聚氟有机硅防腐胶在烟囱防腐中的应用浅析

0 引言
我国是一个能源结构以燃煤为主的国家, 尤其是在冶金、电力、石化等重要工业领域的用煤量更大。以煤为主要燃料的烟气处理系统如烟道、烟囱以及脱硫装置等, 燃料中通常含有2%~3%的硫, 经燃烧后的烟气中会含有约0.12%的SO2, 其中1%~2%的SO2受灰分和金属氧化物等的催化作用而生成SO3, 再与燃烧气体中所含的水分 (约5%~10%) 或空气中的水分结合生成硫酸[1]。在处于露点以下的金属表面凝结并腐蚀金属, 即所谓的硫酸露点腐蚀。这种冷凝通常在比平常露点温度高得多的温度下就可以形成, 从而发生严重的腐蚀。如不采取专门的防护措施对于运行的烟囱将很快被腐蚀[2], 烟囱墙壁越来越薄, 甚至穿透, 严重威胁了电厂生产和人员安全, 进而对电厂和社会用电造成巨大的经济损失。因此, 如何对烟囱内壁进行有效地、长期的防腐保护, 引起了国内外的高度关注[3]。
1 脱硫对烟囱的影响
随着国内环保要求日益严格, 已组建的烟囱大都具有烟气脱硫设备。而目前国内燃煤电厂烟气脱硫技术中以湿法脱硫为主, 烟气经过湿法脱硫后, 虽然烟气中SO2的含量大大减少, 但是这种方法对烟气中SO3的脱硫效果并不好。经湿法脱硫后, 烟气适度增加, 温度降低, 烟气很容易在烟囱内壁结露, 烟气中残留的SO3溶解后[4]形成的稀硫酸溶液对烟囱内壁进行腐蚀, 脱硫烟囱内的烟气具有以下特点:
(1) 烟气相对湿度大, 处于饱和状态的湿烟气在烟气压力和相对湿度的双重作用下, 烟囱内壁结构致密差的材料很容易受到腐蚀, 影响结构的持久性;
(2) 稀硫酸比高浓度硫酸对烟囱壁的腐蚀性更强;
(3) 酸液的温度在40~80℃时对结构材料的腐蚀特别强。以钢材为例, 40~80℃时的腐蚀速度比在其它温度时高出3~8倍。
因此, 烟囱烟道的防腐是目前防腐工程的难点和热点, 也是目前让工程方和业主们非常头疼的问题。需要重防腐、耐高温、抗渗透同时要兼顾到柔韧性、耐温骤变、耐应力骤变、耐高温下的粘结性能等[5]。
2 国内外电厂烟囱防腐保护技术现状
为满足国家环保法规要求, 同时降低防腐工程成本和提高烟囱的使用寿命, 各大发电公司普遍采用的是湿法脱硫 (FGD) 不加装烟气加热系统 (GGH) 工艺。加装FGD且不上GGH, 排入烟囱的烟气温度在50℃左右, 湿烟气在烟囱内结露形成冷凝酸液, 对烟囱的腐蚀性大大加强。湿法脱硫在我国应用时间较短, 湿烟气对烟囱的腐蚀属于新情况, 因此在这方面腐蚀的研究资料较少。目前, 国内外湿法脱硫后的烟囱内筒防腐技术主要是借鉴外国技术方法[6], 大部分采取以下3种防护措施:
(1) 采用耐酸耐腐蚀的金属板做内衬, 内衬材料主要有镍基合金板、哈氏合金和钛钢板等。
这些方案优点是解决了耐温、耐应力变化和耐腐蚀等问题;缺点是成本极高, 施工焊接技术难度非常大, 很容易从焊缝处开始腐蚀[7];
(2) 采用耐腐蚀的轻质隔热制品的粘结来隔绝烟气和烟囱内筒的接触, 如耐酸泡沫玻化砖。国内使用的耐酸泡沫玻化砖以美国宾高德和国产为主。国产耐酸泡沫玻化砖由于技术原因和国外产品相比有明显差距, 防腐效果差强人意;美国宾高德防腐综合效果不错[8], 但是工程造价很高, 周期长, 特别是难以实现对老旧烟囱的改造;
