聚氟有機硅防腐膠在煙囪防腐中的應(yīng)用淺析

0 引言
我國是一個能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主的國家, 尤其是在冶金、電力、石化等重要工業(yè)領(lǐng)域的用煤量更大。以煤為主要燃料的煙氣處理系統(tǒng)如煙道、煙囪以及脫硫裝置等, 燃料中通常含有2%~3%的硫, 經(jīng)燃燒后的煙氣中會含有約0.12%的SO2, 其中1%~2%的SO2受灰分和金屬氧化物等的催化作用而生成SO3, 再與燃燒氣體中所含的水分 (約5%~10%) 或空氣中的水分結(jié)合生成硫酸[1]。在處于露點以下的金屬表面凝結(jié)并腐蝕金屬, 即所謂的硫酸露點腐蝕。這種冷凝通常在比平常露點溫度高得多的溫度下就可以形成, 從而發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。如不采取專門的防護措施對于運行的煙囪將很快被腐蝕[2], 煙囪墻壁越來越薄, 甚至穿透, 嚴(yán)重威脅了電廠生產(chǎn)和人員安全, 進(jìn)而對電廠和社會用電造成巨大的經(jīng)濟損失。因此, 如何對煙囪內(nèi)壁進(jìn)行有效地、長期的防腐保護, 引起了國內(nèi)外的高度關(guān)注[3]。
1 脫硫?qū)焽璧挠绊?br /> 隨著國內(nèi)環(huán)保要求日益嚴(yán)格, 已組建的煙囪大都具有煙氣脫硫設(shè)備。而目前國內(nèi)燃煤電廠煙氣脫硫技術(shù)中以濕法脫硫為主, 煙氣經(jīng)過濕法脫硫后, 雖然煙氣中SO2的含量大大減少, 但是這種方法對煙氣中SO3的脫硫效果并不好。經(jīng)濕法脫硫后, 煙氣適度增加, 溫度降低, 煙氣很容易在煙囪內(nèi)壁結(jié)露, 煙氣中殘留的SO3溶解后[4]形成的稀硫酸溶液對煙囪內(nèi)壁進(jìn)行腐蝕, 脫硫煙囪內(nèi)的煙氣具有以下特點:
(1) 煙氣相對濕度大, 處于飽和狀態(tài)的濕煙氣在煙氣壓力和相對濕度的雙重作用下, 煙囪內(nèi)壁結(jié)構(gòu)致密差的材料很容易受到腐蝕, 影響結(jié)構(gòu)的持久性;
(2) 稀硫酸比高濃度硫酸對煙囪壁的腐蝕性更強;
(3) 酸液的溫度在40~80℃時對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕特別強。以鋼材為例, 40~80℃時的腐蝕速度比在其它溫度時高出3~8倍。
因此, 煙囪煙道的防腐是目前防腐工程的難點和熱點, 也是目前讓工程方和業(yè)主們非常頭疼的問題。需要重防腐、耐高溫、抗?jié)B透同時要兼顧到柔韌性、耐溫驟變、耐應(yīng)力驟變、耐高溫下的粘結(jié)性能等[5]。
2 國內(nèi)外電廠煙囪防腐保護技術(shù)現(xiàn)狀
為滿足國家環(huán)保法規(guī)要求, 同時降低防腐工程成本和提高煙囪的使用壽命, 各大發(fā)電公司普遍采用的是濕法脫硫 (FGD) 不加裝煙氣加熱系統(tǒng) (GGH) 工藝。加裝FGD且不上GGH, 排入煙囪的煙氣溫度在50℃左右, 濕煙氣在煙囪內(nèi)結(jié)露形成冷凝酸液, 對煙囪的腐蝕性大大加強。濕法脫硫在我國應(yīng)用時間較短, 濕煙氣對煙囪的腐蝕屬于新情況, 因此在這方面腐蝕的研究資料較少。目前, 國內(nèi)外濕法脫硫后的煙囪內(nèi)筒防腐技術(shù)主要是借鑒外國技術(shù)方法[6], 大部分采取以下3種防護措施:
(1) 采用耐酸耐腐蝕的金屬板做內(nèi)襯, 內(nèi)襯材料主要有鎳基合金板、哈氏合金和鈦鋼板等。
這些方案優(yōu)點是解決了耐溫、耐應(yīng)力變化和耐腐蝕等問題;缺點是成本極高, 施工焊接技術(shù)難度非常大, 很容易從焊縫處開始腐蝕[7];
(2) 采用耐腐蝕的輕質(zhì)隔熱制品的粘結(jié)來隔絕煙氣和煙囪內(nèi)筒的接觸, 如耐酸泡沫玻化磚。國內(nèi)使用的耐酸泡沫?；u以美國賓高德和國產(chǎn)為主。國產(chǎn)耐酸泡沫玻化磚由于技術(shù)原因和國外產(chǎn)品相比有明顯差距, 防腐效果差強人意;美國賓高德防腐綜合效果不錯[8], 但是工程造價很高, 周期長, 特別是難以實現(xiàn)對老舊煙囪的改造;
