浅谈钛板在钢内筒烟囱防腐改造中的应用

浅谈钛板在钢内筒烟囱防腐改造中的应用

刘天奇

华润电力（常熟）有限公司江苏常熟215500

摘要：目前国内大多数新建电厂中烟囱结构形式均采用钢套筒烟囱，钢内筒内衬防腐层，且大多数烟囱投产后几年内均存在钢内筒内衬防腐层腐蚀脱落，钢内筒腐蚀穿孔的现象。在众多烟囱防腐方案中，钛钢复合板内筒及钢内筒内衬钛板防腐方案逐渐得到广泛应用。本文根据某火力发电厂烟囱钢内筒防腐工程对钛板在钢内筒烟囱防腐改造中的应用进行分析。

关键词：烟囱防腐；钢内筒；钛板

1引言

在我国目前大多数火力发电厂中，机组脱硫工程均采用FGD湿法脱硫，不设烟气旁路，不设GGH。近几年新建电厂中多数烟囱结构形式为钢筋混凝土单钢套筒或双钢套筒，内衬防腐层多为陶瓷玻化砖、玻璃砖、涂料或杂化聚合等，这些防腐材料在使用几年后，都出现不同程度的受损，由此也产生了一个普遍存在的问题，即烟囱钢内筒内衬层腐蚀受损脱落严重，钢内筒腐蚀加剧，烟囱钢内筒结构稳定性受到影响，存在安全隐患，无法保证安全生产。这时具有优良工业性能的钛金属及其合金脱颖而出，在烟囱防腐改造中的应用越来越受到大家的关注。

2钛板防腐性能简介

钛，化学符号Ti，外观似钢，具有银灰光泽，是一种过渡金属。钛的强度大，密度小，硬度大，熔点高，抗腐蚀性很强；高纯度钛具有良好的可塑性。在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。工业纯钛按其杂质含量的不同，分为TA1、TA2和TA3三个牌号。这三种工业纯钛的间隙杂质元素是逐渐增加的，故其机械强度和硬度也随之逐级增加，但塑性、韧性相应下降。

钛是一种非常活泼的金属，其平衡电位很低，在许多介质中很稳定。因为钛和氧的亲和力很大，在空气中或含氧介质中，钛表面生成一层致密的、附着力强、惰性大的氧化膜，保护了钛基体不被腐蚀。钛是具有强烈钝化倾向的金属，介质温度在315℃以下钛的氧化膜始终保持这一特性，完全满足钛在恶劣环境中的耐蚀性。由于钛的表面钝化膜的性质决定了钛对中性、氧化性、弱还原性的介质具有较好的耐蚀性。钛的防腐机理主要是通过钛层在酸液环境中的钝化以及保护膜的迅速再修复性能来实现的，因此钛板是国际工业烟囱协会推荐的FGD系统不设置GGH情况下烟囱防腐内衬之一。目前国内使用的钛钢复合板与纯钛板用钛主要为TA2，理论腐蚀速率为0.02mm/年，钛板供应商主要有宝钛、云钛与725研究所。

3钛板防腐技术分类

目前钛板防腐技术在国内火力发电厂烟囱防腐中的应用有两类，第一类为钛钢复合板防腐技术，第二类为纯钛板粘接技术，目前国内钛板防腐主要以钛钢复合板内筒防腐技术为主。

钛钢复合板是以低碳钢Q235B为基材，以钛板为复层的两层金属复合板，钢内筒由1.2mm—1.6mm厚钛钢采用爆炸-轧制法合成，将Q235B基材作为排烟筒受力支撑结构。钛钢复合板是一种成熟的组合材料，国内有《钛及钛合金牌号和化学成分》(GB/T3620.1)、《钛及钛合金加工产品化学成分及成分允许偏差》(GB/T3620.2)、《钛及钛合金板材》(GB3621)、《钛-钢复合板》(GB/T8547)、《钛及钛合金加工产品超声波探伤方法》(GB5193)、《海绵钛、钛及钛合金化学分析方法》(GB/T4698)等相应的国家标准，技术成熟。该方案一般应用于新建电厂套筒烟囱中，作为直接接触烟气的内筒。

纯钛板防腐方案即在原有烟囱钢内筒表面，沿轴向焊接纯钛板防腐，钛板幅宽为1000~1200mm，钛板厚度为1.6mm，钛板背面与碳钢龙骨焊接，按照钢对钢、钛对钛的焊接原则施工安装，即龙骨与钢筒焊接，相邻钛板搭接焊接，形成分段承载的整体防腐内衬。此方案针对于那些钢内筒内衬防腐材料腐蚀脱落，但钢内筒结构无影响，可进行利旧的烟囱。

