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杂化聚合结构层技术在热电厂烟囱防腐中的应用

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：朱永刚

[导读] 摘要：国家施行脱硫脱硝后电厂烟囱面临严重的腐蚀问题，经过多种方案的调研、论证和实验，最终优选了适应于各类工况烟囱的防腐材料与技术—GDAPC杂化聚合结构层技术，并取得了良好的运用效果。

        (中国石油乌鲁木齐石化分公司热电厂新疆乌鲁木齐 830019)
        摘要：国家施行脱硫脱硝后电厂烟囱面临严重的腐蚀问题，经过多种方案的调研、论证和实验，最终优选了适应于各类工况烟囱的防腐材料与技术—GDAPC杂化聚合结构层技术，并取得了良好的运用效果。GDAPC杂化聚合物结构层是由有机—无机杂化聚合材料形成的一种高交联密度的立体网络结构防腐材料。该材料在烟囱防腐领域的成功运用，为解决烟囱严重腐蚀问题提供了一种新的工艺技术。
        关键词：GDAPC杂化聚合结构层；湿烟囱腐蚀；防腐
        1 引言
        乌石化热电厂二期烟囱为钢筋混凝土套筒式结构，烟囱主要由承重的钢筋混凝土外筒、排烟内筒、保温层组成。烟囱高度150米，顶部出口直径3.5米。为适应国家环保要求，在原机组上增设脱硫系统，同时为一次性解决烟囱严重腐蚀、渗漏问题，经过多种方案的调研、论证和实验，最终优选了适应于各类工况烟囱的防腐材料与技术—GDAPC杂化聚合结构层技术。该项目于2012年8月开工，2012年10月竣工。运行至今无任何质量问题，经专家组对防腐层取样分析，防腐效果良好。
        2 脱硫后烟气的腐蚀性
        湿法脱硫后的烟气为45℃～55℃左右的湿烟气，大量的冷凝酸液pH值约在1.0～2.5之间，使烟囱筒壁内衬长期处于强腐蚀状态。处于饱和状态的湿烟气含有硫酸、硝酸、盐酸等介质，因此在烟气压力和湿度的双重作用下，结构整体性差、耐酸性能差的内衬防腐材料很难满足烟囱内衬防腐要求。
        3 GDAPC杂化聚合结构层材料的特性
        3.1 GDAPC杂化聚合结构层材料概述
        杂化聚合材料已成功应用在航空航天、石油化工、电力等强腐蚀领域，解决了航天设备的耐热耐磨、石油钻采的强腐蚀和磨损、电力脱硫系统的酸性强腐蚀等难题。GDAPC杂化聚合材料技术（A Hybrid Polymeric Construction Technology）是在大连顾德防腐工程有限公司在消化吸收国外相关防腐技术的基础上率先研制的，主要针对混凝土和钢烟道排放脱硫后湿烟气的腐蚀问题。GDAPC杂化聚合材料技术2010年获得发明专利。该技术不仅通过了电力系统的多次专家评审，得到业内的高度评价认可，而且已成功应用于国内多家电厂的脱硫烟囱防腐中，防腐效果优异，并得到了业主单位高度评价。
        3.2 GDAPC杂化聚合结构层材料的特点和应用优势
        3.2.1耐强腐蚀
        杂化聚合结构层材料是具有高交联密度的环状立体网状结构，分子上不含有薄弱基团，只通过耐腐蚀的柔性基团相连，因此它能够长期抵抗各种浓缩酸和包括氯化物在内的废气冷凝液腐蚀，长期耐-50℃～180℃、1%～50%浓度的硫酸液或酸汽的腐蚀破坏。
        3.2.2 低吸水（酸）率和高抗渗性
        致密的杂化聚合物网络结构使杂化聚合结构层具有极低吸水（酸）率和高抗渗性，有效抵制高低温酸液的腐蚀破坏。吸水率小于0.3%，水蒸汽渗透系数小于5.0×10-14（g.cm/cm2.s.Pa）。
        3.2.3高强度和抗冲刷
        有机-无机杂化聚合结构层材料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，它可耐高温烟气冲刷，且耐磨性小于35mg（1000r）。
        3.2.4耐高温和抗温变
        杂化聚合结构层在180℃时弹性模量仍高达5.7GPa。杂化聚合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，防腐内衬材料不开裂、不脱落，所有内衬材料均保证不会受到损伤而保持正常工作。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℃反复冷热交变后仍能保持很好的结构强度和耐腐蚀性能。
        3.2.5与基体高粘结强度
        GDAPC杂化聚合结构层材料底涂对钢基体、混凝土及耐酸砌块有极强的封闭渗透作用，其分子量较低，可直接渗透入钢基体、混凝土及耐酸砌块中；固化后牢固结合为一个整体，从而防止酸液腐蚀介质的渗透破坏，粘结强度高于10MPa。
        3.2.6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材料具有很好的阻燃性能，可在短时间内离火自熄。
        3.2.7耐久性
        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杂化聚合结构材料的使用寿命高于30年，并且在使用寿命的期限内，不会出现内衬脱落、损坏等，也不会出现烟囱腐蚀损坏情况。
        3.2.8整体性
        杂化聚合结构层在钢基体、混凝土砌块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、导流板、落灰斗等部位做特殊防腐加强处理，进一步确保整体无缝。
        3.2.9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。各道施工工序都用先进的检测仪器现场检验，对工程质量能够有效监控。
        3.2.10 GDAPC杂化聚合结构层材料性能检测
        GDAPC杂化聚合结构层材料已经通过了国家玻璃钢制品质量检测中心、国家塑料制品质量检测中心、国家金属腐蚀控制技术中心、大连理工大学国家力学检测中心等国家级检测及评价结构的测试，主要性能指标如下：