(3) 采用耐酸、耐熱材料, 隔絕煙氣和煙囪內(nèi)筒接觸, 使用噴涂、刮涂等方式施工, 例如OM涂料、玻璃鱗片膠泥、耐酸膠泥、聚脲涂料、APC雜化聚合物涂料、固斯特涂料等[9]。
采用上述防腐材料已有近十幾年的歷史, 但是效果不是很理想。自各大電廠引入濕法脫硫技術(shù)后, OM涂料在耐溫驟變、抗?jié)B透、耐磨性等方面不能滿足濕法脫硫煙囪的防腐保護, OM涂料的弊端越來越多, 應(yīng)用的越來越少。因此, OM涂料退出高溫?zé)焽韬蜔煹婪栏I(lǐng)域是必然的, 市場現(xiàn)狀也證實了這一點[10]。
玻璃鱗片膠泥的優(yōu)點是耐酸性和抗?jié)B透性好, 施工方便, 成本較低;缺點是玻璃鱗片膠泥韌性不佳, 容易發(fā)脆, 在溫度驟變下容易脫落, 施工味道大, 對施工環(huán)境要求高。耐酸膠泥由水玻璃和耐酸水泥調(diào)制而成。耐酸膠泥有很好的燒結(jié)性, 耐腐蝕和耐酸性一般, 制作成本低, 但是不耐堿。通過實際應(yīng)用證明防腐保護效果差, 該防腐材料在煙囪防腐領(lǐng)域已經(jīng)被淘汰[11]。聚脲涂料無接縫、致密性好, 干燥迅速, 施工周期短。但是聚脲的耐高溫性有限, 在60℃以上老化較快, 高溫下容易脫落, 防腐保護周期比較短[12]。APC雜化聚合物涂料是美國先進(jìn)聚合物涂料公司開發(fā)的一種防腐產(chǎn)品, 其優(yōu)點是耐溫驟變和耐腐蝕性能好、耐應(yīng)力變化和柔韌性好, 涂層抗?jié)B透性能好;缺點是涂層抗?jié)B性能和工藝成本不能兼顧, 施工工藝復(fù)雜, 成本太高, 涂層厚度厚, 總體載荷較大, 對舊煙囪有一定的危險性[13]。固斯特涂料是德國固斯特化工公司推出的一款防腐涂料, 其優(yōu)點是粘結(jié)性能好、耐酸耐堿防腐性能優(yōu)異;缺點是施工工藝復(fù)雜, 施工工期長, 工程造價昂貴, 不適合舊煙囪改造[14]。
通過以上分析, 濕法脫硫煙囪和煙道防腐的確是較難徹底解決的問題, 通過脫硫前后改變了煙囪的使用環(huán)境, 煙囪原有的防腐措施在新環(huán)境下存在某些缺陷, 為了更好地解決濕法脫硫煙囪的防腐問題, 必須尋求一種耐酸防腐、滿足結(jié)構(gòu)要求、同時又經(jīng)濟適用的新舊煙囪防腐保護的防腐材料[15], 聚氟有機硅防腐膠為我們提供了一種較好的選擇, 聚氟有機硅防腐膠具有耐化學(xué)腐蝕、絕緣隔熱、耐瞬時高溫?zé)g、強度和形狀可設(shè)計性強、成本低和可修復(fù)性等優(yōu)點, 該防腐材料從根源上解決了防腐、抗?jié)B、耐溫驟變、耐應(yīng)力變化等問題[16], 特別適合燃煤電廠脫硫濕煙囪和煙道運行條件。
3 產(chǎn)品組成特點介紹
3.1 產(chǎn)品介紹
聚氟有機硅防腐膠在有機硅橡膠和聚四氟乙烯的基礎(chǔ)上, 經(jīng)特殊工藝對其進(jìn)一步改性, 添加了聚甲基硅氧烷的改性有機硅橡膠在保持原有耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性不變的情況下, 具有更好的彈性和防腐性。有機硅橡膠高聚物分子是由硅-氧鍵連成的鏈狀結(jié)構(gòu), 其主要組成是高摩爾質(zhì)量的線型聚硅氧烷。由于SiO-Si鍵是其構(gòu)成的基本鍵型, 硅原子主要連接甲基, 側(cè)鏈上引入極少量的不飽和基團, 分子間作用力小, 分子呈螺旋狀結(jié)構(gòu), 甲基朝外排列并可自由旋轉(zhuǎn), 使得硅橡膠比其他普通橡膠具有更好的耐熱性、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性等。
