关键词：湿法脱硫；浆液管道；耐腐蚀；耐磨损性设计
引言
目前，湿法脱硫技术在燃煤电厂、工业锅炉、焦化、有色冶炼、电解铝等窑炉烟气脱硫领域，具有重要的作用，其主流工艺为石灰石石膏法脱硫工艺和氨法脱硫工艺。在整个脱硫工艺中，脱硫浆液管道是连接脱硫吸收塔、泵、浆液槽、旋流器等设备的中间桥梁。因此，脱硫浆液管道的设计好坏直接影响着整个脱硫系统的长周期稳定运行。近年来，湿法脱硫浆液管道出现的问题多为管道被介质腐蚀和磨损，导致管道穿孔介质泄漏。
1管道被腐蚀和磨损的原因
脱硫浆液成分比较复杂，其中含有的 Cl - 、F - 、SO 4 2- 、SO 3 2- 等，这些离子对金属管道有很强的腐蚀作用，此外浆液中含有一定的固体颗粒成分，这些固体颗粒容易对管道内壁造成冲刷腐蚀，对于管道的寿命形成致命威胁。脱硫浆液对输送管道的腐蚀过程是一种集机械作用、化学反应、电化学作用，磨损和腐蚀交互作用的过程。因此，改善浆液管道耐腐蚀、耐磨损性能至关重要，目前常用的脱硫浆液输送管道有碳钢衬胶管道、玻璃钢管道、钢骨架聚乙烯复合管道、不锈钢管道和耐腐蚀合金钢管。
2不同材质管道的耐腐蚀性和耐磨性
2.1 碳钢衬胶管道
脱硫浆液管道用碳钢衬橡胶，如氯化丁基橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶，这些橡胶使钢管兼顾了橡胶优异的化学稳定性，同时橡胶的高弹性吸收了浆液介质中颗粒物对管道的碰撞力，避免腐蚀性介质和碳钢直接接触，又阻止浆液中的固体颗粒对钢管内壁造成磨损，再加上碳钢管本身所具有的高机械结构强度，碳钢衬橡胶管被广泛的采用。
2.1.1 碳钢衬胶管道在现场需要通过法兰连接
（1）设计师需要在图纸上完成下料前的分段，每一段的各端部都配法兰 ；（2）在工厂里完成下料，焊接支管接口和相应的连接法兰；（3）衬胶工作，管道内壁和法兰面均需要衬胶。
2.1.2 碳钢衬胶的耐腐蚀性能主要取决于以下方面的施工质量
（1） 橡胶的硫化，通过硫化反应，使橡胶料的化学结构发生改变，提高其物理机械性能和化学性能。（2） 衬胶层的抗渗性，控制衬胶层的厚度，施工时避免衬胶层和碳钢基体间存在空气。（3） 橡胶层和碳钢基体的黏合，通过黏结剂把橡胶层和碳钢基体紧密的黏合在一起，形成一个牢固整体。
2.2 钢骨架聚乙烯复合管道
钢骨架聚乙烯复合管道是在聚乙烯的基础上，以钢丝网状骨架为增强体，经连续挤出成型的复合管材，其内、外壁聚乙烯覆盖层和钢丝网状骨架紧密的结合在一起，形成一个密不可分的整体。钢骨架聚乙烯复合管道输送介质温度范围0~70℃，钢丝网结构使其具有金属管道的承压能力，聚乙烯又使其具有非金属管道耐生物和化学物质腐蚀的能力。钢骨架聚乙烯复合管道的连接方式有法兰连接和电熔套筒连接（热熔连接）。据报道钢骨架聚乙烯复合管道在氨法脱硫工艺中的输送硫酸铵结晶体、硫酸铵、亚硫酸铵、亚硫酸氢铵等浆液时表现出优良的耐腐蚀和耐磨损性能。
2.3 玻璃钢管道
玻璃钢管，又称 FRP 管，常采用长丝缠绕成型管道，其结构由内向外依次为 ：（1）内衬层 ：主要作用是增强管道的耐磨性，通常选用富树脂、玻璃纤维毡、合成纤维、或碳化硅（又称金刚砂）等材料。添加碳化硅内衬层后，显著改善了玻璃钢管的磨损问题和化学腐蚀问题，延长了其使用寿命。（2）次内衬层 ：主要作用防渗层，通常采用内衬树脂。（3）结构层 ：主要作用是承受管道内外荷载，保证管道的强度和刚度，通常采用玻璃纤维缠绕纱，其厚度值通过计算取得。（4）外保护层 ：通过加入一些特殊物质，防止管道外壁被腐蚀和日晒。玻璃钢管道的连接方式有对接、法兰连接、承插式连接。承插式连接多用在大口径管道连接。根据经验，除设备管口，以及泵进出口阀门、过滤器、补偿器等需检修更换的组件处应采用法兰连接外，其余位置玻璃钢管道之间采用对接黏接。
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2.4 不锈钢管道