从材料防腐性能出发，纯钛板应具有与钛钢复合板一致的防腐蚀能力，且腐蚀寿命具有可预见性，纯钛板防腐施工实现了自动焊接安装，施工质量可控，相对钛钢复合板防腐具有性价比高、防腐层厚度均匀的突出特点。钛钢复合板及纯钛板防腐技术在国内火力发电厂烟囱防腐工程中均受到广泛应用。

4钛板防腐技术应用

4.1钛钢复合板内筒

钛钢复合板在国内火力发电厂烟囱防腐中应用最早的为华润电力（常熟）有限公司，为新建烟囱，于2005年投产运行，现投入使用已有十二年，目前烟囱防腐运行效果良好。钛钢复合板烟囱防腐方案应用较为广泛，既可以应用于新建电厂，又可以应用于旧烟囱钢内筒改造，国内电厂中现已有近200根烟囱使用了钛钢复合板进行防腐，该防腐技术已趋于成熟。从目前整体情况来看，采用钛钢复合板内筒的烟囱运行情况基本稳定，但亦暴露出了一些问题，国内存在部分电厂钛钢复合板内筒渗漏问题，其中焊缝施工不到位以及焊缝漏检是导致钛钢复合板内筒发生渗漏的主要原因，例如大唐黄岛电厂曾发生过该类问题。因此，该项烟囱防腐技术对施工工艺要求较高。首先，钛板焊接工艺较高，施工过程中需对每一道焊缝进行详细的检查，检查率达100%。其次，施工现场由于高空作业，卷板吊装过程中会产生面层受损的状况，这些都会给烟囱防腐效果带来隐患。若能在施工过程中控制以上问题，该方案防腐性能至少在20年以上。

4.2纯钛板粘贴技术

纯钛板防腐技术目前应用相对较少。国内纯钛板最早使用于火力发电厂烟囱防腐的是福建漳州后石电厂，该电厂6×600MW海水脱硫机组烟囱首先采用1.6mm厚的纯钛板对烟囱进行保护，目前运行效果良好。随后大唐彬长电厂、国电驻马店电厂、华电漯河电厂及大唐信阳华豫电厂等相继采用，均为旧烟囱原内衬防腐层受损脱落，对原有钢内筒进行防腐改造的项目。该技术方案由于不需将烟囱原钢内筒拆除，施工工期及造价相对于钛钢复合板方案具有一定的优势，但该技术方案同样存在焊接工艺问题。现阶段对烟囱纯钛板防腐技术的实施较为成熟的为华电郑州机械设计研究院，该公司具有该项防腐技术的专利。

综上可见，钛钢复合板及纯钛板粘贴技术防腐方案从材料防腐能力、施工工艺控制技术以及在役案例来看均具有优良的技术可靠性，在钢内筒烟囱防腐改造技术方案中脱颖而出。

5钛板防腐应用实例对比

钛板在火力发电厂烟囱防腐中应用广泛，以下对使用钛钢复合板进行烟囱防腐的华润电力（常熟）有限公司和使用纯钛板粘贴进行烟囱防腐的大唐信阳（华豫）发电有限责任公司进行对比，阐述两种防腐方案的工艺特点。

5.1钛钢复合板烟囱防腐

 华润电力（常熟）有限公司（西北电力设计院设计）3*650MW超临界燃煤发电机组于2002年开工建设，2005年实现三台机组一年三投，同时获得中国建筑工程最高奖项——“鲁班奖”。该工程在最初设计脱硫工程时采用FGD湿法脱硫，增设GGH。但进行脱硫岛招标中，由于GGH运行的温度要求在发电机组低负荷运行、机组开启和关停状况下难以保证，最后业主舍弃烟气加热系统（GGH）方案，而改用三管烟囱的钢筋混凝土套筒烟囱，烟囱高240米。钢内筒采用普通Q235B钢板与1.2mm厚钛板复合而成的钛钢复合板方案。