聚氟有機硅防腐膠具有超強的耐腐蝕性能、優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性, 能夠長期在高溫狀態(tài)下耐強酸、強堿、強溶劑、鹽、石油產(chǎn)品、烴類等腐蝕性介質(zhì)。涂層的附著力強, 抗干濕交替性好, 對基體 (鋼鐵、水泥、木料) 附著力好, 具有良好的耐磨、抗沖擊性能;彈性好, 優(yōu)異的耐高低溫性能, 特別是耐老化性能, 對化學(xué)腐蝕介質(zhì)、日光、臭氧和輻射具有十分穩(wěn)定的性能。聚氟有機硅防腐涂層長期經(jīng)受日光曝曬不老化, 是一種長效長壽命涂層 (長達(dá)10~20 a之久) 。聚氟有機硅防腐膠涂裝工藝方便簡單, 可噴涂、刮涂施工;可以常溫固化, 不受場地、環(huán)境溫度等的限制, 適應(yīng)性強, 不受設(shè)備結(jié)構(gòu)、形狀的限制;對煙囪的載荷要求低, 應(yīng)用范圍廣, 重涂和修復(fù)方便, 費用也低, 固體含量高, 超低VOC, 環(huán)境友好。
3.2 特點介紹
聚氟有機硅防腐膠作為一種新型多功能的重防腐涂料, 是在普通硅橡膠重防腐涂料的基礎(chǔ)上加以改性研制生產(chǎn)的高科技產(chǎn)品。聚氟有機硅防腐涂層為系列配套涂料, 包括聚氟有機硅封閉底漆、聚氟有機硅中間膠和聚氟有機硅防腐面膠。
聚氟有機硅封閉底漆由甲基聚硅氧烷、改性聚四氟乙烯、氣相納米二氧化硅和氧化鐵紅等組成, 其黏度低、耐溫性好、附著力極佳, 常溫干燥固化快, 可噴涂、刷涂, 施工方便, 可廣泛用于鋼材、陶瓷、混凝土等基材表面。聚氟有機硅封閉底漆的技術(shù)指標(biāo)和檢驗方法見表1。
表1 聚氟有機硅封閉底漆技術(shù)指標(biāo)和檢驗方法     下載原表
表1 聚氟有機硅封閉底漆技術(shù)指標(biāo)和檢驗方法
聚氟有機硅中間膠由甲基聚硅氧烷、改性聚四氟乙烯、氣相納米二氧化硅、超細(xì)煅燒高嶺土、納米云母粉、高色素炭黑等組成。該產(chǎn)品為A、B兩個組份, 具有優(yōu)異的耐候性、耐高溫、耐酸性和阻燃性能。觸變性好, 易于操作, 立面施工時膠料不流淌;在調(diào)試過程中, 可通過顏色的變化, 清晰地觀察到A、B組份混合是否均勻, 易于施工控制。B組份加料方便, 現(xiàn)場操作簡單, 可依據(jù)季節(jié)和施工場地條件不同, 方便地更改A、B組份配比, 控制調(diào)膠后的操作時間, 以滿足施工及固化時間的要求。聚氟有機硅中間膠性能和檢驗方法見表2。
聚氟有機硅防腐面膠由甲基聚硅氧烷、改性聚四氟乙烯、改性硅橡膠、氣相納米二氧化硅、納米云母粉、鈦白粉和高色素炭黑等組成, 具有黏度適中、不易流動、易涂抹使用方便等特點。常溫固化, 沒有任何附加條件, 靠吸收空氣中微量水分而固化成彈性體, 固化后的膠層具有極其優(yōu)異的耐酸性、耐候性和密封性能。聚氟有機硅面膠的性能指標(biāo)和檢驗方法見表3。
4 結(jié)語
目前, 國產(chǎn)的高性能、能適用于濕法脫硫煙囪的防腐材料比較少, 現(xiàn)有防腐材料還存在這樣那樣的問題。隨著濕法脫硫煙囪使用時間的推移, 煙囪腐蝕現(xiàn)象將進(jìn)一步凸顯。因此, 研發(fā)一種高性能、長壽命、低成本、施工方便簡單的煙囪防腐蝕涂料是這一領(lǐng)域發(fā)展的方向[17]。正因為如此, 我公司開發(fā)了屬于自己的、符合我國國情、高性能低成本的煙囪防腐蝕涂料—聚氟有機硅防腐膠。該材料已在遼寧鐵嶺電廠、廣西貴港電廠、大唐山西陽城電廠、山東黃島電廠、山西華電大同電廠煙囪中應(yīng)用, 通過近五年的實際應(yīng)用跟蹤, 所用聚氟有機硅防腐膠的煙囪內(nèi)部防腐涂層完好如初, 無任何開裂、脫落和防腐失效等現(xiàn)象, 延長了煙囪防腐壽命, 降低了煙囪使用成本, 得到業(yè)主、設(shè)計單位和建設(shè)方一致高度好評。聚氟有機硅防腐膠特別適用火電廠煙囪脫硫煙道的防腐和保護, 還可用于化工、電力、海洋船舶等行業(yè)的化工儲罐、管道等。隨著我國對環(huán)保治理力度的越來越大, 對節(jié)能減排要求越來越高[18], 對像火力發(fā)電廠這樣的能源消耗大戶要求也越來越嚴(yán)格, 因而使得聚氟有機硅防腐膠具有非常廣泛的市場應(yīng)用前景。