煙囪防腐材料的檢測及性能評價

1、天華化工機械及自動化研究設(shè)計 院 我院是化學工業(yè)十大重點科研院所之一。主要 從事化工機器、化學工程及設(shè)備、材料及腐蝕 防護、儀器儀表、生產(chǎn)過程自動控制及環(huán)保技 術(shù)與設(shè)備等領(lǐng)域的研發(fā)、工程設(shè)計、產(chǎn)品制造、 推廣應(yīng)用等工作。 防腐材料的研發(fā)和防腐工程一直是我院的技術(shù) 重點，在化工系統(tǒng)享有很高的聲望和權(quán)威，目 前在防腐領(lǐng)域普遍使用的實用防腐蝕施工技 術(shù)手冊就是由我院組織編寫的。 化學工業(yè)非金屬材料和設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗 中心 成立于1982年，是經(jīng)國家認可委認證通過的國 家級檢測機構(gòu)，主要從事非金屬防腐材料和設(shè) 備的檢測。自成立以來的三十年中，為石化、 化工、冶金、制藥、染料、電力等行業(yè)使用的 非金屬設(shè)

2、備和材料進行檢測和評價，積累了大 量的檢測數(shù)據(jù)，培養(yǎng)了一批具有豐富實踐經(jīng)驗 和科學評判能力的檢測技術(shù)人員。 在化工生產(chǎn)中，非金屬材料和設(shè)備主要用于防 腐蝕，我中心的專業(yè)特長就是對材料耐腐蝕性 能檢測和評價，以保證化工生產(chǎn)的安全運行。 本人簡介 南京化工大學畢業(yè)后分配到天華院非金屬 檢驗中心，二十多年來，一直從事玻璃鋼、 塑料、陶瓷、搪玻璃、石墨材料的性能檢 測和材料在腐蝕、高溫工況下使用的可靠 性評價以及材料腐蝕失效原因分析。 2000年任全國搪玻璃設(shè)備標準化技術(shù)委 員會秘書長，2001年任化學工業(yè)非金屬 材料和設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心主任。 2005年任全國非金屬化工設(shè)備標準化技 術(shù)委員會副秘書

3、長。 1、引言 隨著脫硫裝置的長期運行，煙囪腐蝕問題隨著脫硫裝置的長期運行，煙囪腐蝕問題 日益突出，甚至影響到了煙囪的結(jié)構(gòu)安全，引日益突出，甚至影響到了煙囪的結(jié)構(gòu)安全，引 起發(fā)電企業(yè)的普遍關(guān)注，特別是近幾年防腐的起發(fā)電企業(yè)的普遍關(guān)注，特別是近幾年防腐的 煙囪，煙囪，不少出現(xiàn)防腐層開裂、脫落、腐蝕等破不少出現(xiàn)防腐層開裂、脫落、腐蝕等破 損現(xiàn)象，導致煙囪冷凝液滲漏，嚴重危及煙囪損現(xiàn)象，導致煙囪冷凝液滲漏，嚴重危及煙囪 安全，令人擔憂。安全，令人擔憂。 實現(xiàn)煙囪安全可靠運行是本次大會的目的！實現(xiàn)煙囪安全可靠運行是本次大會的目的！ 引言 材料的性能是決定防腐成功的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。 巧婦難為無米之炊，沒有好

4、的、適用的材料， 再好的施工也沒有意義。 不同的使用工況，對材料性能的要求不同。 不同的材料，需要檢測的項目也不同，針對我 國火電廠脫硫煙囪的運行工況，對防腐材料提 出以下性能要求和檢測、評價方法，同時對煙 囪防腐提出建議。 2、國內(nèi)、外煙囪運行工況差異 國外：為單一濕煙氣運行。 國內(nèi)：濕煙氣運行為主，干、濕煙氣交替運行。 干煙氣運行時：煙氣溫度125160，最高 可達180左右，煙氣中含有大量的粉塵； 濕煙氣運行時： 有GGH，煙氣溫度低于80， 沒有GGH，煙氣溫度低于50，煙氣溫度在露 點以下，含水量高，煙囪內(nèi)壁有大量冷凝液，PH值 為23，其中含有低濃度的硫酸、鹽酸、硝酸、磷 酸和氫氟

5、酸等，具有較強的腐蝕性。 2、煙囪冷凝液濃度 經(jīng)我中心對國內(nèi)幾家電廠（其中有西南的高含硫煤使用廠）煙氣冷凝液中 H2SO4、HCl、HNO3、H3PO4和HF含量進行分析檢測，數(shù)據(jù)如下： H2SO4 : 0.132.03% HCl: 0.00260.031% HNO3 : 0.00320.030% H3PO4 : 0.00020.012% HF: 0.0000940.0092% 2、煙囪運行工況 國外煙囪國內(nèi)煙囪 國外成功的經(jīng)驗 只能借鑒！ 不能照搬！ 3、煙囪防腐材料的性能要求 針對煙囪的運行工況，對防腐材料的性能提出以下要求： 優(yōu)良的 耐溫性 能 優(yōu)良的 耐溫急 變性能 優(yōu)良的 熱老化 性

