ประเด็นสำคัญ
- สารลินท์-ยิปซั่ม FGD ในโรงไฟฟ้าความร้อนประกอบด้วยอนุภาคแข็ง 5-15% (ความแข็ง 3-7 โมส) + ไอออนฟลูออไรด์ F⁻ (50-200 มก./ล.) ทำให้วงประกบ SSiC แบบดั้งเดิมได้รับการกัดกร่อนขอบเขตเม็ดภายใต้การทำงานของฟลูออไรด์ (SiC + 4HF → SiF₄↑ + CH₄↑) ผิวหน้าซีลแตกร้าวใน 1-2 เดือน
- โซลูชัน: เปลี่ยนคาร์บอนกราไฟต์เป็นอิมเพรกเนตเรซินฟูราน (ต้านทานการกัดกร่อน HF, pH 0-14 เสถียร) เปลี่ยนวงประกบเป็นคาร์ไบด์ซีเมนต์ WC-Ni (ไม่มีความเสี่ยงการกัดกร่อนขอบเขตเม็ดซิลิคอน)
- โครงสร้างเลือกแบบคาร์ทริดจ์หน้าคู่ + การล้างภายนอก PLAN 32 (น้ำกระบวนการ 0.6 MPa, 1.5 ลบ.ม./ชม.) + การตรวจสอบการรั่ว PLAN 64 ป้องกันอนุภาคเข้าสู่ห้องซีล
- Huahao Sealing จัดหาปั๊มหมุนเวียนสารละลาย FGD 12 ตัวสำหรับเครื่องกำเนิด 660 MW; ทำงานต่อเนื่องเป็นเวลา 26 เดือนโดยไม่มีการรั่ว ระยะเวลาบำรุงรักษายืดจาก 45 วันเป็น 18 เดือน
ปั๊มหมุนเวียนสารละลายสารลินท์-ยิปซั่มของระบบกำจัดกำมะถันจากไอเสียแบบเปียก (FGD) ในโรงไฟฟ้าความร้อนเป็นหนึ่งในอุปกรณ์หลักของระบบกำจัดกำมะถัน และความน่าเชื่อถือของซีลส่งผลโดยตรงต่อความพร้อมใช้งานของเครื่อง สารละลาย FGD ประกอบด้วย CaSO₄·2H₂O (ยิปซั่มไดไฮเดรต ความแข็ง 3 โมส) CaCO₃ ที่ไม่ได้ปฏิกิริยา (ความแข็ง 3 โมส) ฝุ่น SiO₂ (ความแข็ง 7 โมส) และ HF (ไฮโดรฟลูออริกแอซิด จากปฏิกิริยาของ CaF₂ ในถ่านกับ H₂SO₄) ที่มาพร้อมกับไอเสียจากการเผาไหม้ถ่าน ซึ่งก่อให้เกิดสภาวะผสมของการสึกกร่อนที่รุนแรง + การกัดกร่อนเฉพาะทางของฟลูออไรด์ และซีลซิลิคอนคาร์ไบด์แบบดั้งเดิมเสียหายได้อย่างรวดเร็ว จากประสบการณ์การใช้งานของ Huahao Sealing ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าความร้อนขนาด 300 MW, 600 MW และ 1000 MW หลายแห่ง บทความนี้แนะนำการเลือกซีลคาร์บอนกราไฟต์สำหรับสภาวะ FGD
1. ลักษณะสภาวะการทำงาน
1.1 พารามิเตอร์สารละลายทั่วไป
- ปริมาณของแข็ง: 5-15% (คริสตัลยิปซั่ม + อนุภาคสารลินท์, ขนาดอนุภาค 10-200 ไมครอน)
- ไอออนฟลูออไรด์ (F⁻): 50-200 มก./ล., pH 4.5-6.0 (กรดอ่อน HF มีอยู่ในรูปแบบ HF, F⁻, (HF)₂⁻ โพลิเมอร์ร่วมกัน)
