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烟囱防腐现状与常用防腐涂料使用分析

 
作者:ag娱乐  来源:ag真人  时间:2020-11-10 16:18  点击:
 

  烟囱烟道是电力、热力、燃气等行业不可少的建筑,为达到长期安全运行,其结构的耐久性就占有相当重要的地位,无论砖混结构还是钢结构大多采用耐高温内衬+耐防腐层,国内采用最多的是玻璃鳞片胶泥防腐,玻璃鳞片材料固话后呈脆性,耐温特性和耐温冲击特性较差,极易造成鳞片衬里在高温和高低温热冲击下,发生开裂、脱层现场,通过本文介绍国内烟囱烟道防腐方案介绍和对比,以及ZS-1041如何解决高温下烟气腐蚀问题。

  烟道防腐,烟囱防腐,如果是仅仅湿热酸腐蚀的话,这个在国内已经得到很好的解决了,经历了2000至今的发展,目前基本以玻璃鳞片胶泥方案为主,当然也存在KPI、砖板内衬等方案,但在中低温以及一般的高温时,玻璃鳞片胶泥的方案已经被大家所认同,尽管不一定是最完美的解决方案,但从性价比,使用寿命等各方面综合来看,玻璃鳞片胶泥内衬的方案确实是最佳选择。

  国内做防腐的工程公司正在越来越多得遇到一些更加棘手的问题:电厂原烟道、烟囱、锅炉原烟道、烟囱高温防腐,特别是特高温,瞬间高温达200度以上,长期温度也接近180度,并且基材有钢质的,也有混泥土基材的,在实际运行过程中,会时常出现温度时高时低,运行环境的温度骤变很厉害。

  目前国内做这一行的工程公司很多,材料商也很多,提出来的方案五花八门,但是真正经历了五年以上的实际环境运行的成功案例,几乎没有。下面就目前国内防腐行业在高温烟囱防腐领域所提出来的方案一一分析其优缺点,供所参考。

  特高温烟道烟囱的防腐方案,目前主流的有:乙烯基酯树脂(VER)玻璃鳞片胶泥、VER胶泥玻璃钢复合、VER胶泥勾缝砖板内衬(宾高德玻化砖、耐酸砖、耐酸陶瓷等)、耐酸KPI胶泥、KPI胶泥勾缝砖板内衬、OM涂料、钛合金哈氏合金等等合金方案。

  特高温烟道烟囱的防腐方案设计,关键考虑点:防腐、抗渗、防脱落。防腐由材料本身材质的耐酸性,尤其是高温下的耐酸性决定的;抗渗主要由防腐涂层的厚度,有机/无机成份的固化物的致密性决定的;防脱落主要是由施工质量、基材的处理好坏、防腐材料本身的耐温骤变性能高低以及防腐涂层的耐应力变化优劣决定的。

  方案缺点(或称难点):底漆的耐温性能要求同样达到耐180度级别,并且做到有一定柔韧性,这是目前乙烯基酯树脂行业较难解决的问题;胶泥本身韧性不佳,容易发脆;尤其是在温度骤变下,胶泥底漆层与基材的粘结性能不佳,容易脱落,尤其是基材处理不足时更容易出问题;温度骤变时,局部应力引起的应力后续集中,这是较难解决的(该方案的耐应力变化不足)。高温底漆,并且具备一定柔韧性,目前在国内能提供这样底漆的厂家,完美解决这个问题的,几乎没有。目前市场绝大多数的做法是:把高交联密度型VER或者类似的树脂,添加丙烯酸、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯等其他极性较高,又能参与交联固化的稀料,制成底漆打底的,打底完一道后,再在底漆中添加少许粉料(多为石英粉之类)再上非常稀的胶泥一道,然后再上特高温胶泥中涂和面涂。也就是说,现行的做法是并没有去找专门的底漆,而是拿耐高温的乙烯基树脂,极性单体稀释后直接作为底漆来用。

