工業(yè)排氣煙囪

alexwtt · 發(fā)表于 2005-9-15 13:15:13

工業(yè)煙氣設(shè)備的防腐蝕淺析
沈 偉 王立剛 王天堂 陸士平
（上海富晨化工有限公司上海 200233 ）
 
1、前言
在工業(yè)生產(chǎn)中，通過高空排除各種廢氣的構(gòu)筑物如煙道、煙囪、排氣筒、洗滌塔等，大多數(shù)都存在防腐蝕問題。排氣煙囪防腐蝕設(shè)計要考慮的主要因素是：被排放氣體的化學(xué)組成、溫度、濕度、氣體的流速，以及筒壁表面是否會形成冷凝酸等。筒壁的露點根據(jù)計算求得。有以下幾種情況：
1）在一般情況下，經(jīng)常處于200℃以上的高溫?zé)焽瑁脖诓灰捉Y(jié)露，很少形成冷凝酸，因此腐蝕比較輕，例如電廠不脫硫的煙囪等。
2）處于溫度低于150℃以下，而且含有大量的腐蝕性氣體和可溶鹽的煙囪，腐蝕比較嚴重。例如生產(chǎn)硝酸的尾氣排氣筒，氣體溫度小于90℃，氧化氮含量比較高；生產(chǎn)硫酸的尾氣排氣筒，氣體溫度在60℃以下，含大量二氧化硫；有色金屬錫冶煉廠煙囪，氣體溫度60~70℃，含氟化氫和氧化硫，造紙廠堿爐的煙氣溫度在110℃以下,含有各種鈉鹽；化纖廠粘膠車間在常溫下排出含硫化氫、二氧化碳氣體等等。這些處于溫度不高的腐蝕性氣體和粉塵作用下的煙囪，一般腐蝕比較嚴重。
煙囪中最常見的腐蝕性氣體是煙氣中的二氧化硫。二氧化硫遇水轉(zhuǎn)變成亞硫酸，再氧化成硫酸。硫酸與水泥混凝土中的水化物通過酸或鹽的離子交換，生成易溶的鈣鹽、鋁鹽、鐵鹽和硅膠等。粘土磚中的氧化鋁，也能與硫酸生成易溶的鹽。煙氣中的鹽也是不容忽視的介質(zhì)，很多易溶鹽都能滲入磚和混凝土的內(nèi)部，吸潮后再結(jié)晶膨脹而破壞材料結(jié)構(gòu)。煙氣中的固體塵埃對煙囪內(nèi)壁造成一定的磨損，在選擇煙囪材料和襯里時，也要適當考慮這一因素。
 
2、防腐蝕材料的選擇及結(jié)構(gòu)形式
煙囪受腐蝕比較嚴重的部位，大約在煙囪內(nèi)上部1/3的范圍內(nèi)，在這些部位由于受室外空氣的影響容易形成冷凝酸。凡設(shè)有內(nèi)襯的煙囪，腐蝕介質(zhì)侵入的途徑，一是通過襯里分段的交接處，例如外筒支承牛腿部位；其次，是通過磚砌體的夾縫；進入到外筒與襯里之間的夾縫處的介質(zhì)進而腐蝕外壁。當然，對鋼筋混凝土的外壁，腐蝕并不是很迅速的，但是對于磚砌外壁，則會造成威脅。煙囪的腐蝕，主要發(fā)生在筒的內(nèi)壁，但是對外部結(jié)構(gòu)也有一定的腐蝕。例如腐蝕性強的煙氣，在濕度大而氣壓低的地區(qū)，對煙囪外壁也會造成腐蝕，特別是在離煙囪出口十多米范圍內(nèi)，要用耐腐蝕涂料防護。鋼結(jié)構(gòu)的支架，全部涂優(yōu)質(zhì)耐腐蝕涂料。避雷針最好采用耐腐蝕材料制作，或鍍耐腐蝕金屬。
對于排氣腐蝕性強的煙囪，要采用耐腐蝕材料制作或在筒內(nèi)襯耐腐蝕材料。根據(jù)不同工況條件，可以采用不同的防腐蝕材料以及不同的結(jié)構(gòu)形式：
1）腐蝕較嚴重的煙道和煙囪可根據(jù)腐蝕介質(zhì)的不同和工況條件而采用硬聚氯乙烯、耐酸石材、耐酸磚、玻璃鋼或不銹鋼等。
2）腐蝕較輕的煙囪，可以采用耐火磚、耐火混凝土、粘土磚襯里。
3）腐蝕嚴重的煙囪，一般不宜采用磚砌外筒。在化工、冶金、造紙和鍋爐煙囪腐蝕后被迫拆除的實例中，腐蝕基本都發(fā)生在外筒是磚砌體的情況下。磚煙囪（包括有襯里的在內(nèi)）在受腐蝕后很難加固，而且容易因局部腐蝕而失去穩(wěn)定。
