南京大自然，你身边的烟囱防腐专家

燃煤电厂加装烟气脱硫装置以后，烟囱的腐蚀问题日益突出起来。许多烟囱都是在脱硫运行几年以后发现出现了泄露，才开始考虑防腐问题。但是这些烟囱后来采用的各种防腐方案的应用情况并不是十分理想，有相当一部分烟囱在防腐施工完成半年以后就开始出现泄露。不论采取的是何种防腐方案都有失败的案例，只是程度不同有些区别。许多电厂在考虑采用何种防腐方案的问题上有些不知所措。南京大自然环境科技有限公司对各种防腐工艺的特点以及失效状况进行分析和探讨。并提出自己的观点和方案。 目前已经实际应用的混凝土烟囱防腐方案主要有以下几大类：树脂胶泥类衬里、泡沫砖类砌筑衬里、厚浆型涂料类衬里、钢内桶加胶泥防腐结构、玻璃钢整体内桶结构、钛-碳钢复合板整体内桶结构等。在这几种方案中，后面的三中加装内桶的方案大多应用在新建的大型发电机组项目上。在中小型机组特别是已经建成的旧烟囱中应用的比较少，主要原因是由于加装内桶需要占用相当的内部空间，使得烟囱的内部通道大大缩小，许多情况下就无法满足烟气流量和压力的需要。第三种方案在早期时（六、七前年）使用较多，后来的实际应用状况不好，已经趋于淘汰。 泡沫砖类衬里是以泡沫玻璃砖或泡沫瓷砖为主体，采用相应的粘合剂进行砌筑，在烟囱内壁形成防护层。衬里的主体----泡沫砖本身的耐腐蚀性大多没有问题，失效主要表现在砖缝处。也就是砖缝不严实或者是粘合剂失效，粘合剂失效说明粘合剂质量问题比较突出。砖缝不严密则是施工质量问题。 这类衬里的施工质量把控比较困难，衬里一次成型后，质量是否可靠无法检测，无法判断。这一点是此类衬里比较大的短板。 另外，这类衬里失效后很难修复，主要是无法锁定具体的失效部位，烟囱外壁出现渗漏的部位无法在内部找到。而且砖层相互叠加，失效部位很难拆除和修复。 树脂胶泥类衬里的失效形式主要是衬里层脱落和开裂。主要原因是基体清理不干净（湿润和灰尘），基体表面状况比较差以及基体不稳固等。 玻璃鳞片衬里作为烟气脱硫系统（吸收塔、烟道）的标准防腐方案，早就已经为行业所认可，但是在将其应用到烟囱防腐的过程中却遇到了许多问题。特别是在烟囱防腐刚开始的时候，出现了多个短时间内衬里发生大面积脱落的案例。出于各种各样的原因，人们在没有对失效原因进行深入分析的情况下就得出了玻璃鳞片衬里不适合烟囱防腐的结论。这就使得后来的玻璃鳞片衬里在烟囱防腐上的推出应用遇到了很大的阻力。同时又造成了个别并不适合烟囱防腐，而且价格昂贵的方案在工程实践中多次使用。 我们经过查证发现，早期的多个玻璃鳞片衬里方案失效的原因主要有以下两个方面致命的错误：一方面由于必须要有超高空施工的能力，所选的施工队伍并没有玻璃鳞片衬里等重防腐工程方面的施工经验，过程控制出现了问题。另一方面工期太短，这些项目大多在一个月左右完成。根本没有按照规定的所谓施工工艺来操作。 这两个致命错误的存在就导致了所有的质量控制程序流于形式，出现重大质量事故也就在所难免了。 玻璃鳞片衬里需要澄清的几个问题 脆性与开裂 玻璃鳞片衬里的脆性问题是许多人为诟病的性能表现，实际应用中遇到的玻璃鳞片衬里失效案例，大都被归结为材料太脆、因无法满足变形的工况要求而造成了开裂。 我们经过仔细分析发现，玻璃鳞片材料的脆性问题被人为夸大了。这是因为作为衬里存在时，它和基体是紧密结合在一起的，而我们在许多现场看到的衬里开裂，实际上已经发生了脱落。也就是说，到目前为止，我们还没有看到衬里与基体结合的很好而发生开裂的实例。这样就提出了一个问题：究竟是开裂引起的脱落，还是脱落引起的开裂？同时也就引申出了另外一个问题：衬里开裂的“力”从何而来？ 一般来讲，造成衬里开裂无非是以下三个原因：a、固化应力；b、温度变化引起的内应力；c、外来的拉伸、弯曲力。 固化应力一般在施工完成后的几天内就会逐渐减小。经过几轮的实际工况考验后就基本稳定下来了。 温度变化（包括环境温度和开停车引起的工况温度变化）引起衬里材料应力变化是所有材料都要碰到的问题。