  为了降低耐特高温的乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥的现行膨胀系数,做到更佳接近基材,同时又能很好得提高胶泥本身的韧性和耐冲击性能,有效地防止温度骤变过程中的脱落和耐应力变化的不足,目前市场上一些人已经开始尝试并使用一些改性剂对现行的VER胶泥进行改性,主要方向有:1、添加热塑性高分子塑料的粉末,比如PET、PP、PE、ABS;2、添加一些有机硅类特耐高温的物质或助剂;3、添加现行膨胀系数更小的鳞片或其他物质(如金属鳞片)到胶泥中去,使得最终的涂层的硬度强度提高更多,涂层的现行膨胀系数更加接近无机或金属基材,也能从另一个侧面来改善涂层的耐温骤变耐应力变化不足容易脱落的问题。以上三种方法在国内已经有不少人在实际案例中使用了。

  高温烟道和烟囱,目前市场厂使用最多的方案还是:玻璃鳞片胶泥、玻璃鳞片胶泥FRP复合、玻璃鳞片胶泥勾缝砖板内衬这三个方案。这三个方案的最大的优点都在于重防腐、绝对耐温性能好、抗渗性能好。如果在高低温变化频率不是很大,温度骤变不厉害应力变化不厉害(超高烟囱摇摆会导致严重的应力集中)的场合,可以说乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥是一个较为完美的方案。但是在遇到上述特殊苛刻情况下,即使你再在玻璃鳞片胶泥中去添加什么热塑性改性剂、有机硅添加物、金属鳞片或者其他什么的碳纤维补强层等等,也是治标不治本,只能少许改善。

  也叫APC杂化聚合物涂层,它是有机无机杂化聚合材料,是一种高交联密度的三维空间立体结构防腐蚀材料。

  优点:耐温高、耐蚀性好、耐磨性好、柔韧性好、阻燃、做得厚的话抗渗性能也很好、耐温骤变好、耐应力变化好、耐老化较有机方案好;

  缺点:抗渗性能和工艺成本不能兼顾、与基材粘结性能有待提高、施工工艺与成本太昂贵。

  1) 有机物成分中,和通常的防腐涂层区别在于,一般的有机物成分,可以常温施工成型,大部分都含有羟基或者酯键,如环氧树脂,乙烯基酯树脂,酚醛树脂等。(当然不排除一些溶剂型的非转化型成膜型涂料,是不含有羟基和酯健的)。而杂化聚合物结构层中的主体有机成分几乎不含羟基和酯健,主要以醚键来连接众多的可参与交联或者聚合的官能团。这种环硅类的聚合物,目前在国内还只是停留在实验室在做(中科院在做),小批量生产,美国的APC公司的Chemline 784中使用的主体有机成分就是同种类型的材料;

  2)该方案借鉴与金属基材的广义基材处理的思路去解决的,把涂层的线性膨胀系数做得更小,乃至接近金属基材;

  3) 为达到2)中的效果,除有机成分外,这个方案中再添加了不锈钢鳞片、石英粉、碳化硅陶瓷粉、改性碳纤维(界面粘结性能较一般碳纤维好)、钛白粉等无机成分;

  4) 固化剂采用脂环胺和芳香族胺相结合,保证最终涂层结构的耐热和交联密度;

  5) 控制无机成分、固化剂、稀释剂等含量,可以做出来接近水泥基材、砼基材、金属基材的不同涂层材料。

  1) 从线性膨胀系数角度出发,把防腐层结构的热胀冷缩做成更加接近基材的热胀冷缩,这个思路是复合材料防腐(有机+无机)的根本,但是该方案在此基础上,不像玻璃鳞片胶泥中只是加了玻璃鳞片、粉料这些东西,而这个方案不仅把钛白粉、陶瓷粉、碳纤维引进来了,甚至还把金属鳞片引进来,尽管成本非常高,但是可以预见的是肯定有助于解决线性膨胀系数问题。目前常见的仅仅是加点金刚砂、石英砂等来降低整个结构层的线性膨胀系数,加金属鳞片的确实不多;