- ไอออนคลอไรด์ (Cl⁻): 10000-50000 มก./ล. (การทำความเข้มข้นของการหมุนเวียนสารละลาย)
- อุณหภูมิการทำงาน: 50-65℃ (อุณหภูมิอิ่มตัวที่ความดันบรรยากาศ)
- ความเร็วปั๊ม: 590-740 รอบ/นาที (ปั๊มเซนต์ริฟิวจัลขนาดใหญ่ความเร็วต่ำ)
1.2 การวิเคราะห์รูปแบบความเสียหาย
สถิติความเสียหายของซีลซิลิคอนคาร์ไบด์สภาวะ FGD:
1.การกัดกร่อนขอบเขตเม็ดของไอออนฟลูออไรด์ (60%): เฟสขอบเขตเม็ด SiO₂ + ซิลิคอนอิสระใน SSiC ปฏิกิริยากับ HF:
- SiO₂ + 6HF → H₂SiF₆ + 2H₂O (ฟลูออโรซิลิคแอซิด ละลายน้ำ)
- Si (ซิลิคอนอิสระ) + 4HF → SiF₄↑ + 2H₂↑
ผลลัพธ์: ผิวหน้าซิลิคอนคาร์ไบด์ถูกกัดกร่อนเป็นรูหลุม → แยกขอบเขตเม็ด → แตกทั้งชิ้น
2.การสึกกร่อนสามตัวจากอนุภาค (25%): คริสตัลยิปซั่มเข้าสู่ผิวหน้าซีล ก่อให้เกิดการสึกกร่อนสามตัว มีร่องรอยรูปตัว V บนผิวหน้าซีล การรั่วซึมเพิ่มขึ้น
3.การอุดตันห้องสปริง (10%): อนุภาคสารละลายตกตะกอนในห้องสปริงและด้านนอกเส้นผ่านศูนย์กลางของผิวหน้า สปริงสูญเสียความยืดหยุ่น → ความล้มเหลวของการยึดผิวหน้า
4.การบวมของ O-ring (5%): อัตราบวมของ O-ring FKM >15% ในสารละลายคลอไรด์สูง ก่อให้เกิดความล้มเหลวของการชดเชย
2. การเลือกวัสดุ
2.1 คาร์บอนกราไฟต์ต้านทานฟลูออไรด์
การกัดกร่อนของไอออนฟลูออไรด์เป็นความท้าทายหลักในสภาวะ FGD กราไฟต์ต้านทานฟลูออไรด์ M230F-Furan ของ Huahao Sealing:
- วัสดุฐาน: กราไฟต์โครงสร้างเม็ดกลาง (เม็ด 30 ไมครอน, ต้านทานการกระแทก)
- สารอิมเพรกเนต: เรซินฟูรานฟูรูฟิวริลแอลกอฮอล์ (ปริมาณคาร์บอน 70%, ไม่มีพันธะคู่ C=C หลังการแข็งตัว, ต้านทานกรดที่ไม่ทำให้เกิดออกซิเดชันเช่น HF, HCl, H₂SO₄)
- ประสิทธิภาพการต้านทาน HF: แช่ 20% HF ที่ 60℃ เป็นเวลา 30 วัน อัตราการสูญเสียน้ำหนัก <0.05% (เมื่อเปรียบเทียบกับกราไฟต์อิมเพรกเนตเรซินทั่วไปสูญเสียน้ำหนัก 3.8%)
- ความแข็งแรงเชิงกล: ความแข็งแรงต่อการอัด 280 MPa, ความแข็งแรงต่อการหัก 65 MPa (สูงกว่ากราไฟต์เรซินทั่วไป 50%)
- ความแข็งชอร์: HS 85 (ตรงกับระดับความทนต่อการสึกหรอของซิลิคอนคาร์ไบด์)
2.2 วัสดุประกบ (การปรับปรุงที่สำคัญ!)