但是相对于玻璃钢衬里，玻璃鳞片衬里由于加入了大量的玻璃填料，其室温测得的线膨 胀系数接近于钢铁，大约为1×10－5/℃。目前烟囱的运行温度在40～50℃左右，大量的工程实践证实，玻璃鳞片衬里在这样的工况下是可以长期可靠运行的（不论是钢结构还是混凝土结构）。也就是说，在这样的工况条件下，玻璃鳞片衬里由于温度变化而形成的内应力不足以抵消衬里与基体的粘结力。也就不会发生衬里的脱落。当衬里不脱落（与基体分离）时，就没有开裂所需要的位移（δ）。也就是说衬里与基体粘结在一起没有分离，就不会引起开裂的发生。 由于烟囱的结构特点，许多人把衬里脱落和开裂的原因归结于结构变形，认为是烟囱的摇摆变形引起的弯曲和拉伸应力造成了衬里的开裂。而且进一步引申出玻璃鳞片衬里脆性大，不适合烟囱防腐的结论。 我们知道，对于混凝土以及固化后的鳞片衬里等脆性材料来说，在受到外来力量引起破坏时不会发生塑性变形。因此，这些材料的脆性特征主要是用“弹性模量（包括杨氏模量和切变模量）”来衡量的。“弹性模量”是工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。弹性模量可视为衡量材料产生弹性变形难易程度的指标，其值越大，使材料发生一定弹性变形的应力也越大，即材料刚度越大，亦即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。 一般的混凝土的弹性模量在15～35GPa之间，而树脂复合材料的弹性模量在0.5～2.5GPa左右，两者相差了一个数量级。这些数据说明，在受到同样外力的作用下，混凝土可以允许的变形量要比树脂复合材料小得多。也就是说，当这两种材料作为一个整体受到外力作用时，应该是混凝土首先发生开裂。换句话说就是当树脂衬里材料紧密粘结在混凝土表面时如果混凝土不发生开裂，衬里也就不会发生开裂。 从以上分析我们可以看出，工程实践中所遇到的玻璃鳞片衬里的脱落和开裂，绝大多数都是由于施工过程中的质量控制出了问题，衬里与基体没有粘结牢固而造成的。 抗渗透性能 玻璃鳞片衬里由于包含有大量片状玻璃填料而具有极高的抗渗透性能，这也是它具有长使用寿命的关键所在。（南京大自然环境科技有限公司生产的玻璃鳞片胶泥水蒸气渗透系数为5.3×10-14 g/m.s.Pa。）玻璃钢（FRP）衬里之所以没有在烟囱等具有一定温度的大型构筑物上作为重防腐手段使用，就是因为高分子材料的分子间距比较大，它们的抗渗透性能也就比较差，需要足够的厚度才能满足长寿命的要求。而太大的厚度是衬里所忌讳的。树脂加短切玻纤胶泥中如果没有加入玻璃鳞片的话，本质上就是玻璃钢结构。这种衬里如果厚度上不去，使用寿命就会受到一定的影响。 耐腐蚀性和粘结性 玻璃鳞片衬里的主体原材料是乙烯基酯树脂。而乙烯基酯树脂是把防腐型的环氧树脂作为原料经过再加工而制成的。它既保留了环氧树脂的良好耐腐蚀性和粘结性又降低了粘度，改善了施工性能。在烟气脱硫环境中比任何其他材料的表现都要出色。这一点已经为国内外几十年的工程实践所证实。 由于对脆性问题的担心而导致放弃使用玻璃鳞片衬里，在选用其它方案时，却忽略了这些方案中非常重要的许多缺陷。比如砌砖方案中，粘结剂的耐腐蚀性问题、工艺控制难度问题和可维修性问题。树脂加纤维方案中的抗渗透问题和厚度问题以及为了降低树脂的脆性而在分子链中引入“杂项元素”时，却忽视了树脂耐收缩性、腐蚀性和粘结性变化以及长期工程应用后可能出现的其它的问题等等。 衬里的厚度 衬里的厚度是用户非常关心的问题，也是用户在现场能够直观的观察到和监督到的重要指标。多数用户在现场总是希望施工单位把衬里做的尽量厚一些，视乎这样才能使质量更可靠。众所周知，在相关的标准和规范中，喷涂型玻璃鳞片衬里用于烟道时的设计厚度为0.8~1.2mm。手工涂抹型玻璃鳞片衬里的设计厚度是大于1.8mm。