烟囱内衬防腐材料及施工技术
一、烟囱内衬的变迁及发展
八十年代以前我国各电力设计院设计的烟囱主要使用五十年代苏联援助我国时所用的图纸及技术资料，烟囱内衬普遍采用粘土砖、耐火砖加水泥砂浆砌筑，中间有十公分左右的空气隔热层，隔热层采用炉渣、珍珠岩粉、珍珠岩板等，这个时期的烟囱基本没有出现质量情况。
进入九十年代后，随着环保要求的不断提高，各电厂新上脱硫、脱硝、脱氮等，原先的老烟囱和新上的烟囱不同程度的出现了开裂、渗透，更为严重的影响烟囱的使用寿命，好多不得不报废、重建。有的新建烟囱在运行两个月内出现严重渗漏，有的烟囱在质保期内出现大面积渗漏等腐蚀严重情况，以上这些情况影响了施工方的质量信誉，为以后的工程结算留下了不利的因素，不得不投入大量的精力和资金为烟囱进行修复，给企业造成了不必要的损失。
以上原因的造成是因为烟囱的工况条件和介质发生了变化，八十年代以前的烟囱主要是烟气为干烟气，二氧化硫等腐蚀介质随着烟气排到大气中去，在烟囱内不产生结露，因此不会对烟囱内壁产生实质性的腐蚀损害，在进入八十年代以后的烟囱随着湿法脱硫工艺系统的成熟和完善，成为我国火力发电厂的主导工艺。通过不设GGH加热的湿法脱硫后的烟气温度一般在40～50℃，低于烟气露点温度。没有GGH加热的处于活化状态的硫酸，渗透能力强、腐蚀速度快，对烟囱内壁造成严重的露点腐蚀，这是对烟囱内筒腐蚀破坏的最主要原因。烟囱腐蚀将严重影响电厂生产安全，电厂必须停机检查或检修，这将影响正常生产，并耗费巨资。对电力生产企业来说，采用可靠的烟囱防腐技术是非常重要的。
二、国内外烟囱的防腐技术主要有：
1、合金钢类：钛钢板、镍基合金板、耐硫酸露点钢板等；
2、砖砌体：泡沫玻璃砖、耐酸陶瓷砖、泡沫玻化砖等；
3、涂料类：玻璃鳞片、聚脲、OM涂料、VP/RHF、萨维真、GDAPC杂化聚合等；
4、胶泥类：无机胶泥、树脂胶泥、MC等；
5、玻璃钢类：整体FRP烟囱、FRP内衬;
6、整体浇注料等。
三、常见烟囱腐蚀情况
目前烟囱防腐材料出现的问题主要有:防腐层开裂、渗漏、脱落、点蚀等；腐蚀部位大多出现在接缝、积灰平台、牛腿、高速气流区等处。
各种防腐材料的施工工艺和需要注意的问题
（一）合金钢类：钛钢板、镍基合金板、耐硫酸露点钢板等；
此类工艺主要施工特点为板材内壁选用符合烟囱工况条件的防腐材料进行防腐。焊缝、牛腿、伸缩缝要严格按照工艺要求施工，并进行逐一探伤，对不符合要求的部位进行重新返工，选用的防腐材料一定进行复检，符合要求后才能进行防腐施工。
(二)砖砌体：泡沫玻璃砖、耐酸陶瓷砖、泡沫玻化砖等；
泡沫玻化陶瓷砖与耐酸耐温粘接胶的复合方案，体系包含底漆、底胶、胶黏剂层及玻化陶瓷砖，每个部位发挥着不可替代的作用，共同组成防腐整体。能持久的再-55℃～200℃温度下正常使用；能在强酸环境下正常工作，性能衰弱较小；强度较高能抵抗微小粉尘的冲刷；能够长期可靠的防止酸液和高温老化对内衬系统的冲击，长期有效防腐、保证电力、化工行业的安全生产。
防腐系统特性：
1、可以经受短期高温冲击
2、承受强酸在较高温度下的腐蚀破坏
3、承受反复温度剧烈变化引起的破坏
4、有足够强度耐烟气冲刷
5、有足够的使用寿命
6、通过CECC认证
此类工艺在施工时要对工人进行施工工艺进行培训，做到每一个部位施工都要有专人监督，不合格的部位坚决拆除重新施工，做到三分材料七分施工。
（三）涂料类：玻璃鳞片、聚脲、OM涂料、VP/RHF、萨维真、GDAPC杂化聚合等；