ห้ามอย่างเคร่งครัดวัสดุที่มีฐานซิลิคอนใดๆ (SSiC, RBSiC, Si₃N₄) — การกัดกร่อนของไอออนฟลูออไรด์ไม่สามารถย้อนกลับได้ วงประกบเลือก:
- คาร์ไบด์ซีเมนต์ WC-Ni (ประเภท YG8, เฟสไบด์เนอร์ Ni 8%, WC 92%)
- ต้านทาน HF: WC ไม่ปฏิกิริยากับ HF, เฟสไบด์เนอร์ Ni มีความเสถียรอย่างมากในสภาพแวดล้อมกรดอ่อนที่อุณหภูมิต่ำกว่า 50℃
- ความแข็ง: HRA 91, ความทนต่อการสึกกร่อนจากอนุภาคดีกว่าซิลิคอนคาร์ไบด์
- หมายเหตุ: หลีกเลี่ยงอุณหภูมิสูง (> 200℃) กรดแรง เฟสไบด์เนอร์ Ni อาจถูกกัดกร่อน; ปลอดภัยอย่างสมบูรณ์ที่ 60℃ สภาวะ FGD
2.3 ซีลเสริม
- O-ring: EPDM (ยางเอทิลีน-โปรพิลีนไดอีน, ต้านทาน HF + คลอไรด์สูง + กรดอ่อน แนะนำ DuPont Vamac GLS), หรือ FFKM (Kalrez 4079, ต้านทานสารเคมีรุนแรง)
- ชิ้นส่วนโลหะ: สตีลดูเพล็กซ์ 2205 (UNS S31803, ต้านทานการกัดกร่อนรูพรุน Cl⁻ 50000 มก./ล.) หรือ Hastelloy C276
- สปริง: Hastelloy C276 (316L ทั่วไปแตกร้าวจากความเครียดจากการกัดกร่อนภายใน 3 เดือนในสารละลายคลอไรด์สูง)
3. การออกแบบโครงสร้างและแผนการล้าง
3.1 โครงสร้างคาร์ทริดจ์หน้าคู่
ห้ามอย่างเคร่งครัดซีลเดี่ยวสำหรับสภาวะสารละลาย FGD (อนุภาคเข้าสู่ผิวหน้าซีลโดยตรง และเสียหายจากการสึกกร่อนภายใน 2 สัปดาห์) โซลูชันมาตรฐาน: คาร์ทริดจ์หน้าคู่ (ประเภทซีรีส์แทนเดม):
- ด้านใน (ด้านบรรยากาศ): กราไฟต์ M230F × WC-Ni, สัมผัสน้ำล้าง (สะอาดไม่มีอนุภาค)
- ด้านนอก (ด้านตัวกลาง): กราไฟต์ M230F × WC-Ni, สัมผัสสารละลายกระบวนการ
- สปริงรวม: สปริงขนาดใหญ่ภายนอก (สปริงในตัวอุดตันง่าย ประเภทภายนอกไม่สัมผัสตัวกลาง)
- ติดตั้งแบบคาร์ทริดจ์ทั้งหมด สามารถเปลี่ยนซีลได้โดยไม่ต้องถอดปั๊ม ลดเวลาบำรุงรักษาจาก 24 ชั่วโมงเป็น 4 ชั่วโมง
3.2 แผนการล้าง API PLAN 32 + PLAN 64
PLAN 32 (การล้างภายนอก) — ความสำคัญในการป้องกันอนุภาคเข้าสู่ห้องซีล:
- แหล่งน้ำล้าง: น้ำเสริมกระบวนการ FGD (ผ่านตัวกรอง SS <1 มก./ล. ขนาดอนุภาค <5 ไมครอน)
- ความดันล้าง: สูงกว่าความดันห้องซีล 0.1-0.2 MPa (โดยทั่วไป 0.5-0.7 MPa)
- อัตราการไหลล้าง: 1.5-3.0 ลบ.ม./ชม. (ปั๊มเส้นผ่านศูนย์กลาง 80-150 มม.)
