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FRP玻璃鋼復(fù)合材料論壇

標(biāo)題: 乙烯基樹脂玻璃鱗片技術(shù)(VEGF) [打印本頁]

作者: alexwtt 時間: 2005-9-20 09:19
標(biāo)題: 乙烯基樹脂玻璃鱗片技術(shù)(VEGF)
VEGF鱗片膠泥在煙氣脫硫裝置中的應(yīng)用研究
王天堂陸士平
（上海富晨化工有限公司, 上海 200235）
摘要：本文簡要介紹了高度耐腐蝕VEGF鱗片膠泥在煙氣脫硫裝置中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：玻璃鱗片；膠泥；煙氣脫硫；應(yīng)用
 
1、 前言
我國是一個能源結(jié)構(gòu)以燃煤為主的國家，大氣污染屬煤煙型污染，粉塵、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）是我國大氣的主要污染物。在20世紀(jì)50年代的工業(yè)化初始發(fā)展階段，全國煤炭消耗量為2000-10000萬噸，二氧化硫的排放量為50-200萬噸；在60-70年代的工業(yè)化第二階段，煤炭消耗量為1000-45000萬噸，二氧化硫的排放量為300-700萬噸；自1980年代始在工業(yè)化第三階段，煤炭年消耗量達(dá)80000萬噸，二氧化硫的排放量為900-1500萬噸；同時在燃煤過程中產(chǎn)生相當(dāng)量的氮氧化物，如2000年我國燃煤電廠的NOx的排放量達(dá)到290萬噸。因此我國的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)導(dǎo)致了較多的重腐蝕情況，形成了酸雨等污染情況，尤其是燃煤電廠中，對于二氧化硫或氮氧化物的防治是勢在必行，目前國內(nèi)外較為有效的手段是煙氣脫硫（Flue Gas Desulfurization 簡稱“FGD”）。
煙氣脫硫是當(dāng)今燃煤電廠等控制二氧化硫排放的主要措施。而濕法石灰石洗滌法是當(dāng)今世界各國應(yīng)用最多和最成熟的工藝。國家電力公司已將濕式石灰石脫硫工藝確定為火電廠煙氣脫硫的主導(dǎo)工藝。根據(jù)有關(guān)資料介紹，自1980年代以來，僅向日本就進(jìn)口或合作開始了近10套FGD裝置，占中國進(jìn)口FGD裝置的70%。但預(yù)計(jì)到2003年濕法脫硫設(shè)備國產(chǎn)化率達(dá)96%以上，到2010年，國產(chǎn)化率達(dá)100%。
 
2、 濕法煙氣脫硫工藝的腐蝕情況
濕法脫硫工藝的基本原理是：煙氣中的SO2、SO3、HF或其它有害化學(xué)成份在高溫狀態(tài)下與某些化學(xué)介質(zhì)相遇，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生稀硫酸、硫酸鹽或其它化合物，煙氣溫度也同時降低到露點(diǎn)以下，這就給脫硫裝置帶來了露點(diǎn)腐蝕問題。
火電廠煙氣中含有SO2、NOx、HF、HCl等氣體。因此，脫硫系統(tǒng)洗滌液中含有H2SO4、HCl、HF等溶液，且含有20%左右的固體物。煙氣吸收塔入口溫度可高達(dá)160-180℃，且有一定的干、濕界面；吸收塔出口煙溫較低，為45-55℃左右，處于在露點(diǎn)以下。因此，濕法脫硫系統(tǒng)對材質(zhì)的耐蝕、耐磨、耐溫要求極為嚴(yán)格；同時脫硫系統(tǒng)要求與電站主機(jī)、主爐同步運(yùn)行，因而對脫硫系統(tǒng)的可靠性、利用率和使用壽命要求也極高。
研究選擇合適的耐腐蝕材質(zhì)是各國長期努力的目標(biāo)，1980年初，國內(nèi)的電力、冶金研究設(shè)計(jì)部門為了克服濕氣脫硫系統(tǒng)中脫硫塔、煙道和煙囪及襯里的腐蝕，一直在尋求一種造價(jià)低、耐高溫、耐腐蝕的材料。而引起國內(nèi)用戶廣泛注意的是耐蝕鱗片膠泥的適用性，根據(jù)樹脂基體基材的不同，有二種可供選擇：一種是環(huán)氧樹脂鱗片膠泥，國內(nèi)有蘭州化機(jī)設(shè)計(jì)院提供；另一種乙烯基酯樹脂鱗片膠泥（vinyl ester glass flake mortar），簡稱為VEGF鱗片膠泥，如上海富晨化工有限公司研發(fā)的VEGF高度耐蝕鱗片膠泥。相對而言，后者的綜合性能包括耐腐蝕性能和耐溫性能均優(yōu)于前者，目前在日本、美國等國家均采用后者。
 
