雜化聚合材料在煙囪鋼內筒防腐技術改造中的應用

國家電投集團廣西北部灣 (欽州) 熱電有限公司供熱工程共用一座鋼筋混凝土套筒式煙囪, 煙囪總高度為100m, 煙囪筒身由鋼筋混凝土外筒、夾層鋼平臺、自立式鋼內筒三部分組成, 設計出口內徑為3.0m。鍋爐脫硫系統采用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝, 未設置GGH系統。
機組等級檢修中, 委托工程結構檢測單位對供熱工程煙囪鋼內筒進行檢測。煙囪鋼內筒上部結構安全性略低于國家現行標準規范的安全性要求, 仍能滿足結構安全性的下限水平要求, 尚不顯著影響整體安全, 極少數不符合要求的構件應采取整改措施。由于現有的防腐體系已經出現局部破損、失效, 而酸性煙氣對筒壁鋼板的腐蝕速率極為迅速且不可預測, 筒壁現有的腐蝕坑洞 (穿孔) 區域會迅速發展, 筒壁截面損傷會逐漸增大, 進而影響鋼內筒的整體結構安全。為保證鋼內筒結構的安全, 應對筒壁腐蝕坑洞區域鋼板進行修補、更換, 恢復到筒壁原有的狀態, 并對鋼內筒整體進行防腐改造處理。
1 對策
根據現場檢測結果, 針對鋼內筒結構的損傷情況, 采取處理措施如下:鋼內筒38.5~47.4m區段筒壁銹蝕損傷較嚴重、分布較為集中, 對該區段內壁防腐層進行全面的噴砂清理, 對筒壁腐蝕坑洞區域的鋼板進行切割、更換或修補, 必要時可在該區段增設豎向加勁鋼柱進行補焊。鋼內筒21.0~38.5m區段、47.5~100m區段筒壁銹蝕損傷較輕、分布較為分散, 對該區段筒壁腐蝕坑洞周邊的防腐層進行清理后, 對筒壁鋼板進行切割、修補。鋼內筒內壁防腐層因施工質量、材料老化等原因已出現局部破損、失效, 筒壁存在多處腐蝕、穿孔現象, 部分區段筒壁截面有較明顯的削弱。筒壁鋼板的銹蝕損傷使周邊的防腐層隆起、撕裂和剝離, 加速了腐蝕坑洞周邊的發展, 現有的防腐體系已不可靠, 不能有效隔絕煙氣對筒壁鋼板的腐蝕作用, 后續使用年限不可預估, 且一旦有任何區域防腐層失效, 酸性煙氣會對鋼內筒造成迅速、嚴重的腐蝕, 進而影響鋼內筒的整體結構安全。結論:對鋼內筒防腐體系進行整體更新。
2 方案可行性研究
根據項目前期調研報告, 結合公司的實際情況, 并從節約造價、降低供熱損失等角度考慮, 最終確定選擇GDAPC雜化聚合材料進行防腐施工。采用煙囪防腐雜化聚合材料技術工藝 (包括底涂層、雜化層、耐磨面層, 總厚度為3.0mm) , 其雜化聚合結構材料是將硅和硼元素鍵合到碳氧分子鏈上, 并交聯成環, 形成有機-無機雜化的籠型環狀硅氧碳雜環-砜雜化分子結構, 具有抗強化學腐蝕、耐溫變沖擊、高韌性、高耐磨、室溫固化等特性;可長期抵抗硫酸、鹽酸、氫氟酸等廢氣冷凝液的腐蝕;具有極低吸水 (酸) 率和高抗滲性;吸水率小于0.3%, 拉伸強度大于50MPa, 斷裂伸長率為1.0%~8.0%, 彎曲強度大于80MPa, 水蒸汽滲透系數小于5.0×10-14g·cm/cm2·s·Pa, 拉伸強度大于50MPa, 彎曲強度大于100MPa, 平均線膨脹系數1.1~2.5×10-51/℃, 粘接強度大于10MPa。
3 方案實施及施工工藝
