南京大自然，你身邊的煙囪防腐專家

燃煤電廠加裝煙氣脫硫裝置以后，煙囪的腐蝕問題日益突出起來。許多煙囪都是在脫硫運行幾年以后發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)了泄露，才開始考慮防腐問題。但是這些煙囪后來采用的各種防腐方案的應用情況并不是十分理想，有相當一部分煙囪在防腐施工完成半年以后就開始出現(xiàn)泄露。不論采取的是何種防腐方案都有失敗的案例，只是程度不同有些區(qū)別。許多電廠在考慮采用何種防腐方案的問題上有些不知所措。南京大自然環(huán)境科技有限公司對各種防腐工藝的特點以及失效狀況進行分析和探討。并提出自己的觀點和方案。 目前已經(jīng)實際應用的混凝土煙囪防腐方案主要有以下幾大類：樹脂膠泥類襯里、泡沫磚類砌筑襯里、厚漿型涂料類襯里、鋼內(nèi)桶加膠泥防腐結構、玻璃鋼整體內(nèi)桶結構、鈦-碳鋼復合板整體內(nèi)桶結構等。在這幾種方案中，后面的三中加裝內(nèi)桶的方案大多應用在新建的大型發(fā)電機組項目上。在中小型機組特別是已經(jīng)建成的舊煙囪中應用的比較少，主要原因是由于加裝內(nèi)桶需要占用相當?shù)膬?nèi)部空間，使得煙囪的內(nèi)部通道大大縮小，許多情況下就無法滿足煙氣流量和壓力的需要。第三種方案在早期時（六、七前年）使用較多，后來的實際應用狀況不好，已經(jīng)趨于淘汰。 泡沫磚類襯里是以泡沫玻璃磚或泡沫瓷磚為主體，采用相應的粘合劑進行砌筑，在煙囪內(nèi)壁形成防護層。襯里的主體----泡沫磚本身的耐腐蝕性大多沒有問題，失效主要表現(xiàn)在磚縫處。也就是磚縫不嚴實或者是粘合劑失效，粘合劑失效說明粘合劑質量問題比較突出。磚縫不嚴密則是施工質量問題。 這類襯里的施工質量把控比較困難，襯里一次成型后，質量是否可靠無法檢測，無法判斷。這一點是此類襯里比較大的短板。 另外，這類襯里失效后很難修復，主要是無法鎖定具體的失效部位，煙囪外壁出現(xiàn)滲漏的部位無法在內(nèi)部找到。而且磚層相互疊加，失效部位很難拆除和修復。 樹脂膠泥類襯里的失效形式主要是襯里層脫落和開裂。主要原因是基體清理不干凈（濕潤和灰塵），基體表面狀況比較差以及基體不穩(wěn)固等。 玻璃鱗片襯里作為煙氣脫硫系統(tǒng)（吸收塔、煙道）的標準防腐方案，早就已經(jīng)為行業(yè)所認可，但是在將其應用到煙囪防腐的過程中卻遇到了許多問題。特別是在煙囪防腐剛開始的時候，出現(xiàn)了多個短時間內(nèi)襯里發(fā)生大面積脫落的案例。出于各種各樣的原因，人們在沒有對失效原因進行深入分析的情況下就得出了玻璃鱗片襯里不適合煙囪防腐的結論。這就使得后來的玻璃鱗片襯里在煙囪防腐上的推出應用遇到了很大的阻力。同時又造成了個別并不適合煙囪防腐，而且價格昂貴的方案在工程實踐中多次使用。 我們經(jīng)過查證發(fā)現(xiàn)，早期的多個玻璃鱗片襯里方案失效的原因主要有以下兩個方面致命的錯誤：一方面由于必須要有超高空施工的能力，所選的施工隊伍并沒有玻璃鱗片襯里等重防腐工程方面的施工經(jīng)驗，過程控制出現(xiàn)了問題。另一方面工期太短，這些項目大多在一個月左右完成。根本沒有按照規(guī)定的所謂施工工藝來操作。 