1、以OM涂料的施工为例
（1）烟囱运行工况
① 烟囱脱硫正常运行温度为40～60度，烟气湿度为饱和状态，内衬筒壁上会有硫酸、亚硫酸、盐酸和硝酸等酸液结露，腐蚀性较强。
② 脱硫停止运行时，烟气由旁通门直接排入烟道和烟囱，烟气湿度不大，但烟温较高，一般为130～150度，事故状态下极端温度可达200度甚至更高，持续时间不长，不会超过30分钟。
以上这两种工况，有可能反复出现，本防腐方案就是针对这种工况设计的。
（2）施工工具的配置
选用江苏无锡产的悬挂升降型，伸缩式操作钢平台施工，它有外侧环型平台和中间小园平台两部分组成，由烟囱筒顶架设的四根钢梁用钢丝绳悬挂支撑，外侧配6台，里面配3台可控自升式电机牵引，小平台负责上料和人员上下，外侧环型平台为操作平台，四周设有数拾根伸缩式悬臂梁，与烟囱内径大小相匹配调整其伸出长度，为保证其稳定，悬臂梁外端应有斜拉绳。
当烟囱下段直径过大，超过十五米以上时，仅靠调正悬臂梁伸出长度来靠近筒壁难度很大，整个平台稳定性较差时，应选用小型多个电动吊篮进行施工，小吊篮长2.5米左右，操作范围约3.5米～4.0米，数量可根据烟囱上口内径大小和施工控制周期长短来定，一般选2～8个不等，由于在筒壁上事先固定有导向绳，平台很容易靠近筒壁，施工方便稳定可靠，质量也容易保证。
手工操作工具比较简单，通常有刷子、抹子、滚子、刮子、电动搅拌棒等，有条件时最好采用喷涂成膜，速度快、质量好。
（3）防腐处理前的准备
① 施工前由电厂、监理公司参加，施工方配合联合进 行涂料的验收，同时在现场选择合适的相似部位，共同按防腐方案程序制作样板。
② 由电厂安检部门牵头，监理公司和施工单位参加的安全检查小组，对施工机具的准备、安全设施的完善程度、消防器材的配备以及施工环境等进行检查。以上两项均获得批准后方可进行正式防腐施工。
2、以GDAPC（AHPCT )杂化聚合物施工为例
GDAPC(AHPCT)杂化聚合结构层的特点
① 耐强腐蚀：杂化聚合材料是具有高交联密度的环状立体网状结构，分子不含有薄弱基团，只通过耐腐蚀的柔性基团相连，因此能长期耐40℃～180℃、1%～50%浓度的硫酸液或酸汽的腐蚀破坏。
② 低吸水（酸）率和高抗渗性：致密的杂化聚合物网状结构使杂化聚合结构层具有极低吸水（酸）率和高抗渗性，有效抵制高温硫酸的腐蚀破坏。吸水率小于0.3%，水蒸汽渗透系数小于5×10-14g·cm/(m2·24hrs·mmHg)。
③ 高强度和抗冲击（刷）：有机-无机杂化聚合物分子链上的无机元素使杂化聚合物结构层具有高强度和抗冲击（刷）的特性，可耐高温烟气冲刷，且耐磨性小于35mg(1000r)。
④ 耐高温和抗温变：杂化聚合结构层的玻璃化温度高达200℃；180℃时弹性模量仍高达507GPa；粘结强度在10MPa以上。杂化聚合结构层材料的高韧性和高粘结强度能适应烟囱摆动和温差变化而产生的形变，完全可避免应力集中造成杂化聚合结构层的破坏现象。杂化聚合结构层经过-30℃～80℃～180℃冷热交变后仍能保持很好的结构强度和耐腐蚀性能。
⑤ 阻燃性：硅、硼等元素的本体阻燃及复合阻燃剂的协同阻燃效应使杂化聚合结构层材料具有很好的阻燃性能，可在8秒钟内离火自熄。
⑥ 耐酸持久性：杂化聚合结构层经过50℃和80℃硫酸腐蚀，及-30℃～80℃～180℃热老化后性能没有降低。根据腐蚀、热老化、半衰期数据和现场应用情况等可确保GDAPC杂化聚合结构层材料的使用寿命高于20年。
