硫酸装置脱硫尾气烟囱、烟道防腐新材料对比及优化

　　硫酸装置脱硫尾气烟囱、烟道防腐参考电力行业 DL/T 901—2004《火力发电厂烟囱( 烟道) 内衬防腐材料》标准进行，并须结合实际情况进行优化。与热电厂烟气脱硫尾气相比，硫酸装置脱硫尾气存在一定差异: ①硫酸装置脱硫尾气温度偏低，存在硫酸露点腐蚀问题，而热电厂脱硫尾气温度在 100～ 170 ℃ ; ②硫酸装置脱硫尾气粉尘含量较低，对防腐材料层的冲刷、磨损较轻。

　　因此，电厂烟气烟囱、烟道的防腐需考虑防腐材质的耐温性、不老化、不龟裂，具有一定的强度和韧性，同时所采用的材料必须易于传热; 而硫酸装置脱硫尾气烟囱、烟道防腐则须重点考虑硫酸露点腐蚀及渗透性、强度与韧性，对耐温性与耐磨性则仅需适当考虑。

　　1、 国内外烟气脱硫烟囱、烟道防腐现状

　　烟气脱硫系统对材质的耐腐蚀、耐磨、耐温、抗渗透要求极为严格，研究和选择合适的耐腐蚀材料是工程师们长期努力的目标。目前，烟气脱硫烟囱、烟道一般采用的防腐材料主要有如下几种。

　　1. 1 玻璃鳞片胶泥 /涂料

　　此项技术是将一定直径( 0. 4 ～2. 4 mm) 和一定厚度( 6 ～40 μm) 的玻璃鳞片与树脂混合制成胶泥，涂敷在金属表面即成为防腐涂层。其组成类型与环氧富锌涂料类似，只是前者添加的是玻璃鳞片或云母，后者添加的是金属锌粉。鳞片树脂衬里突出的性能是具有较低的水蒸气渗透性，玻璃鳞片的“迷宫”效果，在苛刻的使用条件下降低了气泡的生成。其次，鳞片衬里对各种酸、碱、溶剂和气体有较好的耐化学腐蚀性。树脂可针对各种化学品进行选择，应用于烟气脱硫系统的许多部位。因其具有优良的耐蚀性能及抗渗透性，良好的机械强度及耐高温性能等优点，该技术目前已成为电厂烟气脱硫系统首选防腐衬里技术。

　　但是，鳞片的产品质量和树脂基体黏结剂的抗腐蚀、渗透能力，树脂的黏结能力及施工人员的技术等因素，将直接影响到鳞片树脂防腐涂层的整体性能。而玻璃鳞片胶泥脆性较大、容易开裂，须涂抹到一定厚度才能具有较好的防渗效果，而该厚度同时也形成了较大的重力负荷，使防腐衬里较容易脱落。

　　1. 2 不锈钢、高镍合金钢及镀钛钢板

　　根据烟气脱硫腐蚀介质特点，一般选择耐化学腐蚀的不锈钢或高镍合金钢，主要为超低碳不锈钢，如 316L、317L。这类不锈钢耐氧化性介质腐蚀性能较好; 同时由于配方中 Mo 和 Ti 的加入，还增加了其抗空蚀和晶间腐蚀的能力。但是，腐蚀问题依然存在。镀钛钢板性能优良，但造价较为昂贵。

　　1. 3 橡胶或其他抗腐蚀衬里

　　合成丁基橡胶作为防腐衬里具有耐磨、耐腐蚀、弹性好及化学稳定性好等特点。橡胶衬里一般分为现场硫化及预硫化胶片 2 种施工方式。现场硫化施工难度较大且易造成人员中毒，预硫化胶片施工则需现场拼接，接口处难以妥善处理。因此腐蚀一般从接口处开始，进而延伸到整个防腐衬里，导致胶片剥离及脱落。

　　1. 4 玻璃钢

　　玻璃钢是以合成树脂为黏合剂，以玻璃纤维制品为增强材料而制成的。它质地轻、比强度高，成型工艺简单，化学稳定性好。由于玻璃钢耐化学腐蚀且造价低于镍合金，所以在许多湿法脱硫系统中使用。玻璃钢表面光滑，不易结垢，但是玻璃钢与钢烟囱本体存在黏结问题。这 2 种材料一种是金属，另一种是非金属，热膨胀系数不同，在一定温度下存在分离问题。且玻璃钢防渗透性较差，搭接处无法完全发生化学交联。腐蚀介质在烟气压力和湿烟气的交替作用下，更容易从接缝处侵蚀浸透进去，与基材接触后导致玻璃钢膨胀、龟裂、脆化及脱落，外壁产生腐蚀。玻璃钢维修时需整片去除，重新进行施工，工艺较为复杂。

　　1. 5 花岗岩衬里或其他无机耐腐蚀材料

　　利用花岗岩的耐腐蚀性、耐磨性作为脱硫烟囱的衬里。其他无机材料如麻石、陶瓷等，具有良好的性价比，符合烟气脱硫烟囱防腐材料的要求。但这些材料的施工难度较大，接缝处无法做到耐腐蚀和抗渗透，烟气会较快浸透到基材，导致板材脱落及外壁腐蚀。板材之间附着力有限，烟囱的摆动可能会导致板材松动位移。