        3.2.11 应用优势
        ⑴材料自主专利专权
        杂化聚合结构层及其制备和使用方法（即GDAPC杂化聚合结构层技术）和烟囱在线腐蚀监测系统——硫酸根离子检测器分别获得发明专利证书和实用新型专利证书，国内首家，同行业领先。
        ⑵自有专业的施工团队
        公司自有十只专业的施工队伍，经过公司的统一培训，有着丰富的施工经验,具有很强的专业施工能力。
        ⑶先进的机械化施工设备
        创新应用了三线四孔杂喷工艺，工艺的作业效率高、适应性强，已被中国电力建设企业协会评为行业级工法（工法名称为顾德GDAPC（AHPCT）杂化聚合结构层技术施工工法）。该工艺的创新性与实施效果为烟囱防腐施工进行了创新，为改变烟囱防腐施工工艺水平参差不齐的现状起到了良好的促进作用，成为各防腐施工企业学习的典范，同时也为行业内规范施工质量标准，完善标准化工作提供了技术支撑。
        4 GDAPC防腐施工控制
        4.1 GDAPC杂化聚合结构层材料施工方法
        GDAPC杂化聚合结构层材料施工采用高处作业吊篮进行垂直运输。吊篮设备设置限位器、倾斜自锁器、安全锁等安全装置，确保了施工运输安全。烟囱排烟内部基底处理采用压缩空气喷砂、清灰并采用工业吸尘器进行吸尘除灰。排烟筒基底采用专用耐酸胶泥修复找平。
        GDAPC杂化聚合结构层工艺分三层喷涂成型，分别为：GDAPC底涂层、GDAPC杂化结构层、GDAPC耐磨面层。GDAPC底涂层为与排烟筒过渡粘接层，具有极高的粘接能力；结构层保证整体强度与防腐性；GDAPC耐磨面层具有良好的抗冲击（刷）的特性，它可耐高温烟气冲刷；整体防腐层具有优良的烟囱防腐耐酸适应性。