⑦ 整体性：杂化聚合结构层在钢结构、砖砌体和混凝土等基体上是一次杂喷成型，整体结构没有缝隙；并对高速烟气冲刷区、烟道与烟囱连接部、伸缩缝、积灰平台等部位做特殊防腐加强处理，进一步确保整体无缝。
⑧ 量化可控施工：可连续机械化高效率施工，且可常温固化，一次施工厚度可达2mm厚，避免了人工施工造成的质量不一致性，且维修简单易行。各道施工工序都采用先进的检测仪器现场检验，对工程质量能够有效监控。
⑨ 腐蚀报警：可对施工后GDAPC杂化聚合结构层的易腐蚀部位进行在线监测，随时对腐蚀问题监测报警。
（四）胶泥类：无机胶泥、树脂胶泥、MC等；
此类工艺在国内烟囱防腐使用中案例比较少，此工艺在使用时应谨慎选择，所选材料要进行复检，合格后方可使用，同样对工人要技术培训，达到要求后方可上岗，各个部位施工时要有专人监督。
（五）玻璃钢类：整体FRP烟囱、FRP内衬；
FRP烟囱简介
燃煤电厂烟气排放污染问题逐渐被人们所关心和重视。为满足国家环保法规，同时降低工程成本，各大发电公司普遍采用的湿法脱硫（FGD）不加装烟气加热系统（GGH）工艺。加装FGD且不上GGD，排入烟囱的烟气温度在50℃左右，湿烟气在烟囱内结雾形成冷凝酸液，对烟囱的腐蚀性大大加强。为了解决湿烟囱的防腐问题，必须寻求一种耐酸防腐、满足结构要求、同时又经济适用的烟囱型式，玻璃钢烟囱为我们提供了一种较好的选择。
玻璃钢（Fiberglass Reinforced Plastic），玻璃纤维增强塑料（FRP或GRP），是由高强度的玻璃纤维和树脂复合而出的新型复合材料，玻璃纤维提供FRP的强度和刚性，树脂提供FRP的耐化学性和韧性。玻璃钢集中了玻璃纤维和合成树脂的特性，具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、绝缘隔热、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状可设计性强等优点。成型后的玻璃钢结构层抗拉强度与普通钢材相当，但其容量仅为钢材的1/4～1/5。由整体缠绕成型工艺生产的玻璃钢排烟筒能够自承重，具备比耐硫酸露点钢更加优异耐酸防腐性能，可以取消保温层，特别适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。
为了确保复合材料有效达到耐腐蚀期限，请注意以下几个细节：
1、树脂的正确选择：根据使用环境选择适当的树脂；
2、足够的耐蚀厚度：为了确保耐腐蚀效果，应该有足够厚的耐腐蚀层；
3、固化系统的选择：根据不同介质选择适当的固化体系，如次氯酸根的存在时应用BPO系统；
4、足够的结构强度：如考虑一些动态载荷，选择韧性较好的结构树脂；在长期高温环境使用的FRP制品，应采用耐高温结构树脂或采用整体乙烯基酯树脂；
5、在含氟介质存在时，如氢氟酸等，应采用有机纤维取代玻璃纤维；
6、在遇强碱性介质时，应采用耐碱性较好的有机纤维（如丙纶、维纶等），最好为碳纤维而不应采用玻璃纤维。
（六）整体浇注料
整体浇注料工艺的选用一般在烟气为干烟气或半干烟气状态下使用，此工艺造价低廉，施工方便，工人易操作。唯一在施工时注意的是烟囱内壁一层防腐材料要选用耐酸、耐高温等性能好的材料，此材料关系到烟囱内衬的施工。