3、 VEGF鱗片膠泥的耐蝕機(jī)理
VEGF鱗片膠泥具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，這主要是與膠泥的組成有關(guān)。一般情況下，防腐蝕層的防蝕失效主要是樹脂基體受到腐蝕，基體樹脂首先產(chǎn)生失重、變色等情況，之后引起材料的鼓泡、分層、剝離或開裂等情況，最后導(dǎo)致防腐蝕層失效，尤其后者，由于滲透等因素，加速了具有腐蝕性的化學(xué)介質(zhì)滲入到防護(hù)層的內(nèi)部。因此在選擇具有良好耐腐蝕性能樹脂基體的同時，應(yīng)采取有效的措施來減弱、減緩腐蝕介質(zhì)或水蒸汽的滲透作用。而VEGF鱗片膠泥比基體樹脂能夠提供更為有效的耐腐蝕性能，這主要是因?yàn)閂EGF玻璃鱗片能夠有效的防止腐蝕介質(zhì)或水蒸汽的物理滲透。
3．1 VEGF鱗片膠泥具有較強(qiáng)的抗?jié)B透性是與其的物料組成有關(guān)，一般情況下，VEGF鱗片膠泥含有10%-40%片徑不等的玻璃鱗片，膠泥在施工完畢后，扁平型的玻璃鱗片在樹脂連續(xù)相中呈平行重疊排列，從而形成致密的防滲層結(jié)構(gòu)。如圖3.1所示，腐蝕介質(zhì)在固化后的膠泥中的滲透必須經(jīng)過無數(shù)條曲折的途徑，因此在一定厚度的耐腐蝕層中，腐蝕滲透的距離大大的延長，客觀上相當(dāng)于有效地增加了防腐蝕層的厚度。同時，在無玻璃鱗片增強(qiáng)情況下，樹脂基體連續(xù)相中會存在大量的所謂的“缺陷”，如微孔、氣泡及其它微縫等，這些缺陷的存在會加速或加快腐蝕介質(zhì)的滲透過程，因?yàn)橐坏┙橘|(zhì)滲透到這些缺陷中，滲透的速度在得到提高的同時，接觸具有腐蝕性的介質(zhì)的基體連續(xù)相的面積也隨之會加大，從而更加速了物理滲透和化學(xué)腐蝕過程，而在VEGF玻璃鱗片膠泥中，由于平行排列的玻璃鱗片能夠有效的分割基體樹脂連續(xù)相中的這些“缺陷”，從而能夠有效的抑制腐蝕介質(zhì)的滲透速度。
圖 3.1 VEGF鱗片膠泥示意圖
另外，除了具有腐蝕性的化學(xué)介質(zhì)滲透之外，還存在著水蒸汽的滲透。通常情況下，高聚物材料的分子間距為10Å，而對于水蒸汽來說，只要高聚物材料的分子間距達(dá)到3 Å ，水蒸汽就能容易地透過高聚物的單分子層。若基礎(chǔ)材料是碳鋼時，水蒸汽由于滲透而達(dá)到碳鋼表面后，并在氧氣存在情況下，會由于電化學(xué)反應(yīng)而生銹。VEGF鱗片膠泥在固化后，由于乙烯基酯樹脂的高交聯(lián)密度可以有效的減弱水蒸汽和腐蝕性化學(xué)介質(zhì)的滲透，并且如同上文中所述，VEGF的獨(dú)特結(jié)構(gòu)更能達(dá)到防滲透或減滲的效果，經(jīng)測定VEGF鱗片膠泥的水蒸汽擴(kuò)散速率為1.5×10-6g/hr.cm2。
3．2固化后的VEGF鱗片膠泥是一種復(fù)合材料，其中基體樹脂起粘結(jié)作用，這個過程主要是：具有高度活性的不飽和雙鍵的基體樹脂通過交聯(lián)，形成三維的體型結(jié)構(gòu)，期間線性的高分子形成網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致化學(xué)體積的收縮；同時，在這分子中的不飽和雙鍵打開生成飽和單鍵時伴隨著分子體積的變化，有數(shù)據(jù)表明：液態(tài)樹脂中C=C基團(tuán)分子體積在固化后會縮小25%，這個樹脂固化過程中分子自由體積的變化，也是造成不飽和樹脂（包括乙烯基酯樹脂）收縮的一個重要原因。而收縮會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，嚴(yán)重時會導(dǎo)致微裂紋等的出現(xiàn)，并且殘余內(nèi)應(yīng)力的存在會微裂紋的擴(kuò)展提供了潛在條件。因此在選擇基體樹脂時，應(yīng)充分考慮樹脂在具有良好的耐腐蝕性能的同時，又要求樹脂具有較低的收縮率。由于加入了玻璃鱗片和其它填料等，VEGF鱗片膠泥的收縮率會大幅度降低。并且由于VEGF鱗片膠泥的中玻璃鱗片的存在可以起到降低固化后的殘余內(nèi)應(yīng)力的作用。這是因?yàn)椋涸跇渲w中不規(guī)則分布的玻璃鱗片是一具有較大比面積的分散體，在膠泥固化后，樹脂由于固化收縮而產(chǎn)生的界面收縮內(nèi)應(yīng)力可以被玻璃鱗片所稀釋或松弛，因此有效的減弱了內(nèi)應(yīng)力影響；同時，雖然玻璃鱗片在樹脂基體連續(xù)相中是近乎平行排列，但還是存在一定的傾角，該傾角的存在可以有效的分割樹脂基體連續(xù)相為幾個小區(qū)域，使應(yīng)力不能相互影響或傳遞。
 