该钢内筒施工安装采用生产厂家爆炸-轧制复合与施工现场挂贴方式进行。钛板先在制造厂与碳钢完成爆炸-轧制复合，形成钛钢复合板，再运到现场进行复合板的焊接安装。安装过程经过卷制、钢内筒组装、钢内筒焊接、焊缝检查，最终形成一个全新钛钢复合板内筒。其中最重要的为钢内筒焊接，钢内筒焊接流程为：基层钢板点固→基层钢板焊接→基板无损检测→钛贴条点焊→钛焊缝焊接→渗透（PT着色）检测→缺陷处理。施工采用氩弧焊及手工电弧焊进行焊接，基板内侧采用Φ2.4的J50焊丝进行氩弧焊打底，基板外侧使用手工电弧焊，选用Φ3.2和Φ4的J507焊条，复合板钛复合层与贴条之间的定位焊间距约50mm，贴条左右(或上下)两条缝的定位焊点相互错开，接头处点焊密集，相互贴实，点焊后进行抛光并用丙酮对焊缝进行擦拭清洗，最终进行着色检查，形成一个完整的钛钢复合板内筒。整个钢内筒施工过程耗时5个月。

5.2纯钛板粘贴烟囱防腐

大唐信阳（华豫）发电有限责任公司二期（西北电力设计院设计）2*660MW超超临界燃煤发电机组于2006年开工建设，2009年实现双投，同样获得中国建筑工程最高奖项——“鲁班奖”。该机组脱硫工程采用FGD湿法脱硫，不设烟气旁路，不设GGH，烟囱采用钢筋混凝土套筒烟囱,两台炉共用一座高240/9.2米钢筋混凝土单钢套筒烟囱。钢内筒内衬防腐采用上海神华生产的SH-PG泡沫玻璃砖，采用SH-TN专用粘贴剂粘贴。2010年发现，钢内筒内部泡沫玻璃砖受腐蚀脱落，直至2015年，钢内筒腐蚀加剧，出现穿孔现象。该公司先后进行烟囱结构性检测，制定烟囱防腐可研报告，最终确定采用纯钛板粘贴防腐方案进行烟囱防腐，于2017年进行防腐改造。

该防腐施工方案首先拆除钢内筒内部原防腐泡沫砖，对受损钢内筒进行修补，用1.2/8.0钛复合板(复材为厚度1.2mmTA2，基材为厚度8mmQ235B)制作成50mm宽、2000mm长的龙骨，按照钢对钢、钛对钛的原则，在钢内筒上，沿圆周方向（水平方向）焊接整圈龙骨，两圈龙骨间均匀设置5条竖向龙骨，横向每圈龙骨中心线间距为1180mm；在龙骨间填充酚醛耐酸泡沫板材，泡沫厚度为8mm；在龙骨的钛材面采用搭接形式用氩弧焊整体焊接厚度为1.6mm的纯钛板（TA2）防腐层。相邻钛板间采用手工钨极氩弧焊搭接焊接，最终形成一个无缝的整体钛板防腐内衬,整个施工工期为4个月。

6结语

综上所述，钛钢复合板与纯钛板粘贴防腐方案均具有较强的耐腐蚀性能，钛板由于其防腐性能经过实践验证，具有良好的可预见性，优越性突出，因此在火力发电厂钢内筒烟囱防腐改造中受到越来越多的应用。

从适用范围上来说，钛钢复合板既可以用于新建电厂烟囱防腐中，又可以用于旧钢内筒烟囱防腐改造。只是用于旧烟囱防腐改造过程中，需首先拆除原旧钢内筒，重新安装固定新钛钢复合板内筒，造价高，施工难度大。而纯钛板粘贴防腐只限用于旧钢内筒烟囱防腐改造，需利用原钢内筒，施工方便，造价相对较低。

从施工工艺上来说，钛钢复合板施工的各种质量控制工艺较完善，各种指标均有相应的验收标准，对于施工工艺中焊缝的问题，需进行严格把控，焊缝100%检查，一旦出现问题，整个钛钢复合板内筒防腐性能会受到影响，后期较难处理。纯钛板粘贴防腐技术施工工艺相对来说较复杂，焊接量较大，施工过程中需处理好钛钢复合板龙骨与钢内筒之间的焊接问题以及纯钛板与钛钢复合板龙骨之间的焊接问题，同样需严格把控焊接质量，做到100%着色检验，防止焊缝出现问题导致的腐蚀渗漏。

参考文献

[1]张冬，孙维才.湿烟囱钛钢板内衬的研究[J].《华东科技:学术版》，2015，(1):51-51.

[2]王红令.关于钛金属在工业烟囱防腐中的应用[E].