涂抹型比喷涂型厚度大并不是因为材料性能有差异，而是由于手工涂抹的涂层均匀性要比喷涂型差。实际上是用增加总体厚度的方式来弥补可能的局部过薄。 在湿法脱硫后的烟囱工况环境下，这样的玻璃鳞片衬里层厚度也应该能够满足长寿命的要求。只是由于混凝土表面的不平整性，施工厚度一般要根据表面状况适当增加一些。 如果树脂类材料的衬里中没有添加足够量的片状玻璃填料，从介质渗透的角度考虑，这样的衬里厚度就应该大大增加才能满足长寿命的要求。但是厚度的增加又会引起内应力的增加从而导致脱落开裂的风险增大。 原材料 玻璃鳞片衬里是由乙烯基酯树脂和玻璃鳞片填料以及其它一些功能性添加剂组成的混合材料。其中对衬里性能（耐腐蚀性、粘结性）起决定作用的主要是树脂。采用质量稳定可靠的乙烯基酯树脂是衬里成功的关键。 目前市场上出现了一些价格极低的玻璃鳞片胶泥，这些材料所选用的树脂可能并不是乙烯基酯树脂。与之属于一个大类的许多不饱和树脂在外观上无法区分、物理性能（包括许多机械性能）相近，现场也没可用的检测手段对其进行区分。使用过程中在短时间（一两年）内也不会出现大的问题。 作为填料的玻璃鳞片只要厚度达到要求，就不会对衬里质量产生大的影响。但是许多用户由于不了解情况，过分强调玻璃鳞片的作用。一味要求进口鳞片，却忽视了对树脂的要求。致使一些项目花了大价钱却没有得到好的效果。进口鳞片和国产的在价格上相差将近十倍，如此高的成本并不适合国内的市场。 玻璃鳞片胶泥的“触变性”是一个胶泥产品重要的性能。这里所谓的“触变性”是指材料在受到外力作用时能够非常容易的发生形状变化，而不受到外力作用时又能够保持现有形状不容易变化的一种能力。 玻璃鳞片胶泥的“触变性”好，就意味着涂抹时非常容易形成均匀连续而且厚度容易控制的涂层，涂抹后又不会发生流挂变形。在固化剂发生作用之前保持良好的涂层状态。 玻璃鳞片胶泥的“触变性”来自高质量的触变剂，当然也会造成成本有所提高。但是触变性不好时，施工过程中的流挂现象比较严重，容易出现针孔等缺陷。表面的平整性也会很差。  南京大自然环境科技有限公司生产的玻璃鳞片胶泥所需的触变剂全部采用进口材料。生产的玻璃鳞片胶泥具有良好的触变性。 混凝土基体 老旧的混凝土烟囱设计上都有一个保温层和内部衬层。这个内部衬层的稳定性、表面状况以及牢固程度都相比混凝土差的很多。在这样的基体之上做防腐衬里施工难度很大，失效的概率极高。目前业界已经达成共识，将这一衬层和保温层拆除后直接在混凝土烟囱内壁进行防腐施工是一个比较好的选择。 在混凝土基体上进行树脂类的防腐衬里施工已经是一个比较古老的技术。比如海洋工程、大型污水池、特别是与烟囱工况相近的许多化工装置如尿素造粒塔等。玻璃鳞片衬里在这方面的应用是比较成熟的。只要严格按照施工规范操作，衬里的寿命是可以达到二十年以上的。 施工过程的质量控制 由于混凝土基体上进行的各种防腐施工无法用仪器进行质量检测，过程控制就成为保证工程质量非常重要的环节。但是高耸的结构特点又成了施工质量控制和监督检查的难点。操作工人在高空作业时很难避免偶尔的失误，从而留下质量隐患。如果衬里是一次成型，个别的施工缺陷就会造成较大的质量事故。 相比于其它的防腐方案，玻璃鳞片衬里的施工是多层分别施工，每层以不同颜色区分，层层检查、层层覆盖。这样的方式可以有效的避免施工人员在某一个操作点上的留下的个别缺陷对整个衬里层的质量影响。从这个意义上讲，玻璃鳞片衬里在减少人为因素方面具有比较特殊的优势。 1、玻璃鳞片衬里的失效是由于与基体粘结不牢而脱落进而造成开裂的，材料的脆性并不是引起失效的主要原因；2、优异的抗渗透性能使得玻璃鳞片衬里可以以比较薄的状态满足使用要求。增加衬里的厚度并不能带来使用寿命的延长；3、选用合 适的原材料比如乙烯基酯树脂和触变剂等是生产出高质量玻璃鳞片胶泥关键所在。4、只要严格控制施工过程的每一个环节，就可以在混凝土基体上获得高质量长寿命的防腐衬里。