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纳米防腐涂料在混凝土脱硫烟囱防腐改造中的应用

    作为治理大气环境污染最主要的手段之一,发电厂和热电厂的脱硫和脱硝改造已经逐渐演化成为一项法规,正在全国范围内强制推行。

    伴随这项法规的强制实施,我国成千上万家发电企业都遭遇到了同一个问题,那就是要将干式烟囱改造成为脱硫烟囱;这一看似简单的改造实际蕴含着巨大的困难和风险,其主要原因可以扼要归结为:当烟气温度由过去的180-220℃降至湿法脱硫脱硝后的50-80℃时,高温干燥的含硫烟气转换成为了低温水蒸气,同时将烟囱内部的负压区由大约160-170米降低到了50-80米。当含有以SO3为主的酸性液体沿着烟囱内壁向下流动时,将对烟囱内壁产生巨大的腐蚀作用,甚至可以在很短的时间内造成烟囱倾倒,造成超乎想象的安全事故。

    目前,针对混凝土脱硫烟囱的防腐改造方式大致可以分为两大类,一是采用钛合金作为烟囱内衬,自行构成防腐体系,达到防止酸性液体侵蚀烟囱内壁的目的;二是采用诸如耐酸砖、玻璃砖、玻化砖、膨化砖等砌体,通过严格控制施工质量,阻隔酸性液体渗漏,达到对烟囱混凝土内壁防腐的目的;

    从目前掌握的使用情况来看,钛合金内衬防腐由于采取了整体物理阻隔的方式,防腐性能较好,一般设计使用寿命为二十年。但这种方法也存在两个明显的弱点,第一是建造成本过高,非一般发电企业所能承受;第二是建造钛合金内衬体系时,其口径大小取决于烟囱顶口直径,使得烟通量大大减小,例如,通常180米锥形混凝土脱硫烟囱底径大约19米,顶径大约5.6米,如果采用钛合金内衬进行防腐改造,其改造后的金属烟囱上下直径一致,均为5.6米,大大降低了原设计混泥土烟囱的烟通量。

    为了降低改造成本,目前发电企业大多采用耐酸砖、玻璃砖、玻化砖或膨化砖等砌体对混凝土脱硫烟囱进行防腐,其造价仅为钛合金改造成本的1/4-1/5;但由于砖体和砌筑所需的胶泥之间的膨胀系数不同,当温度发生变化时,二者之间势必产生细微的缝隙,这一现象从理论上讲是不可能避免的;其次,对混凝土烟囱内壁伸缩缝的防腐处理这一关键问题,也是这种防腐方法所不能够解决的。因此,无论从理论还是从实际应用情况来看,这种防腐模式都是不值得推荐和信任的;那么,为什么许多企业仍然使用这种方法,并声称使用几年后仍然保持正常呢?其中一项主要原因,就是目前我们缺乏有效的监测和检测手段。烟囱防腐改造一旦完成并投运,除非酸液渗漏穿过混凝土烟囱外壁被我们肉眼所捕捉,检测防腐层是否出现异常几乎是不可能的,换句话说,当我们发现防腐层出现问题时,表明烟囱已经到了可能倾覆的危险状态。

    综合上述两类防腐手段的特点我们不难发现,如果能够发明出一种耐酸性与钛合金不相上下的柔性材料,就可以仿照钛合金的防腐原理,构建出自成体系的柔性防腐层,从而有望在不降低烟通量的前提下实现脱硫烟囱的防腐,达到一种相对理想的状态。

    事实上,人们已经探索并在实际应用中采用过这种方法,即使用所谓OM涂料;这种方式目前在长效烟囱防腐改造中已经较少被采用,主要原因在于OM涂料与钛合金相比较,其抗腐蚀性能相去甚远,无法长期抵御脱硫烟囱内稀硫酸溶液对涂层的强烈腐蚀。

    现在,纳米纤维重防腐材料的出现和规模化生产,或许能够为解决脱硫脱硝烟囱内防腐问题提供一种前所未有的终极解决方案。

先来对比一下纳米纤维重防腐材料和OM涂料的数据:

性能

OM涂料

(国家/行业标准)

纳米防腐涂料

(权威机构检测数据)

耐盐雾指标

1000小时

10000小时

CL-渗透率

5X10-3  mg/cm2.d

3.6X10-5  mg/cm2.d

耐酸性(10%H2SO4

168小时

≥6000小时

耐碱性(10%NaOH)

 

≥6000小时

与钢材附着力

6MPa

22MPa

与混凝土附着力

0.9MPa

8MPa

交变湿热测试

240 小时

20000小时

耐摩擦(500g/1000r)

91mg

4.8mg

环保性能

重金属污染

FDA环保认证

    从上述数据对比可以看出,纳米纤维重防腐材料和OM涂料的耐腐蚀性能差别几乎达到一个至两个数量级。

    由西安华捷奥海新材料有限公司研发的纳米纤维重防腐涂料,是一种具有完全自主知识产权的新材料发明(发明专利号:ZL201210027221.9);这种纳米材料的物理形状为:粒径40~80nm,长度2~3μm,电导率13s/m。经过十年的理论研究和大量的科学实验,证明了这种纳米纤维作为改性剂应用于重防腐涂料后,改变了传统防腐涂料以牺牲阳极作为代价的防腐原理,使涂料的防腐性能出现了革命性的改变。

    2013年9月,中石化经过近一年的论证、考察和极端条件下的测试,通过了西安华捷奥海新材料有限公司提交的采用纳米纤维重防腐涂料进行混凝土脱硫烟囱内防腐设计方案和施工方案,并确定中石化天津分公司热电厂180米烟囱为第一个施工对象,防腐面积约6000平方米。目前施工已经结束,各项指标测试均达到了设计要求,获得了用户和专家很高的评价。

    根据目前国内国外脱硫烟囱防腐技术的现状,我们有理由相信,在不久的将来,采用纳米技术进行混凝土脱硫烟囱内防腐将取代大多数传统防腐方案,在缩短工期、节省投资、长效防腐等诸多方面取得令人瞩目的成就。

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