  2) 硼纤维、碳纤维的引入,增加成本是必然,但也是从降低整个涂层的线性膨胀系数出发的。

  综上所述,怎么去同时解决重防腐、耐热、耐温度骤变、耐冲击、耐应力这些棘手的问题,之前的OM,KPI,涂料也好,还是现在市场上95%使用的玻璃鳞片胶泥方案也好,都是能解决其中的某几个点,都不能很完美得全部解决,针对上述情况,志盛威华工程师认为从以下几点出发,得以提高玻璃鳞片胶泥材料适应性和功能性:

  第一、广义的基材处理,混泥土基材需要在底漆上做文章,在渗透剂上做文章,在广义基材处理上做文章;

  第二、把现有胶泥涂层固化后的线性膨胀系数做得更小,更加接近基材,可以在保证工艺可行性的前提下,在现有胶泥中适当添加:碳纤维、陶瓷粉、石英粉、金属鳞片等;

  第三、把现有胶泥做得收缩更小,韧性耐冲击更好,可以在保证固化工艺可行性前提下,在现有胶泥中适当添加:热塑性塑料粉末等低收缩剂;

  第四、把现有胶泥做得耐温更高,在保证耐腐蚀性能的前提下,使用高交联密度型特耐高温型乙烯基酯树脂,同时还可以考虑添加有机硅耐高温树脂或助剂,尤其是对于底漆树脂。

  材料设计和施工不仅要考虑材料选择和性能改进,同时也要分析实际使用过程中高温烟囱烟道所受到的破坏情况种类,主要包括:高温、高低温交替、冷凝水、高温烟气腐蚀、粉尘冲刷、烟囱震动、形变等。

  烟气温度一般在70℃--500℃左右,部分工况烟气温度会达到1000℃,烟气流速一般都在5米/秒以上,粉尘颗粒物粒径大小在0.3毫米以上,粉尘浓度在10%以上,相对湿度为3-10%,含有灰分及各种腐蚀性成分,如SO2、HCl、NO2及盐雾等,甚至有的烟气中含有HF强腐蚀气体存在,有酸碱腐蚀,低温烟气还会有冷凝水腐蚀,而且在脱硫过程中,又具有酸碱介质交替的情况发生,因此设备腐蚀严重,防腐条件要求比较苛刻。需要重点指出烟囱本体的腐蚀主要是防腐内衬损坏,酸液渗透到烟囱本体或者是通过牛腿渗透到烟囱本体。水平烟道和积灰平台如没有良好的防腐和疏水装置,对水平烟道及烟囱积灰平台会造成很大的腐蚀。

  烟囱防腐内衬损坏原因包括施工中漆膜厚度薄,烟囱表面不平整,形成积液,腐蚀加重;烟气粉尘冲刷严重部位没有进行加厚处理;材料的线膨胀系数过小,表面形成裂纹、龟裂等缺陷,施工中的缺陷问题需要施工方规范施工来解决,避免减小人为影响。

  近年来,在烟囱烟道腐蚀涂层研发和实践中,志盛威华工程师通过对上百家烟囱烟道成功与失败的防腐案例进行经验分析总结,不断优化产品性能,经过广泛学习交流,采用新技术新方法,不断创新与优化,推出1041烟气防腐涂料。

  1041烟气防腐涂料的推出,避免玻璃鳞片胶泥不耐高温偏脆和APC抗渗弱基材要求高成本贵的不足,同时综合两种方案的优点。

  烟气防腐涂料的成膜物质以无机聚合物为主的互穿网络聚合物作为成膜物质,溶液中含硅无机聚合物作为主链,高温嫁接有机聚合物改性树脂,得到交替排列组成的多嵌段嫁接无机有机螯合聚合物,通过PIN对树脂改进,既能发挥有机树脂软段柔韧性,提高基材粘接力,同时又发挥无机聚合物耐高温作用,从而1041烟气防腐涂料成膜性好,附着力高,涂层光滑自洁,耐温高,成膜致密降低介质损耗率的特点。