　　2、 国内外烟囱、烟道防腐新型材料

　　2. 1 光固化纤维增强塑料

　　光固化纤维增强塑料，俗称光固化玻璃钢，是增强型特种防腐材料。产品固化前为软膜胶带状，可在阳光或紫外光照射下固化成型。该材料质量轻、工程设计简单、施工及维修灵活方便，可根据工程需要按各种形状粘黏、缠绕、包裹在待增强、防护的基层上，一般固化时间仅为 5 ～30 min，大幅降低了施工时间及人工成本。固化后形成无缝密封的防腐套层，其机械性能可以与多数金属材料相媲美。产品本身耐化学性能优异，同时具有高致密、防化学渗透性能好的优点，可保证基材的长期稳定使用，因此已成为石油、天然气、有机溶剂等保温保冷管道、储罐、反应罐、烟道/烟囱的防腐内外包覆及修复的上佳选择。光固化片材因其固化及施工时间极短，工序简单便捷，尤其适应于建设期要求比较短的工程及人工成本较高的地域。因此，光固化片材在国外应用较多，国内烟道及烟囱尚无工程案例，而且进口材料价格昂贵。但是随着国内对缩短工程建设期及维修期的进一步要求、人工成本的不断提高，光固化片材或许会得到应用。

　　2. 2 纳米复合乳液材料

　　纳米复合乳液材料是以改性有机高分子化合物为骨架，融合特种超细或纳米防渗增强无机材料以及玻璃或其他鳞片而生成的有机高分子－无机纳米粒子杂化复合材料。该产品具有优异的耐化学腐蚀性、抗腐蚀介质渗透性、抗老化性、优异的机械强度及性能、高耐温性、耐热冲击性、低线膨胀系数和导热系数，以及高介电强度和电阻率、优异的施工及维修便捷性等优点。有关试验表明: 纳米复合乳液/涂料的抗渗透性是玻璃钢的 4 倍以上，部分产品高达 6 ～ 7 倍，在很大程度上解决了因“返锈”而导致衬层剥离、脱落等问题，广泛用于各化学工业及工程中内衬外覆耐腐蚀涂层。

　　其中金属底涂经化学改性后接入不同特种基团使涂层与基材产生高附着力的化学键联。非金属底漆可在混凝土、花岗岩等材料表面形成“铆钉式”结构，大大增加了附着力。面涂与密封涂层具有高表面强度、高耐磨、高抗热震及低固化收缩性，以及超强的耐化学腐蚀性和抗腐蚀介质渗透性。而中空“杨梅型”的特种防渗增强无机纳米材料又因其优越的粒子形态在漆膜表面及内层形成一层致密的密封保护网，使腐蚀介质在衬里层渗透动力大幅度衰减，对解决衬层的溶胀问题效果显著，可较大程度地隔绝化学介质中分子、离子的渗透。

　　3、 各种防腐材料性能的比较

　　以烟囱内衬为例，各种防腐材料的性能比较见表 1。

　　玻璃鳞片树脂胶泥和纳米复合乳液具有下列共性: 抗渗透性好、收缩性小、抗冲击性强、耐磨性能好。威顿( 中国) 化工有限责任公司( 以下简称威顿化工) 多次模拟试验显示: 纳米复合乳液在腐蚀环境中，特别是在稀硫酸环境中的耐腐蚀性及抗腐蚀介质渗透性优于其他防腐蚀材料，甚至比玻璃鳞片防腐性能更优越。

　　纳米复合乳液建设周期较短，成本较低，易于施工及维修。纳米复合乳液在硫酸装置脱硫工程烟囱防腐中应用案例较少，存在一定的未知风险。但先前的考察表明，该材料应用效果较好。

　　4、 硫酸脱硫尾气烟囱、烟道衬里防腐材料优化选择

　　威顿化工 2×400 kt/a 硫磺制酸装置尾气经脱硫塔处理后尾气温度在 25 ～60 ℃，湿度较大，且含有 SO2、NH3、亚硫酸铵、水分等腐蚀性介质。一期工程尾气烟道及钢制烟囱内衬腐蚀较严重，与相关设备管道防腐工程有一定关系。针对硫酸厂尾气脱硫系统的实际情况，在比较了多种防腐技术及材料性能后，威顿化工尾气烟囱和烟道使用纳米复合乳液作为衬里防腐材料。防腐材料成本约 150 ～ 180 元/m2，工程总价( 包工包料) 约 350 ～400 元/m2。

　　防腐工程在材料确定以后，关键要对施工质量进行把关。施工队伍应对施工工艺和材料性能了解与熟悉; 施工过程中，应重视每一道施工质量。目前，威顿化工采用碳钢衬纳米复合乳液作为烟囱和烟道防腐材料的技术改造已完成，装置投入运行半年时间充分证明，该改造方案较好地解决了腐蚀问题。