6、能 抗拉、 抗壓強 度 優(yōu)良的 耐磨性 能 優(yōu)良的 耐腐蝕 性能 優(yōu)良的 附著性 能 優(yōu)良的 抗?jié)B性 3、煙囪防腐材料的性能要求 FGD停運時，從旁路煙道進入煙囪的干煙氣溫度達 130150，鍋爐事故裝態(tài)下煙氣的短期溫度高達230，這 就要求防腐材料要有長期承受140左右溫度和短期使用溫度 可達230的優(yōu)良耐高溫性能。 高溫干煙氣，對耐腐蝕金屬的破壞性是很小的，但是， 對膠粘劑、玻璃鋼、玻璃鱗片膠泥、塑料等有機材料的破壞性 非常大，目前，能長期在130150下，短期可在230使用 的有機材料很少，特別是在腐蝕環(huán)境下。 3、煙囪防腐材料的性能要求 干濕煙氣交替運行時，干煙氣攜帶的大量熱量，突然進

7、入 煙道，對煙囪內(nèi)防腐材料會造成熱沖擊破壞，特別是泡沫玻璃 磚和陶瓷磚，熱沖擊會造成泡沫磚開裂，甚至炸裂。 3、煙囪防腐材料的性能要求 有機材料隨著使用時間的增長會緩慢老化，溫度高會加速老 化速度，因此，對膠粘劑、玻璃鋼、塑料等有機防腐材料，要 求要有優(yōu)良的耐熱老化性能。采用泡沫玻璃、陶瓷磚做煙囪防 腐材料，除輕質(zhì)、耐腐蝕性能以外，主要是泡沫磚有優(yōu)良的絕 熱性能，可保證底部膠粘劑長期處于較低溫度狀態(tài)，延緩老化。 3、煙囪防腐材料的性能要求 高溫煙氣，會引起煙囪受熱膨脹，特別是鋼內(nèi)筒煙囪，膨脹量更大，煙 囪基體和防腐層膨脹系數(shù)的差異，會對防腐層造成拉或壓應(yīng)力的破壞，因此， 要求防腐材料要有一定的

8、抗拉、抗壓強度。 煙氣中含有大量的粉塵，隨煙氣高速流動，對煙囪內(nèi)壁沖刷磨損很大， 又由于煙囪長期連續(xù)運行，長期的磨損，要求防腐材料要有優(yōu)良的耐磨性能， 特別是檔煙墻，煙囪自與水平煙道接口60m高度以下區(qū)域。 3、煙囪防腐材料的性能要求 1、酸的濃度非常低 2、對非金屬材料的腐 蝕性是非常小的 3、對于耐腐蝕合金腐 蝕性很強，因為，冷凝 液中含有Cl-1 和HF酸， Cl-1 會富集對耐腐蝕合金 形成點腐蝕，穿孔，HF 酸對合金形成點蝕和縫 隙腐蝕。 鎮(zhèn)海電廠0.130.00260.0160.00140.0002 南京電廠0.520.0310.030.00920.0011 重慶珞璜1.650.0

9、1810.00675E-056E-07 重慶珞璜4# 1.10.010.00320.00630.0013 中寧電廠3.030.340.00949.4E-050.012 H2SO4 HCl HNO3 HF H3PO4 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 % 煙囪冷凝液中各種酸含量煙囪冷凝液中各種酸含量 3、煙囪防腐材料的性能要求 煙囪內(nèi)壁防腐材料與煙囪基體要有優(yōu)良的附著性能，特別是經(jīng)過長期 高溫運行和多次溫度高低變化后，仍能保證與基體良好的粘結(jié)強度不脫落， 才能保證煙囪長期可靠運行。 煙氣正壓運行時，冷凝液的滲透力增加，腐蝕性介質(zhì)會滲透防護層到 達煙囪基體，對基體腐蝕，造成防腐層開裂