  砖、水泥的线/℃,钢铁的线/℃,而玻璃鳞片类的线/℃,与基材相差了一个数量级,在温度变化时,容易出现温差应力,导致涂层应力开裂(几油几布的涂刷主要就是防裂),由于该材料涂层较厚,热传递会因此受到一定影响,烟道内壁温度与涂层表面温度会存在相对较大的差异,应力开裂的风险因此而加大。虽玻璃鳞片通过几油几布的工艺可以预防短期应用内的应力开裂,但如特殊工况出现得较为频繁时,涂层及防裂布会因多次变形而产生疲劳,最终出现裂纹。ZS-1041烟气防腐涂料的线/℃,与烟道用的基材线膨胀系数处于同一数量级,两者相差不大,因该涂层为薄涂即可,导热速度较快,能很快与基材达成温度平衡,在遇到急冷急热状况时形变几乎与基材保持一致,不易产生温差应力造成漆膜的损坏。

  一个良好的线膨胀系数,是由无机填料体现出来,涂料采用无机抗腐蚀耐磨材料,如纳米硅微粉、碳化硅、氮化硼、石墨、超细金属氧化物等涂料固体颜料,在高温下形成耐磨陶瓷功能,使涂层具有高硬度,高耐磨,防蚀性,耐高温、抗冲击性和好的延展性。涂料并且使用无机陶瓷纤维,增加涂层内联交强性,进一步增强涂层的抗冲击性。

  涂层线膨胀系数与基材接近,在遇到温变大时,形变与基材保持一致,烟气温度越高温变越大,烟气一般温度在70-500℃,对于有脱硫装置的烟囱,烟气温度一般会低于100℃,标准规定的250℃耐温极限能满足大多工况,但不能满足某些特殊工况,包括事故状态。

  ZS-1041烟气防腐涂料耐温幅度可达750℃,可长期在600℃正常使用,这一性能使得烟道防腐蚀更为可靠,减少因特殊工况带来的防腐蚀涂层破坏,通过提高耐温度数和与基材良好的线性膨胀系数,使涂膜拥有好的耐高温温变性能。

  由于烟气中含水,如果加装了湿法脱硫装置,烟气中的含水量会更高,此项虽是在检测吸水率但实际考究的是涂料的致密性、抗渗透性,致密抗渗无溶胀是防腐蚀涂料必备的特性。普通防腐蚀涂料如玻璃鳞片胶泥采用的是片状玻璃鳞片,直径大概在0.2mm左右,在涂层成膜时玻璃鳞片呈鱼鳞状搭接从而具有极好的防渗性。但具有0.2mm直径的玻璃鳞片尺寸偏大,加之玻璃鳞片密度较大在工作液中的分散会存在不均一性,存在鳞片搭接不均的情况,加之在施工时由于粘度、温度、施工方法等原因,可能会架空搭接出现空鼓,防渗性能下降。

  ZS-1041烟气防腐涂料中功能防腐蚀颜填料采用高温再加工成型的纳米级鳞片级粉料,细小的粒径使单个鳞片更易稳定分散在涂料体系中,同时避免出现搭接空鼓,提高抗渗透性,这也是为什么ZS-1041烟气防腐涂料仅300m即可达到几毫米厚常规防腐蚀涂料防腐效果的主要原因之一。

  涂料膜厚在300-500m就可以达到常规防腐蚀涂料的防护效果和防护周期,施工间隔不超过2h,采用无气喷涂施工4道左右即可达到设计膜厚,省时省力,施工简便,表干实干快,施工周期短,养护周期短,能够尽快投入使用,较之常规烟道防腐涂料,膜厚最厚的会达到3mm,工序超过5道以上,道间养护时间较长,工期大概30天,相比之下,工程的综合成本会降低。

