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1煙氣排放控制工程常用設(shè)備防腐方案

1.1鈦合金復(fù)合板防腐方案鈦是一種優(yōu)異的耐蝕金屬材料，這是由于鈦的表面容易生成穩(wěn)定的鈍化膜，鈍化膜是由極?。◣讉€(gè)納米到幾十納米）的氧化鈦構(gòu)成，在許多環(huán)境中是很穩(wěn)定的，并且一旦局部被破壞還具有瞬間再修補(bǔ)的特性。因此，鈦在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質(zhì)中具有很好的穩(wěn)定性，比現(xiàn)有的不銹鋼和其它有色金屬的耐腐蝕性都好。介質(zhì)溫度在315℃以下時(shí)，鈦的氧化膜始終保持這一特性，完全滿足在惡劣環(huán)境中的耐蝕性。但在氧化膜被破壞后，若不存在修復(fù)的環(huán)境介質(zhì)，這時(shí)鈦的腐蝕速度比鐵還快。在通常情況下，鈦對(duì)中性、氧化性、弱還原性的介質(zhì)具有較好的耐蝕性。而對(duì)于強(qiáng)還原性和無水強(qiáng)氧化性的介質(zhì)則不耐腐蝕，這一點(diǎn)是由鈦表面鈍化膜的性質(zhì)決定的。因此，盡管鈦合金復(fù)合板是國際煙囪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)推薦的方案，也有國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其設(shè)計(jì)、安裝和檢驗(yàn)提出要求，但鈦合金復(fù)合板防腐設(shè)備泄露事故在電廠仍時(shí)有發(fā)生，并存在如下劣勢：（1）壽命還需考證。國外最新試驗(yàn)結(jié)果表明，50℃、10%的硫酸溶液腐蝕條件下，Ti的腐蝕速率約為0.1mm/a，80℃～100℃條件下Ti的腐蝕速率提高到約0.2mm/a，在有HF等混合酸的環(huán)境下，腐蝕速率還會(huì)大大加快。（2）鈦合金復(fù)合板（一般為1.2mm）在運(yùn)輸、卷板、吊裝過程中均可能出現(xiàn)缺陷。（3）焊縫多，焊接質(zhì)量難以控制。鈦合金復(fù)合板在制作時(shí)采用爆炸焊，施工難度大；現(xiàn)場安裝采用手工焊接時(shí)，如果焊接用氬氣純度不夠，或雜質(zhì)含量過高或惰性氣體保護(hù)措施不力時(shí)，焊縫易發(fā)生氧化，形成夾渣、氣孔等缺陷；焊接過程中，焊縫周圍受熱面積較大，焊接升、降溫速度較快造成焊縫熱影響區(qū)組織脆性較大，極易形成冷裂紋；焊接電流把握不當(dāng)，容易形成未熔合、燒穿等缺陷。（4）鈦合金板與碳鋼板之間容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕，特別是焊縫附近，發(fā)生的可能性更大。（5）一次投資成本相對(duì)較高，價(jià)格昂貴。目前，鈦合金復(fù)合板造價(jià)均在3000元/m2以上。（6）施工過程中的人為因素較多，施工周期較長。（7）普通碳鋼板與鈦板的線膨脹系數(shù)不同，且鈦合金復(fù)合板焊接均采用搭接方式，空氣極易被密封在設(shè)備的搭接部位內(nèi)，在熱脹冷縮后可能會(huì)將鈦合金板拉裂。

