煙囪耐高溫防腐涂料現(xiàn)狀分析

煙囪煙道是電力、熱力、燃氣等行業(yè)不可少的建筑，為達到長期安全運行，其結(jié)構(gòu)的耐久性就占有相當重要的地位，無論磚混結(jié)構(gòu)還是鋼結(jié)構(gòu)大多采用耐高溫內(nèi)襯+耐防腐層，國內(nèi)采用最多的是玻璃鱗片膠泥防腐，玻璃鱗片材料固話后呈脆性，耐溫特性和耐溫沖擊特性較差，極易造成鱗片襯里在高溫和高低溫熱沖擊下，發(fā)生開裂、脫層現(xiàn)場，通過本文介紹國內(nèi)煙囪煙道防腐方案介紹和對比，以及ZS-1041如何解決高溫下煙氣腐蝕問題。

一、 國內(nèi)煙囪、煙道防腐現(xiàn)狀分析

    煙道防腐，煙囪防腐，如果是僅僅濕熱酸腐蝕的話，這個在國內(nèi)已經(jīng)得到很好的解決了，經(jīng)歷了2000至今的發(fā)展，目前基本以玻璃鱗片膠泥方案為主，當然也存在KPI、磚板內(nèi)襯等方案，但在中低溫以及一般的高溫時，玻璃鱗片膠泥的方案已經(jīng)被大家所認同，盡管不一定是最完美的解決方案，但從性價比，使用壽命等各方面綜合來看，玻璃鱗片膠泥內(nèi)襯的方案確實是好選擇。

    國內(nèi)做防腐的工程公司正在越來越多得遇到一些更加棘手的問題：電廠原煙道、煙囪、鍋爐原煙道、煙囪高溫防腐，特別是特高溫，瞬間高溫達200度以上，長期溫度也接近180度，并且基材有鋼質(zhì)的，也有混泥土基材的，在實際運行過程中，會時常出現(xiàn)溫度時高時低，運行環(huán)境的溫度驟變很厲害。

    目前國內(nèi)做這一行的工程公司很多，材料商也很多，提出來的方案五花八門，但是真正經(jīng)歷了五年以上的實際環(huán)境運行的成功案例，幾乎沒有。

    下面就目前國內(nèi)防腐行業(yè)在高溫煙囪防腐領(lǐng)域所提出來的方案一一分析其優(yōu)缺點，供所參考。

    二、防腐方案介紹和分析

    特高溫煙道煙囪的防腐方案，目前主流的有：乙烯基酯樹脂（VER）玻璃鱗片膠泥、VER膠泥玻璃鋼復合、VER膠泥勾縫磚板內(nèi)襯（賓高德玻化磚、耐酸磚、耐酸陶瓷等）、耐酸KPI膠泥、KPI膠泥勾縫磚板內(nèi)襯、OM涂料、鈦合金哈氏合金等等合金方案。

    特高溫煙道煙囪的防腐方案設(shè)計，關(guān)鍵考慮點：防腐、抗?jié)B、防脫落。防腐由材料本身材質(zhì)的耐酸性，尤其是高溫下的耐酸性決定的；抗?jié)B主要由防腐涂層的厚度，有機/無機成份的固化物的致密性決定的；防脫落主要是由施工質(zhì)量、基材的處理好壞、防腐材料本身的耐溫驟變性能高低以及防腐涂層的耐應(yīng)力變化優(yōu)劣決定的。

    2.1高溫玻璃鱗片膠泥方案 這里指的是可以長期耐180度的高交聯(lián)密度型的玻璃鱗片膠泥。

    方案優(yōu)點：耐酸性非常好、抗?jié)B性能極好、施工方便、綜合成本低、性價比高。

   志盛威華工程師認為從以下幾點出發(fā)，得以提高玻璃鱗片膠泥材料適應(yīng)性和功能性：

    第一、廣義的基材處理，混泥土基材需要在底漆上做文章，在滲透劑上做文章，在廣義基材處理上做文章；

    第二、把現(xiàn)有膠泥涂層固化后的線性膨脹系數(shù)做得更小，更加接近基材，可以在保證工藝可行性的前提下，在現(xiàn)有膠泥中適當添加：碳纖維、陶瓷粉、石英粉、金屬鱗片等；