為了克服煙囪中介質(zhì)的高溫下腐蝕，人們一直在尋求耐高溫、耐腐蝕的材料，除了不銹鋼這種常見的防腐蝕材料在本文中不加以詳細討論外，在下文中結(jié)合我們多年的應(yīng)用防腐蝕應(yīng)用經(jīng)驗，就幾種防腐蝕形式及應(yīng)用中的注意細節(jié)加以總結(jié)：
2 .1全玻璃鋼（FRP）形式：
玻璃鋼是發(fā)展較早、應(yīng)用廣泛的一種復(fù)合材料，具有十分顯著的性能特點。與金屬材料或其他無機材料相比，它重量輕、比強度高、電絕緣、耐瞬時超高溫、傳熱慢、隔音、防水、易著色、能透過電磁波，是一種兼具功能和結(jié)構(gòu)特性的新型材料，玻璃鋼煙囪較其他材料制成的煙囪如不銹鋼更常用。因為其相對具有以下優(yōu)點：
1）玻璃鋼能提供更寬范圍的耐腐蝕性能；
2）由于玻璃鋼傳熱慢，保溫性好，在需要保溫的場合，玻璃鋼設(shè)備可以不需要隔熱層；
3）玻璃鋼的材料成本相對要低；
4）使用壽命更長；
5）玻璃鋼比重小，使得其更易運輸，也意味著支撐他們的鋼材更少。所以其綜合安裝費用更低。
2．1．1防腐蝕樹脂的選用
玻璃鋼作為一種新型的防腐蝕形式，其中的防腐蝕樹脂的選擇是相當重要的，目前，國內(nèi)用的比較多的防腐蝕樹脂主要有：雙酚A型不飽和樹脂、氯化不飽和樹脂和環(huán)氧乙烯基酯樹脂：
1）、雙酚A型不飽和聚酯樹脂：
目前國內(nèi)有197、3301、323等牌號，具有良好的耐酸、一定的耐堿性和較好的綜合機械性能和耐溫性，國外1970年代作為耐蝕型UPR的代表大量使用，但由于其斷裂延伸低、脆性，1980年代后逐漸被乙烯基樹脂所取代。
2）、氯化不飽和聚酯樹脂：
是以HET酸（氯氤酸）為主要原料合成的不飽和鹵代的聚酯樹脂，它們具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，同時又具有良好的阻燃性。特別適合用于制造耐高溫、耐含氯（氟）化學(xué)介質(zhì)或耐強氧化環(huán)境（包括濕氯氣、鹽酸蒸氣）的設(shè)備，如煙囪內(nèi)襯，煙道氣導(dǎo)管，鉻電鍍槽，浸酸槽和氯氣管線。目前我們經(jīng)常利用該樹脂于鹽酸蒸氣中，目前最高的應(yīng)用實例是140℃。
3）、環(huán)氧乙烯基酯樹脂：
是國際上80年代公認的高度耐腐蝕樹脂，是由甲基丙烯酸與環(huán)氧樹脂反應(yīng)而成。它結(jié)合了環(huán)氧樹脂的優(yōu)良耐熱、機械和化學(xué)性能及UPR樹脂的優(yōu)良工藝性能。目前乙烯基系列產(chǎn)品中，有常規(guī)的雙酚A環(huán)氧型、酚醛環(huán)氧型、高交聯(lián)型、阻燃型等產(chǎn)品，在一些高溫場合，高交聯(lián)密度乙烯基樹脂得到大量成功的應(yīng)用，為了給實際應(yīng)用與指導(dǎo)，我們對高交聯(lián)乙烯基樹脂（898）進行了各方面耐熱測試。
2.1.2 全玻璃鋼形式結(jié)構(gòu)的安裝
全玻璃鋼的煙道和煙囪可以采用纏繞和手糊工藝進行制造。這種形式的煙囪主要支架式和套筒式等形式。
2．1．2．1支架式