1.2“賓高德”玻璃磚防腐方案“賓高德”玻璃磚是美國漢高公司獨(dú)家經(jīng)營的專利產(chǎn)品，系特制的硼硅玻璃發(fā)泡制品，具有耐酸腐蝕、高絕熱性、耐高溫、低熱膨脹系數(shù)、安裝簡便等特性?！百e高德”玻璃磚內(nèi)襯主要由玻璃轉(zhuǎn)、黏接劑與底膠構(gòu)成，其中，發(fā)泡玻璃磚為防腐系統(tǒng)的骨架，提供保溫、防沖刷及一定的防滲作用，黏接劑提供阻斷氣液內(nèi)滲及保證系統(tǒng)柔性的作用，底膠解決表面處理后的防銹與黏接功能?！百e高德”膠黏劑的一大特點(diǎn)是能在受熱溫度不高于93℃的條件下長期保持較好的彈性，能使內(nèi)襯系統(tǒng)適應(yīng)熱脹冷縮的溫度變形，保證內(nèi)襯系統(tǒng)的完整性和密閉性，濕法脫硫系統(tǒng)正常運(yùn)行后的煙氣溫度一般都低于該溫度，符合“賓高德”防腐內(nèi)襯系統(tǒng)的理想工作條件。但在國內(nèi)防腐施工中仍有失敗案例，存在以下不足：（1）整體性差，施工要求高。膠泥勾縫、隔離層材料或打底材料易出問題，施工時(shí)間雖較鈦合金復(fù)合板短，但防腐周期仍較長，且不能耐HF酸腐蝕。（2）膠黏劑耐溫不能超過93℃。國外電廠脫硫設(shè)備常年運(yùn)行，沒有旁路，故溫度不超過93℃，“賓高德”玻璃磚使用很好。但國內(nèi)電廠的脫硫設(shè)備不一定常年運(yùn)行，且有旁路，溫度經(jīng)常超過93℃，事故狀態(tài)時(shí)更遠(yuǎn)超93℃。（3）高溫老化失效快，易脫落?！百e高德”玻璃磚磚厚35mm或51mm，加上膠厚約54mm，磚縫隙約3mm，高溫?zé)煔饨佑|到玻璃磚的外層后，因磚保溫隔熱性能好，黏接劑所承受的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于93℃，磚縫之間的膠黏劑的最外層受熱會(huì)炭化，但不會(huì)脫落，保護(hù)了內(nèi)層的黏接劑。但這是理想狀態(tài)，國內(nèi)電廠在旁路經(jīng)常開啟或事故狀態(tài)下，真正達(dá)到黏結(jié)材料部分的溫度經(jīng)常超過93℃，高溫下這些黏結(jié)材料及隔離層材料早已失去強(qiáng)度和黏結(jié)特性，老化失效非常快。（4）國內(nèi)產(chǎn)品的價(jià)格較高。因而在實(shí)際使用中，承包方在原材料方面經(jīng)常以次充好。