    第三、把現(xiàn)有膠泥做得收縮更小，韌性耐沖擊更好，可以在保證固化工藝可行性前提下，在現(xiàn)有膠泥中適當添加：熱塑性塑料粉末等低收縮劑； 第四、 把現(xiàn)有膠泥做得耐溫更高，在保證耐腐蝕性能的前提下，使用高交聯(lián)密度型特耐高溫型乙烯基酯樹脂，同時還可以考慮添加有機硅耐高溫樹脂或助劑，尤其是對于底漆樹脂。

    三、腐蝕工況分析 材料設(shè)計和施工不僅要考慮材料選擇和性能改進，同時也要分析實際使用過程中高溫煙囪煙道所受到的破壞情況種類，主要包括：高溫、高低溫交替、冷凝水、高溫煙氣腐蝕、粉塵沖刷、煙囪震動、形變等。

    煙氣溫度一般在70℃--500℃左右,部分工況煙氣溫度會達到1000℃，煙氣流速一般都在5米/秒以上，粉塵顆粒物粒徑大小在0.3毫米以上，粉塵濃度在10%以上，相對濕度為3-10%,含有灰分及各種腐蝕性成分,如SO2、HCl、NO2及鹽霧等，甚至有的煙氣中含有HF強腐蝕氣體存在，有酸堿腐蝕，低溫煙氣還會有冷凝水腐蝕，而且在脫硫過程中,又具有酸堿介質(zhì)交替的情況發(fā)生,因此設(shè)備腐蝕嚴重,防腐條件要求比較苛刻。

    需要重點指出煙囪本體的腐蝕主要是防腐內(nèi)襯損壞，酸液滲透到煙囪本體或者是通過牛腿滲透到煙囪本體。

    水平煙道和積灰平臺如沒有良好的防腐和疏水裝置，對水平煙道及煙囪積灰平臺會造成很大的腐蝕。 煙囪防腐內(nèi)襯損壞原因包括施工中漆膜厚度薄，煙囪表面不平整，形成積液，腐蝕加重；煙氣粉塵沖刷嚴重部位沒有進行加厚處理；材料的線膨脹系數(shù)過小，表面形成裂紋、龜裂等缺陷，施工中的缺陷問題需要施工方規(guī)范施工來解決，避免減小人為影響。

    四、ZS-1041煙氣防腐涂料

    4.1產(chǎn)品背景 近年來，在煙囪煙道腐蝕涂層研發(fā)和實踐中，志盛威華工程師通過對上百家煙囪煙道成功與失敗的防腐案例進行經(jīng)驗分析總結(jié)，不斷優(yōu)化產(chǎn)品性能，經(jīng)過廣泛學習交流，采用新技術(shù)新方法，不斷創(chuàng)新與優(yōu)化，推出1041煙氣防腐涂料。

    1041煙氣防腐涂料的推出，避免玻璃鱗片膠泥不耐高溫偏脆和APC抗?jié)B弱基材要求高成本貴的不足，同時綜合兩種方案的優(yōu)點。

    4.2產(chǎn)品介紹及參數(shù)

    涂料的成膜物質(zhì)以無機聚合物為主的互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物作為成膜物質(zhì)，溶液中含硅無機聚合物作為主鏈，高溫嫁接有機聚合物改性樹脂，得到交替排列組成的多嵌段嫁接無機—有機螯合聚合物，通過PIN對樹脂改進，既能發(fā)揮有機樹脂軟段柔韌性，提高基材粘接力，同時又發(fā)揮無機聚合物耐高溫作用，從而涂料成膜性好，附著力高，涂層光滑自潔，耐溫高，成膜致密降低介質(zhì)損耗率的特點。