对于湿法烟气脱硫工艺，脱硫浆液中含有 Cl - 、F - ，304不锈钢和316L 不锈钢具有一定的防腐蚀能力。不锈钢管道的焊接处理往往是一个难点，焊接不当就会导致焊缝处存在隐患，当输送腐蚀性介质时，焊缝处容易发生晶间腐蚀，最终导致介质泄漏。据报道，某氨法脱硫塔内采用316L 工字钢支撑梁，脱硫装置经4a 的运行，支撑钢梁被严重腐蚀，经分析原因是 Cl - 和 F -的含量超过316L 不锈钢的允许使用范围。因此，脱硫浆液使用不锈钢管道较少，多数情况下只是对于 DN50以下的浆液管道，管径太小无法衬胶，通常直接选用不锈钢管代替。
2.5 耐腐蚀合金钢
常用耐腐蚀合金钢有 C276和1.4529，对大多数腐蚀介质具有优异的耐腐蚀性能。但因价格较高，目前仅用在吸收塔内构件及其衬里材料。
3 浆液管道耐腐蚀和耐磨损设计措施
3.1 浆液管道流速及管径的选取
脱硫浆液中有液体和固体颗粒，介质在管道中的流动状态应均匀，应该采用多次逐步变径的方式，避免管径急剧变化，形成湍流。（1）浆液管道管径若选取太小，浆液流速过大，含颗粒的浆液对管道内壁耐磨层造成的冲刷破坏越强，耐磨层被破坏后，管道就很容易被腐蚀和磨损，使用寿命大减 ；（2）浆液管道管径选取太大，介质流动较慢，会造成浆液中颗粒物沉降，甚至堵塞管道，同时也增加了管道的采购成本。因此，合理的浆液流速和管径选择，对于优化管道布置至关重要。一般情况下，泵后浆液流速宜取1.5~3m/s，自流管浆液流速宜取0.8~1.2m/s。
3.2 浆液管道布置
浆液管道布置应充分考虑浆液的含固量，管道布置路线应尽可能短，减少弯头等管件的用量，应遵循“步步高”和“步步低”的原则，避免形成袋型和死区，造成固体颗粒积聚堵塞管道。对于自流管道应取适宜的坡度，避免介质流通不畅。浆液管道应设必要的冲洗水接口，定期冲洗管道。
3.3 浆液管道阀门
脱硫浆液具有腐蚀性，其管道上所选用的阀门应该是性能可靠的，经得住浆液介质的腐蚀和磨损的材质，如内衬橡胶、衬碳化硅、衬 F46阀门，具体内衬材质根据项目介质的特点结合采购成本综合考虑。浆液管道的阀门应设置在靠近管道分支处。
3.4 螺栓、螺母、垫片
法兰安装用螺栓、螺母选取应考虑压力、温度参数要求，满足性能等级，若为碳钢螺栓螺母应刷防锈漆。垫片应该选用具有耐腐蚀性的，常用垫片有石棉橡胶垫片、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶等，拧紧法兰螺栓时，应该对称均匀用力，避免垫片变形过大造成法兰与垫片间的缝隙处漏浆液。
3.5 浆液管道支架
浆液管道支架的跨距应考虑管道的强度和刚度，支架的形式应与管道材质相匹配。碳钢衬胶管道上的焊接支架，必须在管道衬胶之前完成，避免管道安装现场无支架可用。玻璃钢管道及钢骨架聚乙烯复合管道与碳钢材质的支吊架之间应加橡胶垫板，以防止钢支架与非金属管道之间的摩擦作用破坏管道外壁，进而影响管道的强度和使用寿命。不锈钢管与碳钢管架接触位置均应垫不锈钢垫片或橡胶板，以防止电位腐蚀。
结语
脱硫浆液管道的产品质量，浆液管道的布置情况，以及安装施工质量都对浆液管道的耐腐蚀性和耐磨损性能有重要影响。因此，生产过程应严把质量关，管道内壁防腐耐磨层应均匀致密 ；设计阶段应该选择最适合的管道材质，优化管道布置，介质流速适宜 ；施工阶段，注重质量，严格按标准规范安装和验收。
参考文献
[1]徐晓刚. 化工腐蚀与防护[M] . 北京：中国石化出版社.2019，（06）.
[2]国家医药管理局上海医药设计院编.化工工艺设计手册[M] .北京：化学工业出版社.2018，（03）..
论文作者:贾建宏
论文发表刊物:《中国电业》2019年第14期
论文发表时间:2019/11/18
标签：管道论文; 浆液论文; 介质论文; 橡胶论文; 碳钢论文; 法兰论文; 聚乙烯论文; 《中国电业》2019年第14期论文;