1.3結(jié)構(gòu)型玻璃鋼（SFRP）防腐方案SFRP是由高級(jí)玻璃纖維和熱固性樹脂復(fù)合形成的兼具結(jié)構(gòu)性和功能性的復(fù)合材料，具有優(yōu)良的防腐能力，對(duì)大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽及多種油類、溶劑均有較好的抵抗能力。結(jié)構(gòu)型玻璃鋼是歐美新建煙囪的主要防腐形式，已形成了FRP煙囪或管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和施工方面的系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)由于2006年山東某新建電廠SFRP內(nèi)筒施工火災(zāi)事故后，至今再無大型電廠使用的案例，目前僅用于小型發(fā)電廠及部分電廠的煙塔合一項(xiàng)目。由整體纏繞成型工藝生產(chǎn)的玻璃鋼排煙筒能夠自承重，具備比耐硫酸露點(diǎn)鋼更加優(yōu)異的耐酸防腐性能，可以取消保溫層，特別適合燃煤電廠脫硫不加GGH的濕煙囪運(yùn)行條件。但該方案在實(shí)際應(yīng)用中也存在如下不足：（1）成本高。盡管比鈦合金復(fù)合鋼板方案的成本要低不少，但是較之其他防腐方案還是要高出很多。懸掛式20mm的FRP整體煙囪內(nèi)筒的工程造價(jià)則至少要達(dá)2000元/m2。（2）老化問題。FRP材料在長期使用過程中，尤其是特高溫頻繁時(shí)，很容易出現(xiàn)光澤減退、顏色變化、樹脂脫落、纖維裸露、分層等老化現(xiàn)象，F(xiàn)RP性能下降是不可避免的。玻璃鋼煙囪的使用適合于濕煙囪，前提是不采用GGH系統(tǒng)，也沒有部分煙氣旁路開啟的情況，即要杜絕出現(xiàn)特高溫?zé)煔獾那闆r，這在國內(nèi)目前還很難完全滿足。（3）高溫強(qiáng)度問題。FRP在中低溫條件下有優(yōu)異的耐腐性能和結(jié)構(gòu)性能，但隨著溫度的升高，其結(jié)構(gòu)性能衰減很快，即使是高耐熱的酚醛型乙烯基酯樹脂，當(dāng)使用溫度超過其熱變形溫度（HDT）后，樹脂的結(jié)構(gòu)性能也會(huì)發(fā)生很大改變。（4）阻燃問題。在一定的條件下，聚合物都是可燃的。這也是國內(nèi)外在設(shè)計(jì)中已越來越多采用化學(xué)阻燃型耐高溫酚醛型乙烯基酯樹脂的原因。（5）僅適用于新建工程。由于SFRP煙囪采用分段整體成型生產(chǎn)模式，目前不適用于改造煙囪。（6）SFRP內(nèi)筒對(duì)溫度要求較高。對(duì)于溫度變化較大的煙囪，SFRP內(nèi)筒可能不太適用。（7）施工周期相對(duì)較長。因需預(yù)制內(nèi)筒，且安裝時(shí)需固定，需要較長的施工時(shí)間。（8）制造工藝要求高。樹脂與纖維的選擇及玻璃鋼纏繞過程的質(zhì)量都會(huì)直接影響FFRP的使用性能。