    磚、水泥的線膨脹系數(shù)為10-14×10-6/℃，鋼鐵的線膨脹系數(shù)為12-18×10-6/℃，而玻璃鱗片類的線膨脹系數(shù)大約為1.15×10-6/℃，與基材相差了一個數(shù)量級，在溫度變化時，容易出現(xiàn)溫差應(yīng)力，導致涂層應(yīng)力開裂（幾油幾布的涂刷主要就是防裂），由于該材料涂層較厚，熱傳遞會因此受到一定影響，煙道內(nèi)壁溫度與涂層表面溫度會存在相對較大的差異，應(yīng)力開裂的風險因此而加大。

    雖玻璃鱗片通過幾油幾布的工藝可以預防短期應(yīng)用內(nèi)的應(yīng)力開裂，但如特殊工況出現(xiàn)得較為頻繁時，涂層及防裂布會因多次變形而產(chǎn)生疲勞，最終出現(xiàn)裂紋。

    ZS-1041煙氣防腐涂料的線膨脹系數(shù)為16-23×10-6/℃，與煙道用的基材線膨脹系數(shù)處于同一數(shù)量級，兩者相差不大，因該涂層為薄涂即可，導熱速度較快，能很快與基材達成溫度平衡，在遇到急冷急熱狀況時形變幾乎與基材保持一致，不易產(chǎn)生溫差應(yīng)力造成漆膜的損壞。

    一個良好的線膨脹系數(shù)，是由無機填料體現(xiàn)出來，涂料采用無機抗腐蝕耐磨材料，如納米硅微粉、碳化硅、氮化硼、石墨、超細金屬氧化物等涂料固體顏料,在高溫下形成耐磨陶瓷功能，使涂層具有高硬度，高耐磨，防蝕性，耐高溫、抗沖擊性和好的延展性。

    涂料并且使用無機陶瓷纖維，增加涂層內(nèi)聯(lián)交強性，進一步增強涂層的抗沖擊性。

    涂層線膨脹系數(shù)與基材接近，在遇到溫變大時，形變與基材保持一致，煙氣溫度越高溫變越大，煙氣一般溫度在70-500℃，對于有脫硫裝置的煙囪，煙氣溫度一般會低于100℃，標準規(guī)定的250℃耐溫極限能滿足大多工況，但不能滿足某些特殊工況，包括事故狀態(tài)。

    ZS-1041煙氣防腐涂料耐溫幅度可達750℃，可長期在600℃正常使用，這一性能使得煙道防腐蝕更為可靠，減少因特殊工況帶來的防腐蝕涂層破壞，通過提高耐溫度數(shù)和與基材良好的線性膨脹系數(shù)，使涂膜擁有好的耐高溫溫變性能。

    耐水防滲 由于煙氣中含水，如果加裝了濕法脫硫裝置，煙氣中的含水量會更高，此項雖是在檢測吸水率但實際考究的是涂料的致密性、抗?jié)B透性，致密抗?jié)B無溶脹是防腐蝕涂料必備的特性。

    普通防腐蝕涂料如玻璃鱗片膠泥采用的是片狀玻璃鱗片，直徑大概在0.2mm左右，在涂層成膜時玻璃鱗片呈魚鱗狀搭接從而具有極好的防滲性。但具有0.2mm直徑的玻璃鱗片尺寸偏大，加之玻璃鱗片密度較大在工作液中的分散會存在不均一性，存在鱗片搭接不均的情況，加之在施工時由于粘度、溫度、施工方法等原因，可能會架空搭接出現(xiàn)空鼓，防滲性能下降。