4、 VEGF鱗片膠泥的特點(diǎn)
4．1 耐腐蝕性能好。由于VEGF鱗片膠泥采用的基體樹脂是高性能的乙烯基酯樹脂，該類型樹脂具有較環(huán)氧樹脂更好的耐腐蝕性能。
4．2 較低的滲透率。VEGF鱗片膠泥的抗水蒸汽滲透率比普通環(huán)氧樹脂涂料高6-15倍，比普通環(huán)氧FRP高4倍。
4．3 VEGF鱗片膠泥具有較強(qiáng)的粘結(jié)強(qiáng)度，不僅指樹脂基體與其中的玻璃鱗片之間的粘結(jié)強(qiáng)度較高，而且VEGF鱗片膠泥與混凝土或碳鋼基材之間的粘結(jié)強(qiáng)度高，與鋼板的粘結(jié)強(qiáng)度≥2.0Mpa，與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度≥2.5Mpa 。因此VEGF鱗片膠泥涂層不易產(chǎn)生龜裂、分層或剝離，附著力和沖擊強(qiáng)度較好，從而保證較好的耐蝕性。
4．4 耐溫差（熱沖擊）性能較好。涂層中由于含有許多玻璃鱗片，因此消除了涂層與鋼鐵之間的線膨脹系數(shù)的差別，VEGF鱗片膠泥涂層的線膨脹為11.5×10-6/℃,鋼鐵的線膨脹系數(shù)為12×10-6/℃，兩者之間比較相近，使VEGF鱗片膠泥適合于溫度交變的重腐蝕環(huán)境，如電力系統(tǒng)中的FGD。在某些非正常情況下，F(xiàn)GD中的某些階段溫度可以達(dá)到200-250℃。我們進(jìn)行了耐熱沖擊性能試驗(yàn)，即把涂有VEGF膠泥的鋼板交變放置在100℃沸水和0℃的冰水各1小時，經(jīng)100次交變試驗(yàn)后未能有異?，F(xiàn)象出現(xiàn)。
4．5 耐磨性好。VEGF鱗片膠泥在固化后的硬度較高，比普通醇酸漆高2-3倍，耐磨性較好，如VEGF鱗片膠泥的耐磨性為120mg （CS-17W-500 g情況下），而受外機(jī)械損傷時，VEGF鱗片膠泥的破壞是局部的，其擴(kuò)散趨勢小，易于修復(fù)。
4．6 具有適中的造價(jià)。目前國內(nèi)外的FGD裝置中的選材主要有不銹鋼、整體鎳基合金、整體玻璃鋼等方法。有關(guān)造價(jià)的比較見表4.1。
表4.1 FGD襯里材料典型造價(jià)
類別造價(jià)備注美元/m2相當(dāng)RMB/m2碳鋼2702235主體設(shè)備不推薦碳鋼內(nèi)襯VEGF4303560目前首選材料碳鋼內(nèi)襯橡膠440-7603642-6292耐磨好，造價(jià)高，物理失效多，施工難度大，難修補(bǔ)。整體FRP480-7003974-5795使用溫度推薦不高于80℃整體316/317540-10804470-8941易出現(xiàn)點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕和沖刷腐蝕情況整體鎳基合金1350-188011177-15565效果好，但投資高4．7 工藝性較好。由于VEGF鱗片膠泥的固體成份較高，可以一次性成較厚的涂層，涂層方法可以是噴涂（spay coating）、滾涂(trowel coating)、刷涂（roller coating）等成型工藝，并具有當(dāng)場配制和室溫下固化的特點(diǎn)。在VEGF鱗片膠泥涂層使用幾年后，若出現(xiàn)遭損壞的情況，只需在該處作簡單的處理即可進(jìn)行修復(fù)，并可繼續(xù)使用而不影響使用性能，具有修補(bǔ)性好的特點(diǎn)。

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