工業(yè)煙氣設(shè)備中的防腐蝕淺析

1、工業(yè)煙氣設(shè)備中的防腐蝕淺析1、前言、前言在工業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)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(wèn)題。排氣煙囪防腐蝕設(shè)計(jì)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(huì)形成冷凝酸等。筒壁的露點(diǎn)根據(jù)計(jì)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?，筒壁不易結(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

2、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(yán)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?xì)怏w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(yán)重。煙囪中最常見(jiàn)的腐蝕性氣體是煙

3、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(guò)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(duì)煙囪內(nèi)壁造成一定的磨損，在選擇煙囪材料和襯里時(shí)，也要適當(dāng)考慮這一因素。2、防腐蝕材料的選擇及結(jié)構(gòu)形式、防腐蝕材料的選擇及結(jié)構(gòu)形式煙囪受腐蝕比較

4、嚴(yán)重的部位，大約在煙囪內(nèi)上部13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(guò)襯里分段的交接處，例如外筒支承牛腿部位；其次，是通過(guò)磚砌體的夾縫；進(jìn)入到外筒與襯里之間的夾縫處的介質(zhì)進(jìn)而腐蝕外壁。當(dāng)然，對(duì)鋼筋混凝土的外壁，腐蝕并不是很迅速的，但是對(duì)于磚砌外壁，則會(huì)造成威脅。煙囪的腐蝕，主要發(fā)生在筒的內(nèi)壁，但是對(duì)外部結(jié)構(gòu)也有一定的腐蝕。例如腐蝕性強(qiáng)的煙氣，在濕度大而氣壓低的地區(qū)，對(duì)煙囪外

5、壁也會(huì)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(hù)。鋼結(jié)構(gòu)的支架，全部涂?jī)?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(duì)于排氣腐蝕性強(qiáng)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(yán)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

6、磚襯里。3）腐蝕嚴(yán)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(shí)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(jiàn)的防腐蝕材料在本文中不加以詳細(xì)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(yàn)，就幾種防腐蝕形式及應(yīng)用中的注意細(xì)節(jié)加以總結(jié)：2.1全玻璃鋼

7、（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(diǎn)。與金屬材料或其他無(wú)機(jī)材料相比，它重量輕、比強(qiáng)度高、電絕緣、耐瞬時(shí)超高溫、傳熱慢、隔音、防水、易著色、能透過(guò)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?yàn)槠湎鄬?duì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：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(chǎng)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

8、對(duì)要低；4）使用壽命更長(zhǎng)；5）玻璃鋼比重小，使得其更易運(yùn)輸，也意味著支撐他們的鋼材更少。所以其綜合安裝費(fèi)用更低。會(huì)受氣流等形式的影響，在設(shè)計(jì)上就要求有延伸率較高、韌性更好的耐用腐蝕樹(shù)脂，同時(shí)FRP在高溫下的力學(xué)性能會(huì)有一定程度的下降，在設(shè)計(jì)中要充分考慮到這一點(diǎn)。2》結(jié)構(gòu)樹(shù)脂的選擇：在煙囪的防腐蝕設(shè)計(jì)中，若采用全FRP形式，結(jié)構(gòu)樹(shù)脂的選擇對(duì)于防腐蝕效果的好壞起了重要的作用，在國(guó)外一般全部采用同一種類型的樹(shù)脂進(jìn)行整體纏繞，但在國(guó)內(nèi)目前考慮到

9、成本等方面的因素，F(xiàn)RP的外側(cè)會(huì)采用常規(guī)的通用樹(shù)脂（如191、196、199等），但在較低溫度下，如低于80℃，通用的樹(shù)脂還可以適用，但較高的使用溫度情況下，通用樹(shù)脂的就不適用了，因?yàn)橥ㄓ脴?shù)脂在較高的溫度下的力學(xué)強(qiáng)度損失較大，就會(huì)增加由于結(jié)構(gòu)樹(shù)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(shù)脂或雙酚A樹(shù)脂等進(jìn)行制作結(jié)構(gòu)層，或進(jìn)行整體FRP制作。3》增強(qiáng)材料的選擇：在防

10、腐蝕層制作時(shí)，要充分考慮增強(qiáng)材料選擇的重要性，一般情況下，玻纖是一種經(jīng)濟(jì)高性能的選擇，但在如含氟、強(qiáng)堿等情況下，就不適合選用玻纖了，碳纖維或一些有機(jī)纖維是較好的選擇。2.1.4全玻璃鋼形式的應(yīng)用實(shí)例現(xiàn)在高性能防腐蝕樹(shù)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(gè)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

11、其燃燒氣工作溫度在120125℃，但當(dāng)某些非正常操作時(shí)，氣體溫度持續(xù)1530分鐘達(dá)到350℃，該工廠原來(lái)通常使用鋼結(jié)構(gòu)的煙囪，并且僅能使用1824個(gè)月，后來(lái)他們嘗試使用全玻璃鋼結(jié)構(gòu)，使用壽命更長(zhǎng)，另外，玻璃鋼煙囪重量是鋼的14，并且吊裝費(fèi)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SO2HF和SO3，盡管，環(huán)境腐蝕很大，工作溫度也很高，達(dá)到80℃，但還沒(méi)有任何損傷。該塔直徑有4.8米

12、，分三部分組成，每部分高4米，側(cè)面有個(gè)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(huì)失效，為了洗去冶鋁廠電解槽散發(fā)出來(lái)的氟氣，選用HET酸樹(shù)脂制造的洗滌塔，由于海水經(jīng)過(guò)洗滌塔不停的循環(huán)，氟濃度越來(lái)越高，形成強(qiáng)腐蝕環(huán)境，對(duì)此，其內(nèi)部富樹(shù)脂有樹(shù)脂層需要用合成表面氈來(lái)代替常用的C玻璃表面氈。4）造紙公司非常關(guān)心制造儲(chǔ)罐、洗滌塔和與此相關(guān)的管路材料，因?yàn)檫@些設(shè)備所面對(duì)的介質(zhì)含有二氧化氯，氯酸鈉、氫氧化鈉和

13、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(jiǎn)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(jìn)行，一般厚度控制在23mm。由于介質(zhì)環(huán)境的溫差引起

14、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(lái)，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(shù)脂、橡膠等有機(jī)材料和耐酸耐熱混凝土等無(wú)機(jī)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(kāi)發(fā)和應(yīng)用，其最高使用溫度可達(dá)200℃。玻璃鱗片涂料

15、及膠泥應(yīng)用歷史，國(guó)外(美國(guó))1957年就有資料發(fā)表，1960年日本亦開(kāi)始應(yīng)用。隨著七十年代末大批引進(jìn)國(guó)外成套化工和石油化工裝置，玻璃鱗片襯里技術(shù)國(guó)內(nèi)也開(kāi)始研究試驗(yàn)和應(yīng)用。經(jīng)過(guò)近20年的應(yīng)用和考核，確認(rèn)了該項(xiàng)技術(shù)的先進(jìn)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(jì)效益。玻璃鱗片涂料、膠泥都是以熱固性樹(shù)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(qiáng)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(shù)脂