    ZS-1041煙氣防腐涂料中功能防腐蝕顏填料采用高溫再加工成型的納米級鱗片級粉料，細小的粒徑使單個鱗片更易穩(wěn)定分散在涂料體系中，同時避免出現(xiàn)搭接空鼓，提高抗?jié)B透性，這也是為什么ZS-1041煙氣防腐涂料僅300μm即可達到幾毫米厚常規(guī)防腐蝕涂料防腐效果的主要原因之一。

    涂料膜厚在300-500μm就可以達到常規(guī)防腐蝕涂料的防護效果和防護周期，施工間隔不超過2h，采用無氣噴涂施工4道左右即可達到設(shè)計膜厚，省時省力，施工簡便，表干實干快，施工周期短，養(yǎng)護周期短，能夠盡快投入使用，較之常規(guī)煙道防腐涂料，膜厚最厚的會達到3mm，工序超過5道以上，道間養(yǎng)護時間較長，工期大概30天，相比之下，工程的綜合成本會降低。

    耐水性 之前提到煙氣中含有水分，在煙囪煙道部分區(qū)域會有冷凝水腐蝕，冷凝水的腐蝕相對于煙氣腐蝕嚴重程度更高，基材表面未找平位置會出現(xiàn)積液，積液腐蝕性更高，也是容易出現(xiàn)壞點部位，施工中需要增加厚度來增強防腐性能。ZS-1041煙氣防腐涂料可長期耐酸浸泡、堿浸泡以及NaCl溶液浸泡，具備全面的抗?jié)B耐腐蝕性能，可針對煙道有可能出現(xiàn)的各種腐蝕。

    該項性能的測試，試驗標準酸液為硫酸，但實際上煙氣中的腐蝕介質(zhì)卻遠不止硫化物，特別是有脫硫裝置的煙道脫硫后煙氣中僅含微量硫化物，煙氣的主要腐蝕介質(zhì)為CL-，對于濕法脫硫，煙氣中可能還會存在堿性物質(zhì)，因此在考慮酸腐蝕（硫化物）的同時還應(yīng)考慮CL-腐蝕、堿腐蝕。 良好的抗腐蝕性需要好的成膜物質(zhì)提供，ZS-1041防腐涂料成膜物質(zhì)是以無機聚合物為主的互傳網(wǎng)絡(luò)聚合物作為成膜物質(zhì)，溶液中含硅無機聚合物作為主鏈，高溫嫁接有機聚合物改性樹脂，得到交替排列組成的多嵌段嫁接無機-有機螯合聚合物，提高涂膜致密性和抗?jié)B性，達到抗腐蝕效果。高溫螯合樹脂成膜后呈現(xiàn)無機惰性，從而體現(xiàn)出優(yōu)異的耐老化性能，達到長效防腐保障。

    對于煙道防腐蝕涂料的選擇除了性能指標外，還應(yīng)考慮到施工性能、維修成本等因素，施工性同玻璃鱗片涂料舉例，為了防止使用過程中出現(xiàn)開裂并涂刷到足夠的厚度，該涂料在施工時一般采用加襯布的方式來進行，大多是底中面三種涂料，采用“三油兩布”的方式進行涂刷，工藝較為復雜，工期長，當涂層出現(xiàn)局部損壞時，需要將所有相連的涂層進行鏟除（襯布的影響），維修難度大、費用高。

    ZS-1041煙氣防腐涂料適合于各溫度段的煙道防腐，在進行煙囪防腐工程時不需按工況、部位來購買多種產(chǎn)品增加預算、物料管理、施工管理的難度；同時涂料的施工方式多樣，可刷涂、輥涂、無氣噴涂，300μm厚度即可滿足一般情況下煙氣防腐，施工兩到三遍達到設(shè)計厚度即可，方便操作，工人技術(shù)要求低，人為影響因素少，施工時無需采用加襯布等輔助材料和工藝，施工簡便工期較短。當涂層出現(xiàn)缺陷或在后期應(yīng)用中出現(xiàn)弊病時，僅需要進行局部刷涂修補即可，大大降低了維修成本和縮短維修工期。