這兩個致命錯誤的存在就導致了所有的質量控制程序流于形式，出現(xiàn)重大質量事故也就在所難免了。 玻璃鱗片襯里需要澄清的幾個問題 脆性與開裂 玻璃鱗片襯里的脆性問題是許多人為詬病的性能表現(xiàn)，實際應用中遇到的玻璃鱗片襯里失效案例，大都被歸結為材料太脆、因無法滿足變形的工況要求而造成了開裂。 我們經(jīng)過仔細分析發(fā)現(xiàn)，玻璃鱗片材料的脆性問題被人為夸大了。這是因為作為襯里存在時，它和基體是緊密結合在一起的，而我們在許多現(xiàn)場看到的襯里開裂，實際上已經(jīng)發(fā)生了脫落。也就是說，到目前為止，我們還沒有看到襯里與基體結合的很好而發(fā)生開裂的實例。這樣就提出了一個問題：究竟是開裂引起的脫落，還是脫落引起的開裂？同時也就引申出了另外一個問題：襯里開裂的“力”從何而來？ 一般來講，造成襯里開裂無非是以下三個原因：a、固化應力；b、溫度變化引起的內(nèi)應力；c、外來的拉伸、彎曲力。 固化應力一般在施工完成后的幾天內(nèi)就會逐漸減小。經(jīng)過幾輪的實際工況考驗后就基本穩(wěn)定下來了。 溫度變化（包括環(huán)境溫度和開停車引起的工況溫度變化）引起襯里材料應力變化是所有材料都要碰到的問題。但是相對于玻璃鋼襯里，玻璃鱗片襯里由于加入了大量的玻璃填料，其室溫測得的線膨 脹系數(shù)接近于鋼鐵，大約為1×10－5/℃。目前煙囪的運行溫度在40～50℃左右，大量的工程實踐證實，玻璃鱗片襯里在這樣的工況下是可以長期可靠運行的（不論是鋼結構還是混凝土結構）。也就是說，在這樣的工況條件下，玻璃鱗片襯里由于溫度變化而形成的內(nèi)應力不足以抵消襯里與基體的粘結力。也就不會發(fā)生襯里的脫落。當襯里不脫落（與基體分離）時，就沒有開裂所需要的位移（δ）。也就是說襯里與基體粘結在一起沒有分離，就不會引起開裂的發(fā)生。 由于煙囪的結構特點，許多人把襯里脫落和開裂的原因歸結于結構變形，認為是煙囪的搖擺變形引起的彎曲和拉伸應力造成了襯里的開裂。而且進一步引申出玻璃鱗片襯里脆性大，不適合煙囪防腐的結論。 我們知道，對于混凝土以及固化后的鱗片襯里等脆性材料來說，在受到外來力量引起破壞時不會發(fā)生塑性變形。因此，這些材料的脆性特征主要是用“彈性模量（包括楊氏模量和切變模量）”來衡量的?！皬椥阅Ａ俊笔枪こ滩牧现匾男阅軈?shù)，從宏觀角度來說，彈性模量是衡量物體抵抗彈性變形能力大小的尺度，從微觀角度來說，則是原子、離子或分子之間鍵合強度的反映。彈性模量可視為衡量材料產(chǎn)生彈性變形難易程度的指標，其值越大，使材料發(fā)生一定彈性變形的應力也越大，即材料剛度越大，亦即在一定應力作用下，發(fā)生彈性變形越小。 一般的混凝土的彈性模量在15～35GPa之間，而樹脂復合材料的彈性模量在0.5～2.5GPa左右，兩者相差了一個數(shù)量級。這些數(shù)據(jù)說明，在受到同樣外力的作用下，混凝土可以允許的變形量要比樹脂復合材料小得多。也就是說，當這兩種材料作為一個整體受到外力作用時，應該是混凝土首先發(fā)生開裂。換句話說就是當樹脂襯里材料緊密粘結在混凝土表面時如果混凝土不發(fā)生開裂，襯里也就不會發(fā)生開裂。 