因此根据不同烟囱的工况条件和介质，选用不同的内衬防腐材料，关系到烟囱的整体使用寿命，也关系到我们广大施工企业的工程质量。
八十年代以前我国各电力设计院设计的烟囱主要使用五十年代苏联援助我国时所用的图纸及技术资料，烟囱内衬普遍采用粘土砖、耐火砖加水泥砂浆砌筑，中间有十公分左右的空气隔热层，隔热层采用炉渣、珍珠岩粉、珍珠岩板等，这个时期的烟囱基本没有出现质量情况。
进入九十年代后，随着环保要求的不断提高，各电厂新上脱硫、脱硝、脱氮等，原先的老烟囱和新上的烟囱不同程度的出现了开裂、渗透，更为严重的影响烟囱的使用寿命，好多不得不报废、重建。有的新建烟囱在运行两个月内出现严重渗漏，有的烟囱在质保期内出现大面积渗漏等腐蚀严重情况，以上这些情况影响了施工方的质量信誉，为以后的工程结算留下了不利的因素，不得不投入大量的精力和资金为烟囱进行修复，给企业造成了不必要的损失。
以上原因的造成是因为烟囱的工况条件和介质发生了变化，八十年代以前的烟囱主要是烟气为干烟气，二氧化硫等腐蚀介质随着烟气排到大气中去，在烟囱内不产生结露，因此不会对烟囱内壁产生实质性的腐蚀损害，在进入八十年代以后的烟囱随着湿法脱硫工艺系统的成熟和完善，成为我国火力发电厂的主导工艺。通过不设GGH加热的湿法脱硫后的烟气温度一般在40～50℃，低于烟气露点温度。没有GGH加热的处于活化状态的硫酸，渗透能力强、腐蚀速度快，对烟囱内壁造成严重的露点腐蚀，这是对烟囱内筒腐蚀破坏的最主要原因。烟囱腐蚀将严重影响电厂生产安全，电厂必须停机检查或检修，这将影响正常生产，并耗费巨资。对电力生产企业来说，采用可靠的烟囱防腐技术是非常重要的。
二、国内外烟囱的防腐技术主要有：
1、合金钢类：钛钢板、镍基合金板、耐硫酸露点钢板等；
2、砖砌体：泡沫玻璃砖、耐酸陶瓷砖、泡沫玻化砖等；
3、涂料类：玻璃鳞片、聚脲、OM涂料、VP/RHF、萨维真、GDAPC杂化聚合等；
4、胶泥类：无机胶泥、树脂胶泥、MC等；
5、玻璃钢类：整体FRP烟囱、FRP内衬;
6、整体浇注料等。
三、常见烟囱腐蚀情况
目前烟囱防腐材料出现的问题主要有:防腐层开裂、渗漏、脱落、点蚀等；腐蚀部位大多出现在接缝、积灰平台、牛腿、高速气流区等处。
各种防腐材料的施工工艺和需要注意的问题
（一）合金钢类：钛钢板、镍基合金板、耐硫酸露点钢板等；
此类工艺主要施工特点为板材内壁选用符合烟囱工况条件的防腐材料进行防腐。焊缝、牛腿、伸缩缝要严格按照工艺要求施工，并进行逐一探伤，对不符合要求的部位进行重新返工，选用的防腐材料一定进行复检，符合要求后才能进行防腐施工。
(二)砖砌体：泡沫玻璃砖、耐酸陶瓷砖、泡沫玻化砖等；
泡沫玻化陶瓷砖与耐酸耐温粘接胶的复合方案，体系包含底漆、底胶、胶黏剂层及玻化陶瓷砖，每个部位发挥着不可替代的作用，共同组成防腐整体。能持久的再-55℃～200℃温度下正常使用；能在强酸环境下正常工作，性能衰弱较小；强度较高能抵抗微小粉尘的冲刷；能够长期可靠的防止酸液和高温老化对内衬系统的冲击，长期有效防腐、保证电力、化工行业的安全生产。
防腐系统特性：
1、可以经受短期高温冲击
2、承受强酸在较高温度下的腐蚀破坏
3、承受反复温度剧烈变化引起的破坏
4、有足够强度耐烟气冲刷
5、有足够的使用寿命
6、通过CECC认证
此类工艺在施工时要对工人进行施工工艺进行培训，做到每一个部位施工都要有专人监督，不合格的部位坚决拆除重新施工，做到三分材料七分施工。