對國家電投集團廣西北部灣 (欽州) 熱電有限公司供熱工程煙囪鋼內筒進行修復、防腐, 包括清除原煙囪鋼內筒 (含擋煙墻) 的防腐涂層, 對煙囪鋼內筒腐蝕滲漏點進行補焊或貼補鋼板, 經檢驗合格后重新進行防腐施工。
3.1 噴砂基本要求
基本要求如下: (1) 表面噴砂處理用的磨料和壓縮空氣應清潔、干燥, 沒有油脂和污染物; (2) 在噴砂達到要求后, 需清除干凈灰塵, 可采用真空吸塵器或其他合適的工具。噴砂用材料應具有防潮包裝, 存放在干燥、防雨水的房內, 不能直接放在地面, 地面應鋪設一層防水、防潮材料; (3) 基體噴砂清理以徹底清除基層表面各類污染物、附著物為目的。噴砂之后基層表面不得殘留任何污染物、油脂、脫層等疏松物; (4) 煙囪內襯防腐層噴砂完畢, 對整體內壁采用壓縮空氣進行徹底清灰。將煙囪內襯、煙道、灰斗平臺等位置表面灰塵進行全面清掃; (5) 基底處理質量標準:基體表面無疏松物, 無凸出基體污染物, 裂紋、缺塊位置修復堅固、平整。
3.2 GDAPC底涂層施工
底涂層是GDAPC雜化聚合物防腐層中與基底粘接層, 本產品的成膜物質是一種有機-無機環狀立體結構的雙組分雜化聚合物。底涂層是防腐層中與基層基體粘接的過度層, 施工噴涂厚度控制以完全覆蓋基層、無遺漏、無流墜現象為標準, 整體厚度達到0.15mm左右為宜。
3.3 GDAPC結構層施工
雜化結構層施工采用無堿玻璃纖維氈兩層粘布防腐處理, 每層無堿玻璃纖維氈表面涂刷鋼基體雜化材料。在底涂表干后即可進行雜化聚合結構層的無堿玻璃纖維氈粘布施工。施工要求雜化聚合結構層完全覆蓋上層, 厚度均勻、無流墜、無遺漏、輥壓密實、浸潤良好、無毛刺, 并確保雜化層厚度均勻、無氣泡, 總厚度符合設計要求。涂刷要求雜化聚合物無流墜、無遺漏, 并確保粘布厚度均勻、無氣泡。粘布時壓輥人員必須同時進行壓輥作業, 避免由于滾壓不及時材料固化致使雜化層內形成氣泡、孔洞。
3.4 GDAPC耐磨面層施工
本產品的成膜物質是一種有機-無機合成環狀結構的雙組分雜化聚合物。適用于耐200℃以下的抗酸液/汽滲性要求高的構件上。在上道涂層表干后進行施工, 所有待涂位置表面均應清潔干燥、無油污等污染, 面層是GDAPC雜化層的主要耐磨層。耐磨面層厚度要求完全覆蓋雜化結構層, 噴涂均勻一致、無流墜、無遺漏。厚度達到0.3mm左右為宜, 如圖1所示。
圖1 施工設計結構圖
圖1 施工設計結構圖   下載原圖
4 經驗推廣
雜化聚合結構層在鋼基體、混凝土砌塊砌體和混凝土等基體上是一次成型, 整體結構沒有縫隙, 并對高速煙氣沖刷區、煙道與煙囪連接部、伸縮縫、導流板、落灰斗等部位做特殊防腐加強處理, 進一步確保整體無縫。雜化底涂層與基體的高結合力、雜化結構層的主體防腐和獨立結構強度、耐磨層的高耐磨和高抗滲性三者相互協同使GDAPC雜化聚合結構層在脫硫煙囪防腐技術改造中具有明顯優勢。煙囪整個防腐層為一體, 無縫隙、無連接點、無薄弱處。
通過量化可控施工, 各道施工工序都用先進的檢測儀器現場檢驗, 對工程質量實行有效監控。本工程根據煙囪設計圖紙及GDAPC材料技術特點確定防腐層數、厚度、功能、協同作用、間隔處理時間等最佳方法, 施工全程做到量化可控并配合超聲波測厚、電火花檢漏、粘結強度測試、GMP固化度檢測等確保雜化結構層無缺陷, 保證主煙囪安全投運。