  之前提到烟气中含有水分,在烟囱烟道部分区域会有冷凝水腐蚀,冷凝水的腐蚀相对于烟气腐蚀严重程度更高,基材表面未找平位置会出现积液,积液腐蚀性更高,也是容易出现坏点部位,施工中需要增加厚度来增强防腐性能。ZS-1041烟气防腐涂料可长期耐酸浸泡、碱浸泡以及NaCl溶液浸泡,具备全面的抗渗耐腐蚀性能,可针对烟道有可能出现的各种腐蚀。该项性能的测试,试验标准酸液为硫酸,但实际上烟气中的腐蚀介质却远不止硫化物,特别是有脱硫装置的烟道脱硫后烟气中仅含微量硫化物,烟气的主要腐蚀介质为CL-,对于湿法脱硫,烟气中可能还会存在碱性物质,因此在考虑酸腐蚀(硫化物)的同时还应考虑CL-腐蚀、碱腐蚀。

  良好的抗腐蚀性需要好的成膜物质提供,ZS-1041防腐涂料成膜物质是以无机聚合物为主的互传网络聚合物作为成膜物质,溶液中含硅无机聚合物作为主链,高温嫁接有机聚合物改性树脂,得到交替排列组成的多嵌段嫁接无机-有机螯合聚合物,提高涂膜致密性和抗渗性,达到抗腐蚀效果。高温螯合树脂成膜后呈现无机惰性,从而体现出优异的耐老化性能,达到长效防腐保障。

  对于烟道防腐蚀涂料的选择除了性能指标外,还应考虑到施工性能、维修成本等因素,施工性同玻璃鳞片涂料举例,为了防止使用过程中出现开裂并涂刷到足够的厚度,该涂料在施工时一般采用加衬布的方式来进行,大多是底中面三种涂料,采用“三油两布”的方式进行涂刷,工艺较为复杂,工期长,当涂层出现局部损坏时,需要将所有相连的涂层进行铲除(衬布的影响),维修难度大、费用高。

  ZS-1041烟气防腐涂料适合于各温度段的烟道防腐,在进行烟囱防腐工程时不需按工况、部位来购买多种产品增加预算、物料管理、施工管理的难度;同时涂料的施工方式多样,可刷涂、辊涂、无气喷涂,300m厚度即可满足一般情况下烟气防腐,施工两到三遍达到设计厚度即可,方便操作,工人技术要求低,人为影响因素少,施工时无需采用加衬布等辅助材料和工艺,施工简便工期较短。当涂层出现缺陷或在后期应用中出现弊病时,仅需要进行局部刷涂修补即可,大大降低了维修成本和缩短维修工期。

  2、成分复杂 焦炉烟道气含有大量的有机气体、硫化物、氮氧化物、氯化物等。

  6、烟囱需要热备 处于安全的需要,焦化行业需要烟囱进行热备,热备温度一般为130℃,甚至更高;

  焦炉加热用回炉煤气由外管送至焦炉各燃烧室,在燃烧室内经过蓄热式预热的空气混合燃烧,燃烧后的废气经跨越孔、立火道、斜道,在蓄热式与格子砖换热后经分烟道、总烟道,后从烟囱排出。

  焦炉因其生产工艺的特殊性,烟囱排放的热烟气中含二氧化硫、氮氧化物、粉尘,氮氧化物含量较高,烟气需要进行脱硫脱硝除尘处理后方可满足排放要求。烟气中的氮氧化物主要是在煤气高温燃烧条件下产生的,焦炉煤气含50%以上的氢气,燃烧速度快,火焰温度高达1700-1900度,煤气中氮气与氧气在1300度左右会发生激烈的氧化反应,生产NOx。

  这种方法目前较为流行的一种焦炉烟气净化及余热回收一体化技术,由于烟气湿法脱硫工段要求脱硫塔入口烟气温度须保证在160℃以下,故该技术会将脱硝后270℃左右的烟气通入换热器,使烟气温度降至脱硫塔入口允许的温度范围内,经后续脱硫工段处理,再向大气排放。