（三）涂料类：玻璃鳞片、聚脲、OM涂料、VP/RHF、萨维真、GDAPC杂化聚合等；
1、以OM涂料的施工为例
（1）烟囱运行工况
① 烟囱脱硫正常运行温度为40～60度，烟气湿度为饱和状态，内衬筒壁上会有硫酸、亚硫酸、盐酸和硝酸等酸液结露，腐蚀性较强。
② 脱硫停止运行时，烟气由旁通门直接排入烟道和烟囱，烟气湿度不大，但烟温较高，一般为130～150度，事故状态下极端温度可达200度甚至更高，持续时间不长，不会超过30分钟。
以上这两种工况，有可能反复出现，本防腐方案就是针对这种工况设计的。
（2）施工工具的配置
选用江苏无锡产的悬挂升降型，伸缩式操作钢平台施工，它有外侧环型平台和中间小园平台两部分组成，由烟囱筒顶架设的四根钢梁用钢丝绳悬挂支撑，外侧配6台，里面配3台可控自升式电机牵引，小平台负责上料和人员上下，外侧环型平台为操作平台，四周设有数拾根伸缩式悬臂梁，与烟囱内径大小相匹配调整其伸出长度，为保证其稳定，悬臂梁外端应有斜拉绳。
当烟囱下段直径过大，超过十五米以上时，仅靠调正悬臂梁伸出长度来靠近筒壁难度很大，整个平台稳定性较差时，应选用小型多个电动吊篮进行施工，小吊篮长2.5米左右，操作范围约3.5米～4.0米，数量可根据烟囱上口内径大小和施工控制周期长短来定，一般选2～8个不等，由于在筒壁上事先固定有导向绳，平台很容易靠近筒壁，施工方便稳定可靠，质量也容易保证。
手工操作工具比较简单，通常有刷子、抹子、滚子、刮子、电动搅拌棒等，有条件时最好采用喷涂成膜，速度快、质量好。
（3）防腐处理前的准备
① 施工前由电厂、监理公司参加，施工方配合联合进 行涂料的验收，同时在现场选择合适的相似部位，共同按防腐方案程序制作样板。
② 由电厂安检部门牵头，监理公司和施工单位参加的安全检查小组，对施工机具的准备、安全设施的完善程度、消防器材的配备以及施工环境等进行检查。以上两项均获得批准后方可进行正式防腐施工。
2、以GDAPC（AHPCT )杂化聚合物施工为例
GDAPC(AHPCT)杂化聚合结构层的特点
① 耐强腐蚀：杂化聚合材料是具有高交联密度的环状立体网状结构，分子不含有薄弱基团，只通过耐腐蚀的柔性基团相连，因此能长期耐40℃～180℃、1%～50%浓度的硫酸液或酸汽的腐蚀破坏。
② 低吸水（酸）率和高抗渗性：致密的杂化聚合物网状结构使杂化聚合结构层具有极低吸水（酸）率和高抗渗性，有效抵制高温硫酸的腐蚀破坏。吸水率小于0.3%，水蒸汽渗透系数小于5×10-14g·cm/(m2·24hrs·mmHg)。
③ 高强度和抗冲击（刷）：有机-无机杂化聚合物分子链上的无机元素使杂化聚合物结构层具有高强度和抗冲击（刷）的特性，可耐高温烟气冲刷，且耐磨性小于35mg(1000r)。
④ 耐高温和抗温变：杂化聚合结构层的玻璃化温度高达200℃；180℃时弹性模量仍高达507GPa；粘结强度在10MPa以上。杂化聚合结构层材料的高韧性和高粘结强度能适应烟囱摆动和温差变化而产生的形变，完全可避免应力集中造成杂化聚合结构层的破坏现象。杂化聚合结构层经过-30℃～80℃～180℃冷热交变后仍能保持很好的结构强度和耐腐蚀性能。
⑤ 阻燃性：硅、硼等元素的本体阻燃及复合阻燃剂的协同阻燃效应使杂化聚合结构层材料具有很好的阻燃性能，可在8秒钟内离火自熄。
⑥ 耐酸持久性：杂化聚合结构层经过50℃和80℃硫酸腐蚀，及-30℃～80℃～180℃热老化后性能没有降低。根据腐蚀、热老化、半衰期数据和现场应用情况等可确保GDAPC杂化聚合结构层材料的使用寿命高于20年。