2功能型玻璃鋼復(fù)合材料的應(yīng)用

2.1功能性玻璃鋼復(fù)合材料的發(fā)展功能性玻璃鋼復(fù)合材料技術(shù)源自高溫涂料，但涂料不可能做厚，抗沖刷能力差，其強(qiáng)度和韌性遠(yuǎn)低于玻璃鋼材料，于是，兼具涂料和結(jié)構(gòu)性玻璃鋼復(fù)合材料優(yōu)點(diǎn)的功能性玻璃鋼復(fù)合材料由此產(chǎn)生，其采用黏接技術(shù)在設(shè)備基體表面形成一層幾毫米厚的玻璃鋼內(nèi)襯，解決了濕法脫硫后煙氣排放控制設(shè)備的特殊防腐要求。功能性玻璃鋼復(fù)合材料在國內(nèi)火電廠的應(yīng)用經(jīng)歷了多個(gè)發(fā)展階段，具體情況如下：（1）第一階段：采用有溶劑乙烯基酯+玻璃纖維+固化劑等原材料，在設(shè)備表面形成玻璃鋼內(nèi)襯層。這種防腐方案在噴涂時(shí)采用槍內(nèi)聚合的方式進(jìn)行施工，采用了較低比例的固化劑。該防腐方案的主要代表是“薩偉真”防腐內(nèi)襯技術(shù)，是美國薩偉真（Sauere-isen）公司針對(duì)電廠防腐蝕而研發(fā)的專利產(chǎn)品。該方案的主要缺點(diǎn)是防腐內(nèi)襯易脫落、噴涂設(shè)備損壞率較高。具體原因是：1）由于該方案采用有溶劑樹脂，與無溶劑樹脂相比，樹脂中的溶劑在固化過程中將不斷向基體內(nèi)外擴(kuò)散，形成如下幾種效應(yīng)：當(dāng)溶劑從垂直方向向內(nèi)外擴(kuò)散時(shí)留下空間，形成針孔，為酸液今后的滲透埋下禍根，降低了材料的抗腐蝕性能；當(dāng)溶劑從水平方向向基體邊緣擴(kuò)散時(shí)會(huì)留下空間，大大降低材料的黏接性能，一旦復(fù)合材料在承受交變溫度和復(fù)雜腐蝕環(huán)境時(shí)將會(huì)發(fā)生脫落；2）該防腐方案采用樹脂與固化劑先混合后噴涂的方式進(jìn)行施工，雖然為防止反應(yīng)速度過快而采用了較低比例的固化劑，但樹脂與固化劑在噴涂前預(yù)先進(jìn)行混合而發(fā)生聚合交聯(lián)反應(yīng)，因此，在材料噴涂過程中，如果噴涂時(shí)間把握不好就極易堵槍，而且，噴槍在一個(gè)項(xiàng)目使用后往往不易清洗，難以在下個(gè)項(xiàng)目重復(fù)使用，造成噴涂設(shè)備的大量損壞和浪費(fèi)。（2）第二階段：采用有溶劑環(huán)氧樹脂+玻璃纖維+固化劑等原材料，在設(shè)備表面形成玻璃鋼內(nèi)襯層。這種防腐方案在施工時(shí)也采用槍內(nèi)聚合的方式和較低比例的固化劑。該防腐方案的代表是“APC雜化結(jié)構(gòu)層防技術(shù)”，是美國先進(jìn)聚合物涂料公司（AdvancedPolymerCoatingLLC，簡稱APC公司）針對(duì)軍工產(chǎn)品而研發(fā)的一種耐腐蝕材料，20世紀(jì)80年代后逐漸用于電力化工等強(qiáng)腐蝕性環(huán)境。該材料是由改性環(huán)氧基聚合物組成的一種極高交聯(lián)密度的防腐蝕材料，將具有高度耐腐蝕和耐溫的無機(jī)物二氧化硅（SiO2）與有機(jī)的環(huán)烷苯基醚相連接，形成無機(jī)－有機(jī)結(jié)構(gòu)化合物（環(huán)硅的縮水甘油醚），該結(jié)構(gòu)中不含有羥基和酯基，而代之以最強(qiáng)的化學(xué)鍵（-C-O-C），形成三維空間的交聯(lián)立體結(jié)構(gòu)，其分子結(jié)構(gòu)中具有28個(gè)可交聯(lián)官能團(tuán)，在固化過程中通過芳香型交聯(lián)劑作用，可結(jié)合轉(zhuǎn)變成784（28×28）個(gè)交聯(lián)點(diǎn)。與通常的熱固性樹脂固化后形成的立體結(jié)構(gòu)不同，在該材料的立體結(jié)構(gòu)中存在著環(huán)結(jié)構(gòu)，因此具有優(yōu)良的柔韌性，從而把高度的交聯(lián)結(jié)構(gòu)和良好的柔韌性統(tǒng)一起來。該材料整體性能（如黏接性）雖然優(yōu)于美國“薩偉真”防腐材料，但仍未解決易脫落和噴涂設(shè)備易損壞的缺點(diǎn)。（3）第三階段：采用無溶劑高性能混和樹脂+玻璃纖維+固化劑+納米/微米材料等原材料，在設(shè)備表面形成玻璃鋼內(nèi)襯層。這種防腐方案在施工時(shí)采用槍外聚合的方式和較高比例的固化劑。該防腐方案的代表是“VF功能性玻璃鋼復(fù)合材料”，是武漢某環(huán)保公司針對(duì)濕法脫硫后煙氣排放控制設(shè)備，與國內(nèi)外高等院校和專家合作而研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一種高性能耐腐蝕材料，該防腐方案的原材料主要采用國產(chǎn)材料，除具備“薩偉真”“APC雜化聚合物材料”等進(jìn)口材料的優(yōu)點(diǎn)外，還在防腐內(nèi)襯易脫落和噴涂設(shè)備易損壞等方面采取了有效的改進(jìn)措施。其優(yōu)勢包括：1）由于采用無溶劑樹脂，不存在溶劑擴(kuò)散問題，防腐內(nèi)襯黏接性能和防腐性能得到大幅提高；2）在施工中，采用槍外聚合噴涂方式，不會(huì)損壞噴涂設(shè)備。在噴涂過程中，樹脂流、固化劑流、短切玻纖紗流三流合一，在設(shè)備表面完成聚合反應(yīng)，通過分層碾壓，確保材料充分混合；3）由于采用高性能無溶劑混合樹脂，與采用單一樹脂的FFRP復(fù)合材料相比，綜合防腐性能有較大提升?；旌蠘渲C合了多種樹脂的優(yōu)點(diǎn)，如優(yōu)異的耐酸堿性：耐溫性比環(huán)氧樹脂提高；改善了單一樹脂的脆性：產(chǎn)品的黏度低、滲透性強(qiáng)、固化速度快，且改善了潮濕基面的固化性；4）通過在面層加入納米/微米材料，有效提高了材料的耐磨性能。另外，還可在面層樹脂中加入阻燃材料、含氟單體等提高材料的阻燃和防腐性能。