(3) 采用耐酸、耐热材料, 隔绝烟气和烟囱内筒接触, 使用喷涂、刮涂等方式施工, 例如OM涂料、玻璃鳞片胶泥、耐酸胶泥、聚脲涂料、APC杂化聚合物涂料、固斯特涂料等[9]。
采用上述防腐材料已有近十几年的历史, 但是效果不是很理想。自各大电厂引入湿法脱硫技术后, OM涂料在耐温骤变、抗渗透、耐磨性等方面不能满足湿法脱硫烟囱的防腐保护, OM涂料的弊端越来越多, 应用的越来越少。因此, OM涂料退出高温烟囱和烟道防腐领域是必然的, 市场现状也证实了这一点[10]。
玻璃鳞片胶泥的优点是耐酸性和抗渗透性好, 施工方便, 成本较低;缺点是玻璃鳞片胶泥韧性不佳, 容易发脆, 在温度骤变下容易脱落, 施工味道大, 对施工环境要求高。耐酸胶泥由水玻璃和耐酸水泥调制而成。耐酸胶泥有很好的烧结性, 耐腐蚀和耐酸性一般, 制作成本低, 但是不耐碱。通过实际应用证明防腐保护效果差, 该防腐材料在烟囱防腐领域已经被淘汰[11]。聚脲涂料无接缝、致密性好, 干燥迅速, 施工周期短。但是聚脲的耐高温性有限, 在60℃以上老化较快, 高温下容易脱落, 防腐保护周期比较短[12]。APC杂化聚合物涂料是美国先进聚合物涂料公司开发的一种防腐产品, 其优点是耐温骤变和耐腐蚀性能好、耐应力变化和柔韧性好, 涂层抗渗透性能好;缺点是涂层抗渗性能和工艺成本不能兼顾, 施工工艺复杂, 成本太高, 涂层厚度厚, 总体载荷较大, 对旧烟囱有一定的危险性[13]。固斯特涂料是德国固斯特化工公司推出的一款防腐涂料, 其优点是粘结性能好、耐酸耐碱防腐性能优异;缺点是施工工艺复杂, 施工工期长, 工程造价昂贵, 不适合旧烟囱改造[14]。
通过以上分析, 湿法脱硫烟囱和烟道防腐的确是较难彻底解决的问题, 通过脱硫前后改变了烟囱的使用环境, 烟囱原有的防腐措施在新环境下存在某些缺陷, 为了更好地解决湿法脱硫烟囱的防腐问题, 必须寻求一种耐酸防腐、满足结构要求、同时又经济适用的新旧烟囱防腐保护的防腐材料[15], 聚氟有机硅防腐胶为我们提供了一种较好的选择, 聚氟有机硅防腐胶具有耐化学腐蚀、绝缘隔热、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状可设计性强、成本低和可修复性等优点, 该防腐材料从根源上解决了防腐、抗渗、耐温骤变、耐应力变化等问题[16], 特别适合燃煤电厂脱硫湿烟囱和烟道运行条件。
3 产品组成特点介绍
3.1 产品介绍
聚氟有机硅防腐胶在有机硅橡胶和聚四氟乙烯的基础上, 经特殊工艺对其进一步改性, 添加了聚甲基硅氧烷的改性有机硅橡胶在保持原有耐热性、化学稳定性不变的情况下, 具有更好的弹性和防腐性。有机硅橡胶高聚物分子是由硅-氧键连成的链状结构, 其主要组成是高摩尔质量的线型聚硅氧烷。由于SiO-Si键是其构成的基本键型, 硅原子主要连接甲基, 侧链上引入极少量的不饱和基团, 分子间作用力小, 分子呈螺旋状结构, 甲基朝外排列并可自由旋转, 使得硅橡胶比其他普通橡胶具有更好的耐热性、电绝缘性、化学稳定性等。