    五、案例分析 5.1以焦化廠煙囪防腐為例，進行案例分析

焦化廠煙氣的特點

1、溫度不高 焦爐煙氣的溫度一般在180-320℃之間；

2、成分復雜 焦爐煙道氣含有大量的有機氣體、硫化物、氮氧化物、氯化物等。

3、含硫不高 一般含量在200-500mg*Nm-3之間，平均約為450mg*Nm-3；

4、NOx較高 一般為1800mg*Nm-3左右；

5、粉塵含量低 一般為1800mg*Nm-3左右；

6、煙囪需要熱備 處于安全的需要，焦化行業(yè)需要煙囪進行熱備，熱備溫度一般為130℃，甚至更高； 7、煙囪內(nèi)壁伴有冷凝水。 焦爐加熱用回爐煤氣由外管送至焦爐各燃燒室，在燃燒室內(nèi)經(jīng)過蓄熱式預熱的空氣混合燃燒，燃燒后的廢氣經(jīng)跨越孔、立火道、斜道，在蓄熱式與格子磚換熱后經(jīng)分煙道、總煙道，后從煙囪排出。

    焦爐因其生產(chǎn)工藝的特殊性，煙囪排放的熱煙氣中含二氧化硫、氮氧化物、粉塵，氮氧化物含量較高，煙氣需要進行脫硫脫硝除塵處理后方可滿足排放要求。

    煙氣中的氮氧化物主要是在煤氣高溫燃燒條件下產(chǎn)生的，焦爐煤氣含50%以上的氫氣，燃燒速度快，火焰溫度高達1700-1900度，煤氣中氮氣與氧氣在1300度左右會發(fā)生激烈的氧化反應(yīng)，生產(chǎn)NOx。

    5.2焦化廠煙氣凈化及余熱回收工藝： 焦爐煙氣-脫硝裝置-換熱器-增壓風機-濕法脫硫塔-煙囪排放。 這種方法目前較為流行的一種焦爐煙氣凈化及余熱回收一體化技術(shù)，由于煙氣濕法脫硫工段要求脫硫塔入口煙氣溫度須保證在160℃以下，故該技術(shù)會將脫硝后270℃左右的煙氣通入換熱器，使煙氣溫度降至脫硫塔入口允許的溫度范圍內(nèi)，經(jīng)后續(xù)脫硫工段處理，再向大氣排放。

    5.3防腐中遇到的腐蝕問題 此焦爐煙囪采用玻璃鱗片 “三油兩布”的方式進行涂刷防腐，經(jīng)過6個月左右的運行，防腐涂層開始出大面積現(xiàn)剝離脫落現(xiàn)象，露出底材，部分底材已經(jīng)腐蝕銹透，影響生產(chǎn)安全。

    由于腐蝕嚴重，提出防腐改進方案為： 噴砂除油除銹達到Sa2.5級別——檢查腐蝕嚴重部位進行修補、更換，補露點——噴涂1041防腐涂料。

    在噴砂除銹過程中，出現(xiàn)玻璃鱗片粘接不牢掉落，尤其焊縫處玻璃鱗片更難以附著，這也是焊縫處容易剝落空鼓癥結(jié)所在。

    經(jīng)過噴砂除銹后，基材表面達到sa2.5標準，整修完露點、更換破損部位后，進行1041涂刷施工。 焊縫刷涂施工后，漆膜表干后，可以進行整體滾涂， 焊縫處先涂刷很重要，焊縫處涂層厚，起到加強作用， 施工完后，直接進行滾涂施工。

    經(jīng)過三遍滾涂施工，達到300μm設(shè)計漆膜厚度即可。 施工時間為2天，相較于玻璃鱗片 “三油兩布”施工天數(shù)7天時間，大大節(jié)約了施工周期，采用滾涂方式，降低施工難度，操作好操作，施工質(zhì)量好控制，300μm涂膜厚度相當于玻璃鱗片1CM的防腐涂層。