  此焦炉烟囱采用玻璃鳞片“三油两布”的方式进行涂刷防腐,经过6个月左右的运行,防腐涂层开始出大面积现剥离脱落现象,露出底材,部分底材已经腐蚀锈透,影响生产安全。

  在喷砂除锈过程中,出现玻璃鳞片粘接不牢掉落,尤其焊缝处玻璃鳞片更难以附着,这也是焊缝处容易剥落空鼓症结所在。

  经过喷砂除锈后,基材表面达到sa2.5标准,整修完露点、更换破损部位后,进行1041涂刷施工。

  施工时间为2天,相较于玻璃鳞片 “三油两布”施工天数7天时间,大大节约了施工周期,采用滚涂方式,降低施工难度,工人操作好操作,施工质量好控制,300m涂膜厚度相当于玻璃鳞片1CM的防腐涂层。

  经过客户正常使用6个月,涂膜不开裂,不脱落,起到很好防腐效果,得到客户的认可。

  5、防腐性能好,抗烟气中H2S、氯离子、二氧化硫、三氧化硫、氯化氢高温水汽等解释腐蚀;

  施工过程中,烟道进焰口增加涂层厚度,以增加涂层抗消耗性,延长使用寿命,同时在焊缝处、积液点、可能雨水冲刷部位等腐蚀严重地方,进行增加涂层厚度,来增加抗腐蚀强度。

  增加厚度补强部位都是腐蚀和冲刷腐蚀严重部位,冲刷腐蚀主要包括气液喷砂型腐冲蚀、液流或水滴型冲蚀,冲刷腐蚀的影响因素也众多,包括材料的物理性质、介质特性、流体力学等因素,补强部位的操作,就涉及到有经验的施工人员来进行施工,根据实际情况来进行调整;好的材料性能是基础,施工影响因素才是关键,俗话说“三分料,七分工”说的就是涂料施工重要性,在与玻璃鳞片相同施工条件下,ZS-1041施工更简便,施工方式灵活,施工影响小,很好的体现产品以人为本的理念,人为影响很重要,尤其在前期技术沟通及产品工况交流过程中,选择合适的产品以及合理施工方案,提供基础保障。

  好的解决方案和适合的产品,需要通过精准的售前沟通分析,对腐蚀原因分析、实际工况总结和产品性能掌握等各种前期技术交流,前期工作信息了解离不开志盛威华工程师深厚的防腐经验和实际应用的积累,能够切中时弊的解决防腐难题。

  在施工完设备使用过程中,及时跟踪使用效果,收集使用数据,做到涂层工况汇总,及时总结经验,编写应用报告。

  北京志盛威华化工有限公司是北京市科委认证的高新技术企业,是专业研究节能技术、开发及推广新型节能涂料的高科技型企业,公司依托北京志盛博卡节能技术研究院、中科院、航天部等大型科研单位,与清华大学长期科研合作,专注于耐高温隔热涂料、特种防腐涂料、抗氧化封闭涂料、热反射隔热涂料、红外线辐射吸收涂料、耐高温绝缘涂料、高温粘合剂、自洁涂料、耐磨涂料、过渡涂料等特种涂料的研发、生产、销售、工程服务的高新技术企业。公司秉承“创造一流产品,追求卓越服务”的经营理念,本着“团结、拼搏、创新、共赢”的经营信条,为客户提供过硬的产品质量、专业的解决方案和优质的技术服务。

  周少飞:化工学士学位,北京志盛威华化工有限公司涂料工程师,多年化学腐蚀现场分析及的防腐工况方案参与经验,国家工况防腐项目志盛威华制定代表,有丰富经验;坚持以问题为导向,对客户遇到的“偏难怪”等难点问题,提供适合的防腐技术咨询。

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