以支架為承重結(jié)構(gòu)，支承一個或一個以上的排氣筒，是化工排氣筒常見的型式，支架式排氣筒可采用鋼或鋼筋混凝土的支架，筒體高出支架。排氣筒支承在鋼支架上支架上設(shè)有多層操作平臺，可以上人。這種形式的排氣筒在國內(nèi)已經(jīng)有二十多年的使用經(jīng)驗，主要的優(yōu)點是檢查和維修。筒體原來也有采用硬聚氯乙烯板制作，但聚氯乙烯適用于溫度低于90℃，為考慮溫度變形，需要分段固定在支承結(jié)構(gòu)上，為了考慮溫度引起的伸縮，硬聚氯乙烯的段與段之間應(yīng)設(shè)有膨脹節(jié)，同時聚氯乙烯塑料易受紫外線作用后很快老化。但玻璃鋼排氣管可以采用各類樹脂和玻璃布纏繞成型，一般使用溫度可以到80℃以上，有的可高達200℃（如高交聯(lián)環(huán)氧乙烯基酯樹脂）。玻璃鋼的線膨脹系數(shù)比聚氯乙烯塑料小得多，因此一般可不設(shè)膨脹節(jié)。玻璃鋼整體性好，力學(xué)強度和耐熱性能比聚氯乙烯塑料好，防腐性能好，防腐范圍寬。近二十年來在硝酸、硫酸、過磷酸鈣、合成纖維等生產(chǎn)中都有良好的應(yīng)用。
2.1.2．2套筒式
套筒式結(jié)構(gòu)人稱筒中筒結(jié)構(gòu)，是用鋼筋混凝土或磚砌體為支承結(jié)構(gòu)，支承一個或一個以上的排氣筒。這種形式在化工、電力部門都采用過。套筒式排氣筒的支承結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)操作平臺，可在內(nèi)外筒之間檢修。該結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點：
1）其內(nèi)膽由整體纏繞玻璃鋼制作，整體性好，能有效地防止介質(zhì)從接縫處的腐蝕滲透，避免一些防腐的薄弱環(huán)節(jié)引起的防腐失效，也可避免受風(fēng)力等的作用和影響。
2）玻璃鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)膽和外筒是相對獨立的不同材質(zhì)的筒體，能有效的避免由于介質(zhì)環(huán)境的溫差引起不同材質(zhì)的收縮性不一致，而引起的內(nèi)應(yīng)力破壞。
3）由于玻璃鋼結(jié)構(gòu)輕質(zhì)高強，起吊安裝方便。施工周期短，費用少。
2．1．3 全玻璃鋼形式的應(yīng)用注意細節(jié)
雖然全玻璃鋼形式是目前應(yīng)用較多也較成功的一種防腐蝕煙囪形式，但在實際應(yīng)用中應(yīng)該注意以下幾點：
1》 防腐蝕樹脂的選擇：上文中也提到幾種防腐蝕樹脂，在實際應(yīng)用中要根據(jù)具體腐蝕性介質(zhì)及溫度、是否含水等情況作一正確的選擇，如HET酸樹脂就比較適合應(yīng)用于含氯化學(xué)介質(zhì)的煙氣，如鹽酸蒸汽等；同時，樹脂的力學(xué)性能包括高溫下的力學(xué)性能也要充分考慮，因為FRP形式的煙道在高空下會受氣流等形式的影響，在設(shè)計上就要求有延伸率較高、韌性更好的耐用腐蝕樹脂，同時FRP在高溫下的力學(xué)性能會有一定程度的下降，在設(shè)計中要充分考慮到這一點。
