆除现有排烟筒，并且烟囱外筒的开口要足以进入玻璃钢筒。而弧片拼接式整体玻璃钢排烟筒是为了方便进入烟囱外筒内，同样要求在工厂预制成弧片，一节玻璃钢筒由若干个弧片拼接而成，安装弧片拼接式整体玻璃钢有利于克服原有烟囱外筒进口尺寸过小等问题，其厚度与整筒式保持一致，但内筒施工工作量增大，工程过程控制要求提高。弧片拼接式钢构架整体玻璃钢排烟筒同样是为了方便进入烟囱内，要求施工单位在工厂预制成弧片，弧片通过钢架拼接成筒节，结构力学功能主要由钢构架提供，防腐功能主要由玻璃钢提供。玻璃钢弧片相比上述两种方案有了很大的材料节省，其厚度约5-10mm，降低了整个工程项目造价，另外安装弧片拼接式钢构架整体玻璃钢排烟筒无需拆除现有排烟筒，对烟囱外筒的开口尺寸也没有特别要求，但由于是在原有内筒悬挂，造成烟囱内筒直径减小，致使烟气流速提高，对锅炉和风机产生一定影响，因此在采用该类方案时需重新核定烟气流速对风机和脱硫系统的影响，该类方案由于烟气流速升高，不利于烟囱石膏雨的搜集，在后期运行中也需要定期维护检查未拆除的原有内筒。
项目的经济、社会效益及市场推广应用的前景：
与现有烟囱防腐方案相比，按照相同使用寿命折算，单个工程可节约成本约200-600万元。每年仅华电集团内烟囱新建及改造项目，即可节省2000-5000万元。据市场调研过程中的不完全统计，电力行业中每年需要新建和改造的烟囱防腐项目有60-80个，以此估算，若其中1/6选用FRP防腐方案，每年可节约成本至少在2000万元以上。
参考文献
[1]崔永忠，廖永进.火电厂脱硫系统及烟囱腐蚀情况分析[J].广西电力，2010（06）：47-49.
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