10、脫落，嚴重時危及煙囪安全。因 此，防腐層應(yīng)有優(yōu)良的抗?jié)B性能。 4、煙囪防腐材料性能檢測 耐蝕金屬（鎳基合金、鈦合金、純鈦） 泡沫玻璃（陶瓷）磚和膠粘劑 玻璃鋼（樹脂和玻璃纖維的復(fù)合體） 玻璃鱗片膠泥（樹脂和玻璃鱗片的混合體） 耐高溫耐腐蝕涂料（通過改性，使原有材料的耐溫性能大大提高） 塑料（如聚四氟乙烯） 目前，還沒有國家、或行業(yè)標準對煙囪用防腐材料的性能提出 統(tǒng)一的技術(shù)要求和檢測方法，材料性能的優(yōu)劣只能采取對比的方法。 4、煙囪防腐材料性能檢測 具有優(yōu)良的耐溫、耐磨、抗?jié)B和力學性能 考核其耐混合酸（H2SO4、HCl、HNO3、H3PO4和HF）和煙囪冷 凝液腐蝕性能，混合酸的濃度應(yīng)大于煙囪

11、冷凝液中酸的濃度。 在塑料容器中進行試驗，配置好的試驗混合液在貯存和試驗過程中 不能接觸玻璃。 煙氣從濕煙氣轉(zhuǎn)為干煙氣時，高溫干煙氣對煙囪內(nèi)壁的冷凝液有 蒸發(fā)、濃縮的過程，這個過程雖然時間很短，但對耐蝕金屬影響很大， 應(yīng)引起重視。 4、煙囪防腐材料性能檢測 經(jīng)高溫燒結(jié)而成 優(yōu)良的耐溫性能 優(yōu)良的抗?jié)B性能 優(yōu)良的保溫性能 耐溫差急變，耐磨性能較差。 煙囪冷凝液對泡沫磚的破壞性很小，造成泡沫磚破壞的主要原因是 溫差急變，煙氣從濕煙氣轉(zhuǎn)為干煙氣時，高溫煙氣對泡沫玻璃磚防腐層 形成高溫沖擊，導致泡沫磚開裂。 4、煙囪防腐材料性能檢測 大部分為含硅類膠粘劑。 對其耐高溫、耐老化、耐腐蝕、抗拉強度、附著

12、性進行檢測。 大部分膠粘劑耐高溫、耐熱老化、耐腐蝕性能較 差。 4、煙囪防腐材料性能檢測 樹脂 玻璃 纖維 玻璃 鋼 樹脂 玻璃鱗 片 玻璃鱗 片膠泥 目前，采用玻璃鋼內(nèi)筒煙囪已經(jīng)成為國外煙囪防腐 的趨勢，但國外只是用于濕煙囪。 玻璃鱗片防腐層具有優(yōu)良的抗?jié)B性和耐磨性，但整 體強度差，只能作為內(nèi)襯層。 樹脂的耐高溫、耐熱老化、 耐腐蝕性能是材料好壞的關(guān)鍵。 導致玻璃鋼、玻璃鱗片防腐層老 化、碳化開裂的主要原因是高溫 煙氣。 要特別說明的是，樹脂、有 機膠粘劑、涂料等有機材料最高 使用溫度分空載溫度和在腐蝕狀 態(tài)下的溫度。 4、煙囪防腐材料性能檢測 近幾年，為了滿足我國火電廠煙囪防腐的需求，國內(nèi)

13、外企業(yè)通過改性、 雜化等方式研制出耐高溫耐腐蝕涂料，為了提高耐腐蝕涂料的施工厚度、整 體強度和耐磨性，防止開裂，加入玻璃纖維或石英粉等材料。 耐腐蝕涂料應(yīng)測試以下性能： 耐高溫 耐熱老化 耐腐蝕 耐磨 抗拉強度 附著性 主要的固化性能： ASTM D695 抗壓強度110 Mpa ASTM D638 拉伸強度30 Mpa ASTM D790 彎曲強度50 Mpa 肖氏硬度D89 ASTM D 150(150KHz) 電容率3.0 最高溫度240 ASTM D 648測試熱變形溫度150 耐高溫耐腐涂料宣傳性能 耐腐蝕性能：在25度時養(yǎng)護10天，在21度時測試。養(yǎng)護溫度更高防化學性能更好。 1-

14、長時間浸泡 2-短時間浸泡 耐高溫耐腐涂料宣傳性能 10%乙酸 2 丙酮 1 20%磷酸 1 鹽水 1 冰醋酸 2 氯化銨 1 5%硫酸 1 污水 1 5%鹽酸 1 啤酒 1 20%硫酸 1 5%氫氧化銨 1 10%鹽酸 1 二氯甲烷 2 氰化鈉 1 20%氫氧化銨 1 濃鹽酸 1 柴油 1 5%氫氧化鉀 1 甲苯 2 5%硝酸 2 異丙醇 1 20%氫氧化鉀三氯乙烷 1 5%氫氧化鈉 1 10%硝酸 2 煤油 1 白酒 1 20%氫氧化鈉 1 5%磷酸 1 汽油 1 二甲苯 1 在80，2%H2SO4、0.1%HCl、 0.1%HNO3和0.1%H3PO4混合酸 中浸泡168 h后的試樣。