2》 結(jié)構(gòu)樹脂的選擇：在煙囪的防腐蝕設(shè)計中，若采用全FRP形式，結(jié)構(gòu)樹脂的選擇對于防腐蝕效果的好壞起了重要的作用，在國外一般全部采用同一種類型的樹脂進行整體纏繞，但在國內(nèi)目前考慮到成本等方面的因素，F(xiàn)RP的外側(cè)會采用常規(guī)的通用樹脂（如191、196、199等），但在較低溫度下，如低于80℃，通用的樹脂還可以適用，但較高的使用溫度情況下，通用樹脂的就不適用了，因為通用樹脂在較高的溫度下的力學(xué)強度損失較大，就會增加由于結(jié)構(gòu)樹脂的力學(xué)損耗造成的煙囪的力學(xué)破壞，最后導(dǎo)致防腐蝕失效，所以我們建議在較100℃以上的使用溫度情況下，建議用乙烯基礎(chǔ)酯樹脂或雙酚A樹脂等進行制作結(jié)構(gòu)層，或進行整體FRP制作。
3》 增強材料的選擇：在防腐蝕層制作時，要充分考慮增強材料選擇的重要性，一般情況下，玻纖是一種經(jīng)濟高性能的選擇，但在如含氟、強堿等情況下，就不適合選用玻纖了，碳纖維或一些有機纖維是較好的選擇。
2．1．4全玻璃鋼形式的應(yīng)用實例
現(xiàn)在高性能防腐蝕樹脂更多的用于制造的玻璃鋼設(shè)備，被廣泛由于化學(xué)，環(huán)保、冶金等行業(yè)的煙囪、煙道、洗滌設(shè)備，這些設(shè)備用于脫去氣體中腐蝕成分，以免它們排入大氣造成污染。下面有幾個典型的應(yīng)用案例：
1）承受最高溫度350℃玻璃鋼煙囪，在燃燒干燥廠，通常其燃燒氣工作溫度在120-125℃，但當某些非正常操作時，氣體溫度持續(xù)15-30分鐘達到350℃，該工廠原來通常使用鋼結(jié)構(gòu)的煙囪，并且僅能使用18-24個月，后來他們嘗試使用全玻璃鋼結(jié)構(gòu)，使用壽命更長，另外，玻璃鋼煙囪重量是鋼的1/4，并且吊裝費用更少，該煙囪高18米直徑2.2米。
2）玻璃鋼氣體洗滌塔：在冶鋅廠，玻璃鋼氣體洗滌塔由于脫去氣體中SO2,HF和SO3，盡管，環(huán)境腐蝕很大，工作溫度也很高，達到80℃，但還沒有任何損傷。該塔直徑有4.8米，分三部分組成，每部分高4米，側(cè)面有個凸緣法蘭，其安裝總高度為11.8米。
3）除氟：傳統(tǒng)材料制造的設(shè)備在氟氣的腐蝕下很快就會失效，為了洗去冶鋁廠電解槽散發(fā)出來的氟氣，選用HET酸樹脂制造的洗滌塔，由于海水經(jīng)過洗滌塔不停的循環(huán)，氟濃度越來越高，形成強腐蝕環(huán)境，對此，其內(nèi)部富樹脂有樹脂層需要用合成表面氈來代替常用的C玻璃表面氈。
4）造紙公司非常關(guān)心制造儲罐、洗滌塔和與此相關(guān)的管路材料，因為這些設(shè)備所面對的介質(zhì)含有二氧化氯，氯酸鈉、氫氧化鈉和鹽酸，而且濃度和溫度都是變化的，他們選中了玻璃鋼材質(zhì)的設(shè)備，并順利使用了5年多。
 
2.2襯里式結(jié)構(gòu)
襯里式煙囪是多數(shù)發(fā)電廠鍋爐房、冶煉廠、造紙廠等采用的傳統(tǒng)煙筒形式。襯里式煙囪投資較小，施工比較簡單，所以為大多數(shù)工業(yè)排氣煙囪所采用。但是這種煙囪主要的弊病是不易檢查和維修，往往等到襯里破壞，腐蝕外筒后才被發(fā)現(xiàn)。
2.2.1內(nèi)襯玻璃鋼
內(nèi)襯玻璃鋼是一種較為傳統(tǒng)的防腐形式，可以在鋼、混凝土基材結(jié)構(gòu)上進行，一般厚度控制在2-3mm。由于介質(zhì)環(huán)境的溫差引起不同材質(zhì)的收縮性不一致，而引起的熱內(nèi)應(yīng)力翹曲破壞，另外在70℃下水蒸汽滲透能力較高，滲透到基材使得玻璃鋼加襯層從基材上剝落下來，所以這種結(jié)構(gòu)一般推薦最高使用溫度為70℃。
2.2.2玻璃鱗片膠泥（涂料）