        （GDAPC杂化结构层材料喷涂施工）（GDAPC杂化结构层技术涂层设计）
        4.2 GDAPC杂化聚合结构层技术施工亮点
        ⑴人孔开设之后对灰斗平台原基层质量状态进行检查分析。由于灰斗平台基面疏松破坏，将灰斗平台原基体全部进行铲除至梁板标高位置，重新浇筑混凝土进行了找坡处理。之后采用GDAPC杂化聚合结构层材料进行防腐施工。
        ⑵为避免烟气运行过程中震动烟道造成承插口位置防腐层开裂，烟道承插口位置采用刚性植筋连接方式加强，连接牢靠稳定。烟道承插口位置经检查之后，将原有钢烟道伸入烟囱一侧的钢板切割平齐，沿烟道切割位置内侧承插口混凝土内壁采用150mm宽-10mm钢板焊接“口”型钢框架一周。“口”型钢框架采用植筋的方式进行连接固定。植筋之前将待安装框架位置采用电动工具打磨平整，对于混凝土基面局部疏松部位全部进行铲除，采用耐酸专用胶泥抹平整，确保钢板与混凝土接口的良好接触。
        ⑶ 烟囱膨胀节防腐施工
        烟囱牛腿位置是烟囱防腐工程的关键环节，对于整个烟囱的整体质量具有至关重要的作用。防腐施工前铲除原有砂浆等污物，将伸缩缝内侧污物清除彻底，使用工业吸尘器清除灰尘等残留物，并计算制作圆弧型膨胀节进行防腐。通过GDAPC杂化聚合结构材料的柔韧性、较高的刚度及面层优良的耐磨性进行牛腿膨胀节部位的防腐保护。
        其具体防腐方案如下：
        ①、膨胀节内部沿圆周竖向设置25mm厚隔热板一道。隔热板内侧采用硅橡胶耐酸胶进行封堵，耐酸胶层厚度20mm，以便于对牛腿膨胀节进行二次保护。
        ②、隔热檩条宽度80mm、厚度50mm，每间隔100mm设置一道。
        ③、隔热固定完毕，在其表面铺设保冷板一道，以便于将隔热板连接为一个整体，并提高之后进行施工的防腐层内表面的平整度，之后对保冷板及套筒内壁连接处糊制纤维毡进行加强。
        ④、无碱玻璃纤维毡加强层上下边缘超出隔热板檩条上下边不小于300mm，采用3层300g/m2无碱玻璃纤维毡进行糊制。
        ⑤、防腐层外侧GDAPC杂化聚合结构材料厚度按照本区段原设计厚度进行施工。

        膨胀节保冷板安装          膨胀节施工后效果

        机组运行三年后检查膨胀节质量效果
        ⑷施工质量过程控制
        由于烟囱结构的特殊性，机组投运之后，防腐质量难以随时诊断、修复。因此本项目施工初期制定了严格的质量过程控制措施，并得到了良好的贯彻执行。
        ①按照质量验收控制标准对入场人员进行了分工序专业化培训；
        ②施工全过程指定专业技术人员旁站监督检查，每班次坚持对旁站监督过程进行总结，强化对施工人员的二次教育；
        ③班组施工采用对比奖罚制度。根据验收结论，对施工班组及时进行奖罚处理；
        ④强化每道工序的验收过程。防腐施工之前现场制作样板墙，每道工序验收过程，严格按照样板墙质量标准要求进行验收。
        ⑤施工全过程旁站监督人员随时对质量缺陷指正，将质量缺陷消除在萌芽状态。
        5 机组运行三年后质量状态
        2015年8月借助机组大修期间，组织施工单位对乌石化热电厂二期烟囱防腐质量进行了全面检查，并取样对防腐层进行了分析，防腐质量优良，无任何质量缺陷。

        （运行三年之后检查烟囱内衬防腐质量状态）
        6 结束语
        随着湿法脱硫的增设，对烟囱防腐的质量要求逐渐增大，因此防腐技术及材料的选择尤为重要。GDAPC杂化聚合结构层技术已在行业内的广泛应用，将有效的解决烟囱防腐渗漏的难题。GDAPC杂化聚合结构层材料的耐强腐蚀性、低吸水（酸）率和高抗渗性、高强度和抗冲刷、耐高温和抗温变性及其整体性，在我厂的实践运用中得到了实际的验证。同时我们必须认识到，虽然防腐技术及防腐材料对防腐质量至关重要，但良好的管理措施、优秀的施工队伍同样决定着防腐质量的成败。
        参考文献:
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        [6] 烟囱工程施工验收规范 GB50078-2008
        作者简介：朱永刚（1974-），男，中国石油乌鲁木齐石化分公司热电厂副总工程师