⑦ 整体性：杂化聚合结构层在钢结构、砖砌体和混凝土等基体上是一次杂喷成型，整体结构没有缝隙；并对高速烟气冲刷区、烟道与烟囱连接部、伸缩缝、积灰平台等部位做特殊防腐加强处理，进一步确保整体无缝。
⑧ 量化可控施工：可连续机械化高效率施工，且可常温固化，一次施工厚度可达2mm厚，避免了人工施工造成的质量不一致性，且维修简单易行。各道施工工序都采用先进的检测仪器现场检验，对工程质量能够有效监控。
⑨ 腐蚀报警：可对施工后GDAPC杂化聚合结构层的易腐蚀部位进行在线监测，随时对腐蚀问题监测报警。
（四）胶泥类：无机胶泥、树脂胶泥、MC等；
此类工艺在国内烟囱防腐使用中案例比较少，此工艺在使用时应谨慎选择，所选材料要进行复检，合格后方可使用，同样对工人要技术培训，达到要求后方可上岗，各个部位施工时要有专人监督。
（五）玻璃钢类：整体FRP烟囱、FRP内衬；
FRP烟囱简介
燃煤电厂烟气排放污染问题逐渐被人们所关心和重视。为满足国家环保法规，同时降低工程成本，各大发电公司普遍采用的湿法脱硫（FGD）不加装烟气加热系统（GGH）工艺。加装FGD且不上GGD，排入烟囱的烟气温度在50℃左右，湿烟气在烟囱内结雾形成冷凝酸液，对烟囱的腐蚀性大大加强。为了解决湿烟囱的防腐问题，必须寻求一种耐酸防腐、满足结构要求、同时又经济适用的烟囱型式，玻璃钢烟囱为我们提供了一种较好的选择。
玻璃钢（Fiberglass Reinforced Plastic），玻璃纤维增强塑料（FRP或GRP），是由高强度的玻璃纤维和树脂复合而出的新型复合材料，玻璃纤维提供FRP的强度和刚性，树脂提供FRP的耐化学性和韧性。玻璃钢集中了玻璃纤维和合成树脂的特性，具有质量轻、强度高、耐化学腐蚀、绝缘隔热、耐瞬时高温烧蚀、强度和形状可设计性强等优点。成型后的玻璃钢结构层抗拉强度与普通钢材相当，但其容量仅为钢材的1/4～1/5。由整体缠绕成型工艺生产的玻璃钢排烟筒能够自承重，具备比耐硫酸露点钢更加优异耐酸防腐性能，可以取消保温层，特别适合燃煤电厂脱硫不加GGH的湿烟囱运行条件。
为了确保复合材料有效达到耐腐蚀期限，请注意以下几个细节：
1、树脂的正确选择：根据使用环境选择适当的树脂；
2、足够的耐蚀厚度：为了确保耐腐蚀效果，应该有足够厚的耐腐蚀层；
3、固化系统的选择：根据不同介质选择适当的固化体系，如次氯酸根的存在时应用BPO系统；
4、足够的结构强度：如考虑一些动态载荷，选择韧性较好的结构树脂；在长期高温环境使用的FRP制品，应采用耐高温结构树脂或采用整体乙烯基酯树脂；
5、在含氟介质存在时，如氢氟酸等，应采用有机纤维取代玻璃纤维；
6、在遇强碱性介质时，应采用耐碱性较好的有机纤维（如丙纶、维纶等），最好为碳纤维而不应采用玻璃纤维。
（六）整体浇注料
整体浇注料工艺的选用一般在烟气为干烟气或半干烟气状态下使用，此工艺造价低廉，施工方便，工人易操作。唯一在施工时注意的是烟囱内壁一层防腐材料要选用耐酸、耐高温等性能好的材料，此材料关系到烟囱内衬的施工。
因此根据不同烟囱的工况条件和介质，选用不同的内衬防腐材料，关系到烟囱的整体使用寿命，也关系到我们广大施工企业的工程质量。
------山东齐王耐火材料有限公司 尚贞民
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