鋼管防腐襯里的排氣筒以前使用得還比少?，F(xiàn)在有了較大的發(fā)展。隨著耐腐蝕材料的迅速發(fā)展，各類樹脂、橡膠等有機材料和耐酸耐熱混凝土等無機材料，都有可能用于鋼筒內(nèi)壁的防腐。特別是玻璃鱗片膠泥的成功開發(fā)和應(yīng)用，其最高使用溫度可達200℃。
玻璃鱗片涂料及膠泥應(yīng)用歷史，國外(美國)1957年就有資料發(fā)表，1960年日本亦開始應(yīng)用。隨著七十年代末大批引進國外成套化工和石油化工裝置，玻璃鱗片襯里技術(shù)國內(nèi)也開始研究試驗和應(yīng)用。經(jīng)過近20年的應(yīng)用和考核，確認了該項技術(shù)的先進性和可靠性，并在各企業(yè)防腐蝕施工中獲得了顯著的經(jīng)濟效益。
玻璃鱗片涂料、膠泥都是以熱固性樹脂為基料添加玻璃鱗片制成涂料或膠泥作為化工、石油化工、電力、冶金等行業(yè)各種強腐蝕設(shè)備的防腐蝕涂層或襯層，其中應(yīng)用最多的是環(huán)氧乙烯基酯樹脂玻璃鱗片涂料或膠泥。其主要優(yōu)點如下：
1．以乙烯基酯型鱗片襯里與玻璃鋼比較。前者的抗?jié)B性能優(yōu)越，因為玻璃鱗片在
樹脂中平行排列，多層重疊，對腐蝕介質(zhì)的滲人起了屏障作用；
2．玻璃鱗片襯里的附著力強，固化后收縮小，襯層的使用壽命長；
3．由于鱗片的作用，使襯層的強度增高，抗沖擊性能和抗磨蝕性能都大為提高；
4．局部損壞比玻璃鋼容易修復(fù)；
5．常溫(或低溫加熱)固化，施工方便；
6．與其他耐溫涂料復(fù)合，可使耐溫上限提高到180℃(長期)，最高可達230℃
經(jīng)近20年在國內(nèi)的推廣應(yīng)用，充分證明上述各種優(yōu)越性給企業(yè)的防腐蝕技術(shù)帶來莫大的經(jīng)濟效益，是一種代替玻璃鋼襯里的較好材料。近年大量用于煙道、煙囪、洗滌塔、油罐、廢水池、地井、地溝、灰池、氣柜、上下水管、排灰管、各種反應(yīng)釜及酸廠和堿廠的設(shè)備襯里，既延長了設(shè)備使用壽命，又減少了維修和污染，經(jīng)濟效益和社會效益都很好，頗受各企業(yè)的歡迎。例如在煅燒磷礦石而產(chǎn)生的酸性煙道氣，必須用洗滌塔對煙道氣進行洗滌凈化，其內(nèi)部用玻璃鱗片和耐火材料進行了加襯，工作介質(zhì)是70℃稀堿洗滌液，和在玻璃鱗片與耐火層間130℃的氣體,首先在需噴涂的內(nèi)表面進行噴砂處理，接著在焊接區(qū)域和耐火層進行涂裝，最后連續(xù)涂裝耐腐層。近年來在電廠煙氣脫硫裝置方面也得到良好的應(yīng)用。玻璃鱗片膠泥性能見下表：
1.碳鋼襯里
① 先將表面除油去污，除銹等級滿足不低于Sa2.0或St3標準，然后用VEGF
樹脂打底，待干后施工。
② 用手工泥刀刮鏝成1-2mm(每道)厚的VEGF膠泥層，數(shù)小時后即硬化，再
 按設(shè)計要求施工至規(guī)定厚度。
③ 在彎角或形狀突變處適當增加厚度，或同F(xiàn)RP復(fù)合使用。
④ 用VEGF樹脂罩面一至二道。
2.混凝土襯里
① 去除混凝土表面浮灰，表面含水率應(yīng)＜6%，然后用VEGF樹脂打底一至二道，待干后施工。
② 用手工泥刀刮鏝成1-2mm(每道)厚的VEGF膠泥層，硬化后，再進行第二刀刮鏝，直至達到規(guī)定厚度。
③ 凹凸部位，適當增加厚度，或用FRP復(fù)合使用。
③ 用VEGF樹脂罩面一至二道。
2.3 砌磚式結(jié)構(gòu)
具體見www.fuchem.com