聚氟有机硅防腐胶具有超强的耐腐蚀性能、优良的化学稳定性, 能够长期在高温状态下耐强酸、强碱、强溶剂、盐、石油产品、烃类等腐蚀性介质。涂层的附着力强, 抗干湿交替性好, 对基体 (钢铁、水泥、木料) 附着力好, 具有良好的耐磨、抗冲击性能;弹性好, 优异的耐高低温性能, 特别是耐老化性能, 对化学腐蚀介质、日光、臭氧和辐射具有十分稳定的性能。聚氟有机硅防腐涂层长期经受日光曝晒不老化, 是一种长效长寿命涂层 (长达10~20 a之久) 。聚氟有机硅防腐胶涂装工艺方便简单, 可喷涂、刮涂施工;可以常温固化, 不受场地、环境温度等的限制, 适应性强, 不受设备结构、形状的限制;对烟囱的载荷要求低, 应用范围广, 重涂和修复方便, 费用也低, 固体含量高, 超低VOC, 环境友好。
3.2 特点介绍
聚氟有机硅防腐胶作为一种新型多功能的重防腐涂料, 是在普通硅橡胶重防腐涂料的基础上加以改性研制生产的高科技产品。聚氟有机硅防腐涂层为系列配套涂料, 包括聚氟有机硅封闭底漆、聚氟有机硅中间胶和聚氟有机硅防腐面胶。
聚氟有机硅封闭底漆由甲基聚硅氧烷、改性聚四氟乙烯、气相纳米二氧化硅和氧化铁红等组成, 其黏度低、耐温性好、附着力极佳, 常温干燥固化快, 可喷涂、刷涂, 施工方便, 可广泛用于钢材、陶瓷、混凝土等基材表面。聚氟有机硅封闭底漆的技术指标和检验方法见表1。
表1 聚氟有机硅封闭底漆技术指标和检验方法     下载原表
表1 聚氟有机硅封闭底漆技术指标和检验方法
聚氟有机硅中间胶由甲基聚硅氧烷、改性聚四氟乙烯、气相纳米二氧化硅、超细煅烧高岭土、纳米云母粉、高色素炭黑等组成。该产品为A、B两个组份, 具有优异的耐候性、耐高温、耐酸性和阻燃性能。触变性好, 易于操作, 立面施工时胶料不流淌;在调试过程中, 可通过颜色的变化, 清晰地观察到A、B组份混合是否均匀, 易于施工控制。B组份加料方便, 现场操作简单, 可依据季节和施工场地条件不同, 方便地更改A、B组份配比, 控制调胶后的操作时间, 以满足施工及固化时间的要求。聚氟有机硅中间胶性能和检验方法见表2。
聚氟有机硅防腐面胶由甲基聚硅氧烷、改性聚四氟乙烯、改性硅橡胶、气相纳米二氧化硅、纳米云母粉、钛白粉和高色素炭黑等组成, 具有黏度适中、不易流动、易涂抹使用方便等特点。常温固化, 没有任何附加条件, 靠吸收空气中微量水分而固化成弹性体, 固化后的胶层具有极其优异的耐酸性、耐候性和密封性能。聚氟有机硅面胶的性能指标和检验方法见表3。
4 结语
目前, 国产的高性能、能适用于湿法脱硫烟囱的防腐材料比较少, 现有防腐材料还存在这样那样的问题。随着湿法脱硫烟囱使用时间的推移, 烟囱腐蚀现象将进一步凸显。因此, 研发一种高性能、长寿命、低成本、施工方便简单的烟囱防腐蚀涂料是这一领域发展的方向[17]。正因为如此, 我公司开发了属于自己的、符合我国国情、高性能低成本的烟囱防腐蚀涂料—聚氟有机硅防腐胶。该材料已在辽宁铁岭电厂、广西贵港电厂、大唐山西阳城电厂、山东黄岛电厂、山西华电大同电厂烟囱中应用, 通过近五年的实际应用跟踪, 所用聚氟有机硅防腐胶的烟囱内部防腐涂层完好如初, 无任何开裂、脱落和防腐失效等现象, 延长了烟囱防腐寿命, 降低了烟囱使用成本, 得到业主、设计单位和建设方一致高度好评。聚氟有机硅防腐胶特别适用火电厂烟囱脱硫烟道的防腐和保护, 还可用于化工、电力、海洋船舶等行业的化工储罐、管道等。随着我国对环保治理力度的越来越大, 对节能减排要求越来越高[18], 对像火力发电厂这样的能源消耗大户要求也越来越严格, 因而使得聚氟有机硅防腐胶具有非常广泛的市场应用前景。