- วิธีการล้าง: ฉีดเข้าห้องซีลตามแนวสัมผัส สร้างวอร์เท็กซ์ล้างอนุภาค ป้องกันการตกตะกอน
PLAN 64 (การตรวจสอบการรั่ว + การล้างฉุกเฉิน):
- ช่องทางรั่วของซีลด้านในเชื่อมต่อสวิตช์ความดัน เมื่อความดันรั่ว >0.1 MPa หรืออัตราการไหล >20 ลิตร/ชม. ให้สัญญาณเตือน DCS
- ช่องทางรั่วสามารถเปลี่ยนเป็นอินเทอร์เฟซการล้างฉุกเฉิน (เชื่อมต่อน้ำกระบวนการความดันสูง) ฉีดน้ำล้างฉุกเฉินเมื่อซีลด้านในล้มเหลว ป้องกันสารละลายเข้าสู่ตู้ตลับลูกปืน
3.3 การออกแบบป้องกันการตกตะกอนของอนุภาค
- ห้องซีลติดตั้งแผ่นนำทางเอียง (45°) อนุภาคตกตะกอนตามพื้นผิวเอียง ไม่สะสมที่ด้านนอกเส้นผ่านศูนย์กลางของผิวหน้าซีล
- ด้านนอกเส้นผ่านศูนย์กลางของผิวหน้าซีลติดตั้ง "ริมกั้นทราย" (แผ่นบาง PTFE + รองรับ EPDM) กั้นอนุภาคขนาดใหญ่ (> 20 ไมครอน) ไม่ให้กระทบผิวหน้าซีลโดยตรง
- ฐานสปริงติดตั้ง "รูทำความสะอาดตัวเอง" (รู φ8 ×4) น้ำล้างผ่านช่องทางฐานสปริง พาอนุภาคที่ตกตะกอนออกไป
4. กรณีศึกษา Huahao Sealing
เครื่องกำเนิดไฟฟ้าอัลตร้าซูเปอร์คริติคัล 2×660 MW ของกลุ่มพลังงานระดับจังหวัด ระบบ FGD แต่ละเครื่องติดตั้งปั๊มหมุนเวียนสารละลาย 6 ตัว (อัตราการไหล 8800 ลบ.ม./ชม. ศีรษะ 22 ม. ความเร็ว 590 รอบ/นาที. เส้นผ่านศูนย์กลางซีล 160 มม.) เดิมมีปัญหากับซีลเดี่ยวแบบมีสปริงในตัว SSiC × SSiC ของแบรนด์นำเข้า:
1.วงประกบ SSiC ถูกกัดกร่อนด้วยฟลูออไรด์ อายุการใช้งานเฉลี่ย 42 วัน (สั้นที่สุด 23 วัน) ถอดตรวจพบว่าผิวหน้าซีลเต็มไปด้วยรูหลุม และมีการแตกในส่วนบางส่วน
2.เปลี่ยนซีลประมาณ 8 ครั้งต่อปีต่อปั๊ม ค่าใช้จ่ายอะไหล่ + ค่าบำรุงรักษาสำหรับ 12 ปั๊มประมาณ 7.8 ล้าน CNY
3.การรั่วของซีลทำให้สารละลายกระเด็นเข้าหม้อพันมอเตอร์ เกิดอุบัติเหตุมอเตอร์ไหม้ 2 ครั้งในปี 2019 (สูญเสียประมาณ 1.8 ล้าน CNY)
หลังจากเปลี่ยนเป็นโซลูชัน กราไฟต์ฟูราน M230F × คาร์ไบด์ซีเมนต์ WC-Ni + คาร์ทริดจ์หน้าคู่ + PLAN 32 (น้ำกระบวนการ 0.6 MPa, 2 ลบ.ม./ชม.) + PLAN 64 + ชิ้นส่วนโลหะสตีลดูเพล็กซ์ 2205 + O-ring EPDM ของ Huahao Sealing ในปี 2020:
- เครื่องแรกทำงานต่อเนื่อง 26 เดือน (2020.03-2022.05) โดยไม่มีการรั่วซึม ถอดตรวจสอบการบำรุงรักษาตามแผน การสึกหรอของผิวหน้าซีล 0.12 มม. (อัตราการสึกหรอ 0.00046 มม./100 ชั่วโมง)
- อายุซีลเฉลี่ย 22 เดือน (+1471%), ปรับปรุงจาก 42 วัน
- ค่าใช้จ่ายอะไหล่ + ค่าบำรุงรักษาต่อปีลดจาก 7.8 ล้านเป็น ประมาณ 0.8 ล้าน CNY ประหยัดสะสมมากกว่า 20 ล้าน CNY
- อุบัติเหตุมอเตอร์ไหม้เป็นศูนย์ ความพร้อมใช้งานของเครื่องเพิ่มจาก 92.3% เป็น 98.7%
หลักการเลือก: ความเข้มข้นของฟลูออไรด์กำหนดวัสดุประกบ (F⁻ > 50 มก./ล. ห้ามใช้วัสดุฐานซิลิคอน เปลี่ยนเป็น WC) ปริมาณอนุภาคแข็งกำหนดแผนการล้าง (>10% ต้องใช้การล้างภายนอก PLAN 32) ความเข้มข้นของคลอไรด์กำหนดเกรดวัสดุโลหะ (>30000 มก./ล. เลือกสตีลดูเพล็กซ์ 2205 หรือ C276)