從以上分析我們可以看出，工程實踐中所遇到的玻璃鱗片襯里的脫落和開裂，絕大多數(shù)都是由于施工過程中的質量控制出了問題，襯里與基體沒有粘結牢固而造成的。 抗?jié)B透性能 玻璃鱗片襯里由于包含有大量片狀玻璃填料而具有極高的抗?jié)B透性能，這也是它具有長使用壽命的關鍵所在。（南京大自然環(huán)境科技有限公司生產(chǎn)的玻璃鱗片膠泥水蒸氣滲透系數(shù)為5.3×10-14 g/m.s.Pa。）玻璃鋼（FRP）襯里之所以沒有在煙囪等具有一定溫度的大型構筑物上作為重防腐手段使用，就是因為高分子材料的分子間距比較大，它們的抗?jié)B透性能也就比較差，需要足夠的厚度才能滿足長壽命的要求。而太大的厚度是襯里所忌諱的。樹脂加短切玻纖膠泥中如果沒有加入玻璃鱗片的話，本質上就是玻璃鋼結構。這種襯里如果厚度上不去，使用壽命就會受到一定的影響。 耐腐蝕性和粘結性 玻璃鱗片襯里的主體原材料是乙烯基酯樹脂。而乙烯基酯樹脂是把防腐型的環(huán)氧樹脂作為原料經(jīng)過再加工而制成的。它既保留了環(huán)氧樹脂的良好耐腐蝕性和粘結性又降低了粘度，改善了施工性能。在煙氣脫硫環(huán)境中比任何其他材料的表現(xiàn)都要出色。這一點已經(jīng)為國內(nèi)外幾十年的工程實踐所證實。 由于對脆性問題的擔心而導致放棄使用玻璃鱗片襯里，在選用其它方案時，卻忽略了這些方案中非常重要的許多缺陷。比如砌磚方案中，粘結劑的耐腐蝕性問題、工藝控制難度問題和可維修性問題。樹脂加纖維方案中的抗?jié)B透問題和厚度問題以及為了降低樹脂的脆性而在分子鏈中引入“雜項元素”時，卻忽視了樹脂耐收縮性、腐蝕性和粘結性變化以及長期工程應用后可能出現(xiàn)的其它的問題等等。 襯里的厚度 襯里的厚度是用戶非常關心的問題，也是用戶在現(xiàn)場能夠直觀的觀察到和監(jiān)督到的重要指標。多數(shù)用戶在現(xiàn)場總是希望施工單位把襯里做的盡量厚一些，視乎這樣才能使質量更可靠。眾所周知，在相關的標準和規(guī)范中，噴涂型玻璃鱗片襯里用于煙道時的設計厚度為0.8~1.2mm。手工涂抹型玻璃鱗片襯里的設計厚度是大于1.8mm。涂抹型比噴涂型厚度大并不是因為材料性能有差異，而是由于手工涂抹的涂層均勻性要比噴涂型差。實際上是用增加總體厚度的方式來彌補可能的局部過薄。 在濕法脫硫后的煙囪工況環(huán)境下，這樣的玻璃鱗片襯里層厚度也應該能夠滿足長壽命的要求。只是由于混凝土表面的不平整性，施工厚度一般要根據(jù)表面狀況適當增加一些。 如果樹脂類材料的襯里中沒有添加足夠量的片狀玻璃填料，從介質滲透的角度考慮，這樣的襯里厚度就應該大大增加才能滿足長壽命的要求。但是厚度的增加又會引起內(nèi)應力的增加從而導致脫落開裂的風險增大。 原材料 玻璃鱗片襯里是由乙烯基酯樹脂和玻璃鱗片填料以及其它一些功能性添加劑組成的混合材料。其中對襯里性能（耐腐蝕性、粘結性）起決定作用的主要是樹脂。采用質量穩(wěn)定可靠的乙烯基酯樹脂是襯里成功的關鍵。 目前市場上出現(xiàn)了一些價格極低的玻璃鱗片膠泥，這些材料所選用的樹脂可能并不是乙烯基酯樹脂。與之屬于一個大類的許多不飽和樹脂在外觀上無法區(qū)分、物理性能（包括許多機械性能）相近，現(xiàn)場也沒可用的檢測手段對其進行區(qū)分。