15、經(jīng)經(jīng)230高溫試驗的涂料試樣高溫試驗的涂料試樣 經(jīng)經(jīng)200溫差急變試驗后的涂料試樣溫差急變試驗后的涂料試樣 5、煙囪防腐材料性能檢測方法的設(shè)計 以煙囪運行 工況為依據(jù) 濃度、溫度均 要略高于實際 應(yīng)考核材料 對混合介質(zhì) 的耐腐蝕性。 6、煙囪防腐材料性能綜合評價 通過各種試驗數(shù)據(jù)、試驗現(xiàn)象對材料的耐腐蝕性能進行 評價是很復(fù)雜的。試驗數(shù)據(jù)不能說明一切，評價是在試驗方法 選擇正確，試驗數(shù)據(jù)保證準確的基礎(chǔ)上，依據(jù)試驗數(shù)據(jù)和試驗 過程和最終發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，通過長期積累的豐富的專業(yè)經(jīng)驗和專 業(yè)知識，對材料使用可靠性的綜合評判。在評判時還應(yīng)分清主 要性能和次要性能，不能一概而論。 7、對煙囪防腐的幾點建議 標

16、準對試樣的制作、養(yǎng)護和檢測都有明確的規(guī)定。 需方應(yīng)派人抽樣或監(jiān)督抽樣 隨機抽樣 覆蓋全部受檢物品 確保取樣的真實性和代表性，這對檢測非常重要。 7、對煙囪防腐的幾點建議 專業(yè)的檢測機 構(gòu) 正確的檢測方法 大量的檢測數(shù)據(jù) 用戶 很難取舍和判斷好壞 檢驗報告 及 評價報告 方便選擇和判斷 綜合評價 確保準確性 7、對煙囪防腐的幾點建議 近幾年： 煙囪施工隊的選擇只注重有沒有高空施工資質(zhì)； 對防腐施工經(jīng)驗和能力沒有提出明確的要求； 前期煙囪防腐短期內(nèi)出現(xiàn)的失敗，與施工隊伍 的經(jīng)驗欠缺和質(zhì)量意識單薄不無關(guān)系。 三 分 材 料 七 分 施 工 7、對煙囪防腐的幾點建議 對防腐施工 工藝進行專 家論證，確

17、 保施工工藝 正確，沒有 紕漏。 環(huán)形支撐 樑 水平煙道 與煙囪連 接處 積灰平臺 與煙囪連 接處 牛腿 對施工工人進 行崗前培訓， 保證施工質(zhì)量 非常重要。 明確施工 方法 掌握施工 技巧 嚴格按照 要求施工 7、對煙囪防腐的幾點建議 有的防腐材料（主要指樹脂和膠粘劑）需經(jīng)過較長的時間或加溫一段 時間才能達到完全固化。 對于工期特別緊的工程，沒有足夠的時間讓防腐層完全固化，一旦啟 機，防腐層經(jīng)受高溫煙氣的突然沖擊，對防腐層的破壞是非常大的。 不論是需加熱固化的防腐層，還是常溫可固化的防腐層，第一次使用 時應(yīng)盡量有一個緩慢升溫的過程! 2、國內(nèi)、外煙囪運行工況差異 國外：為單一濕煙氣運行。 國

18、內(nèi)：濕煙氣運行為主，干、濕煙氣交替運行。 干煙氣運行時：煙氣溫度125160，最高 可達180左右，煙氣中含有大量的粉塵； 濕煙氣運行時： 有GGH，煙氣溫度低于80， 沒有GGH，煙氣溫度低于50，煙氣溫度在露 點以下，含水量高，煙囪內(nèi)壁有大量冷凝液，PH值 為23，其中含有低濃度的硫酸、鹽酸、硝酸、磷 酸和氫氟酸等，具有較強的腐蝕性。 2、煙囪運行工況 國外煙囪國內(nèi)煙囪 國外成功的經(jīng)驗 只能借鑒！ 不能照搬！ 3、煙囪防腐材料的性能要求 有機材料隨著使用時間的增長會緩慢老化，溫度高會加速老 化速度，因此，對膠粘劑、玻璃鋼、塑料等有機防腐材料，要 求要有優(yōu)良的耐熱老化性能。采用泡沫玻璃、陶瓷磚做煙囪防 腐材料，除輕質(zhì)、耐腐蝕性能以外，主要是泡沫磚有優(yōu)良的絕 熱性能，可保證底部膠粘劑長期處于較低溫度狀態(tài)，延緩老化。 主要的固化性能： ASTM D695 抗壓強度110 Mpa ASTM D638 拉伸強度30 Mpa ASTM D790 彎曲強度50 Mpa 肖氏硬度D89 A