2.2功能性玻璃鋼復(fù)合材料的工程應(yīng)用第三代功能性玻璃鋼復(fù)合材料與第一、二代復(fù)合材料相比，綜合防腐性能有較大提高，材料的線膨脹系數(shù)與由普通樹脂生產(chǎn)的玻璃鋼相比大大降低，但由于這三類產(chǎn)品的線膨脹系數(shù)仍高于基體材料，而且如果基體處理不干凈，仍有脫落的風(fēng)險(xiǎn)。因此：1）要在材料方面繼續(xù)進(jìn)行研發(fā)，生產(chǎn)新一代功能性玻璃鋼復(fù)合材料，如在碳纖維價(jià)格降低后，可采用性能更優(yōu)越、更低線膨脹系數(shù)的碳纖維代替玻璃纖維等；合理調(diào)節(jié)固化劑比例，降低復(fù)合材料脆性；2）要提高材料的施工性能，如加大施工設(shè)備研發(fā)力度，提高噴涂設(shè)備的精準(zhǔn)性和自動(dòng)化程度；改善施工工藝，提高現(xiàn)場基面處理的質(zhì)量；嚴(yán)格按規(guī)范要求的溫度、濕度施工環(huán)境條件施工等。盡管功能性玻璃鋼復(fù)合材料仍有較大的改進(jìn)空間，但該防腐方案在質(zhì)量、成本和施工周期等方面具有其他防腐方案不可比擬的優(yōu)勢，并且已在國內(nèi)火電廠煙氣排放控制設(shè)備防腐領(lǐng)域取得了不俗的業(yè)績。隨著國家對(duì)煙氣排放控制設(shè)備防腐領(lǐng)域的不斷規(guī)范，功能性玻璃鋼復(fù)合材料防腐方案必將成為未來火電廠煙氣排放控制設(shè)備防腐領(lǐng)域的重要手段。功能型玻璃鋼復(fù)合材料與其它防腐方案的性能比較如下表所示。

3結(jié)論

根據(jù)《煙囪設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50051-2013），為滿足火電廠煙囪濕煙氣防腐蝕需要，新版標(biāo)準(zhǔn)已增加了玻璃鋼煙囪（結(jié)構(gòu)性玻璃鋼）的內(nèi)容，這進(jìn)一步說明玻璃鋼防腐已是未來煙氣排放控制設(shè)備防腐領(lǐng)域的重要手段。由于金屬薄板、進(jìn)口玻璃磚等在價(jià)格、整體性、施工周期等方面的劣勢，同時(shí)，結(jié)構(gòu)性玻璃鋼也存在老化、高溫強(qiáng)度下降、易發(fā)生火災(zāi)、不適合改造工程等缺點(diǎn)，功能性玻璃鋼復(fù)合材料作為一種創(chuàng)新型防腐方案，兼具涂料和結(jié)構(gòu)性玻璃鋼防腐材料的優(yōu)勢，必將成為火電廠煙氣排放控制設(shè)備防腐領(lǐng)域的指定防腐材料，具有廣泛的市場前景。

作者：賀朝鑄趙豐吳斐許凱奇黃楠單位：武漢博奇玉宇環(huán)保股份有限公司 湖北鄂電建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司中南電力設(shè)計(jì)院