使用過程中在短時間（一兩年）內(nèi)也不會出現(xiàn)大的問題。 作為填料的玻璃鱗片只要厚度達到要求，就不會對襯里質量產(chǎn)生大的影響。但是許多用戶由于不了解情況，過分強調(diào)玻璃鱗片的作用。一味要求進口鱗片，卻忽視了對樹脂的要求。致使一些項目花了大價錢卻沒有得到好的效果。進口鱗片和國產(chǎn)的在價格上相差將近十倍，如此高的成本并不適合國內(nèi)的市場。 玻璃鱗片膠泥的“觸變性”是一個膠泥產(chǎn)品重要的性能。這里所謂的“觸變性”是指材料在受到外力作用時能夠非常容易的發(fā)生形狀變化，而不受到外力作用時又能夠保持現(xiàn)有形狀不容易變化的一種能力。 玻璃鱗片膠泥的“觸變性”好，就意味著涂抹時非常容易形成均勻連續(xù)而且厚度容易控制的涂層，涂抹后又不會發(fā)生流掛變形。在固化劑發(fā)生作用之前保持良好的涂層狀態(tài)。 玻璃鱗片膠泥的“觸變性”來自高質量的觸變劑，當然也會造成成本有所提高。但是觸變性不好時，施工過程中的流掛現(xiàn)象比較嚴重，容易出現(xiàn)針孔等缺陷。表面的平整性也會很差。  南京大自然環(huán)境科技有限公司生產(chǎn)的玻璃鱗片膠泥所需的觸變劑全部采用進口材料。生產(chǎn)的玻璃鱗片膠泥具有良好的觸變性。 混凝土基體 老舊的混凝土煙囪設計上都有一個保溫層和內(nèi)部襯層。這個內(nèi)部襯層的穩(wěn)定性、表面狀況以及牢固程度都相比混凝土差的很多。在這樣的基體之上做防腐襯里施工難度很大，失效的概率極高。目前業(yè)界已經(jīng)達成共識，將這一襯層和保溫層拆除后直接在混凝土煙囪內(nèi)壁進行防腐施工是一個比較好的選擇。 在混凝土基體上進行樹脂類的防腐襯里施工已經(jīng)是一個比較古老的技術。比如海洋工程、大型污水池、特別是與煙囪工況相近的許多化工裝置如尿素造粒塔等。玻璃鱗片襯里在這方面的應用是比較成熟的。只要嚴格按照施工規(guī)范操作，襯里的壽命是可以達到二十年以上的。 施工過程的質量控制 由于混凝土基體上進行的各種防腐施工無法用儀器進行質量檢測，過程控制就成為保證工程質量非常重要的環(huán)節(jié)。但是高聳的結構特點又成了施工質量控制和監(jiān)督檢查的難點。操作工人在高空作業(yè)時很難避免偶爾的失誤，從而留下質量隱患。如果襯里是一次成型，個別的施工缺陷就會造成較大的質量事故。 相比于其它的防腐方案，玻璃鱗片襯里的施工是多層分別施工，每層以不同顏色區(qū)分，層層檢查、層層覆蓋。這樣的方式可以有效的避免施工人員在某一個操作點上的留下的個別缺陷對整個襯里層的質量影響。從這個意義上講，玻璃鱗片襯里在減少人為因素方面具有比較特殊的優(yōu)勢。 1、玻璃鱗片襯里的失效是由于與基體粘結不牢而脫落進而造成開裂的，材料的脆性并不是引起失效的主要原因；2、優(yōu)異的抗?jié)B透性能使得玻璃鱗片襯里可以以比較薄的狀態(tài)滿足使用要求。增加襯里的厚度并不能帶來使用壽命的延長；3、選用合 適的原材料比如乙烯基酯樹脂和觸變劑等是生產(chǎn)出高質量玻璃鱗片膠泥關鍵所在。4、只要嚴格控制施工過程的每一個環(huán)節(jié)，就可以在混凝土基體上獲得高質量長壽命的防腐襯里。