    經(jīng)過客戶正常使用6個月，涂膜不開裂，不脫落，起到很好防腐效果，得到客戶的認可。

    總結(jié)1041防腐效果良好，總共有以下幾個特點：

1、良好的線性膨脹系數(shù)，附著力好，抗熱震好；

2、能耐高溫，能夠長期在600℃環(huán)境下使用；

3、施工簡便；

4、漆膜表面耐磨光滑，能耐住粉塵沖刷和氣流沖刷；

5、防腐性能好，抗煙氣中H2S、氯離子、二氧化硫、三氧化硫、氯化氫高溫水汽等解釋腐蝕；

6、防止冷凝水點腐蝕、應(yīng)力腐蝕、化學腐蝕、電位腐蝕等。

施工過程中，煙道進焰口增加涂層厚度，以增加涂層抗消耗性，延長使用壽命，同時在焊縫處、積液點、可能雨水沖刷部位等腐蝕嚴重地方，進行增加涂層厚度，來增加抗腐蝕強度。

    增加厚度補強部位都是腐蝕和沖刷腐蝕嚴重部位，沖刷腐蝕主要包括氣液噴砂型腐沖蝕、液流或水滴型沖蝕，沖刷腐蝕的影響因素也眾多，包括材料的物理性質(zhì)、介質(zhì)特性、流體力學等因素，補強部位的操作，就涉及到有經(jīng)驗的施工人員來進行施工，根據(jù)實際情況來進行調(diào)整；好的材料性能是基礎(chǔ)，施工影響因素才是關(guān)鍵，

    俗話說“三分料，七分工”說的就是涂料施工重要性，在與玻璃鱗片相同施工條件下，ZS-1041施工更簡便，施工方式靈活，施工影響小，很好的體現(xiàn)產(chǎn)品以人為本的理念，人為影響很重要，尤其在前期技術(shù)溝通及產(chǎn)品工況交流過程中，選擇合適的產(chǎn)品以及合理施工方案，提供基礎(chǔ)保障。

    志盛威華涂料售前售后服務(wù) 好的解決方案和適合的產(chǎn)品，需要通過精準的售前溝通分析，對腐蝕原因分析、實際工況總結(jié)和產(chǎn)品性能掌握等各種前期技術(shù)交流，前期工作信息了解離不開志盛威華工程師深厚的防腐經(jīng)驗和實際應(yīng)用的積累，能夠切中時弊的解決防腐難題。 在施工完設(shè)備使用過程中，及時跟蹤使用效果，收集使用數(shù)據(jù)，做到涂層工況匯總，及時總結(jié)經(jīng)驗，編寫應(yīng)用報告。

    六、公司介紹

    北京志盛威華化工有限公司是北京市科委認證的高新技術(shù)企業(yè)，是專業(yè)研究節(jié)能技術(shù)、開發(fā)及推廣新型節(jié)能涂料的高科技型企業(yè)，公司依托北京志盛博卡節(jié)能技術(shù)研究院、中科院、航天部等大型科研單位，與清華大學長期科研合作，專注于耐高溫隔熱涂料、特種防腐涂料、抗氧化封閉涂料、熱反射隔熱涂料、紅外線輻射吸收涂料、耐高溫絕緣涂料、高溫粘合劑、自潔涂料、耐磨涂料、過渡涂料等特種涂料的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售、工程服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè)。公司秉承“創(chuàng)造一流產(chǎn)品，追求卓越服務(wù)”的經(jīng)營理念，本著“團結(jié)、拼搏、創(chuàng)新、共贏”的經(jīng)營信條，為客戶提供過硬的產(chǎn)品質(zhì)量、專業(yè)的解決方案和優(yōu)質(zhì)的技術(shù)服務(wù)。