淺談特高溫煙道/煙囪的防腐

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，目前基本以乙烯基酯樹脂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，乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥內(nèi)襯的方案確實是最佳選擇。

      國內(nèi)做FC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。這兩者都是特高溫，瞬間高溫達200度以上，長期溫度也有接近180度，并且基材有鋼質(zhì)的，也有混泥土砼基材的，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。

      應該來講，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。下面歐陽就目前國內(nèi)防腐行業(yè)在該領(lǐng)域所提出來的方案一一分析其優(yōu)缺點，供所需人士參考。

    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。現(xiàn)在市場上已經(jīng)開始有了一些新的方案，但是幾乎沒有案例，就是有的案例也運行不到兩年：混元體方案、環(huán)硅聚合物金屬雜化方案。

    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主要有防腐的厚度，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力變化優(yōu)劣決定的。

B VER玻璃鱗片膠泥+FRP玻璃鋼的復合方案
這也是目前使用較多的一種方案，在國外，尤其是日本，已經(jīng)比較認可的特耐高溫的方案。
該方案相比純的膠泥方案的優(yōu)點在于：膠泥底下做了FRP的隔離層，在有條件下情況，甚至可以做碳纖維的玻璃鋼隔離層（1~2mm），可以很好的起到膠泥和基材層的過度作用，整體強度和耐沖擊都會大大提高，保證耐溫、耐酸、抗?jié)B的前提下，較A方案的耐溫驟變和耐應力變化會有所改善，但嚴格來說也是治標不治本，其缺點也和上文提到的一樣，如果要去做改善，其方法和原理也和上文一樣。

C VER膠泥勾縫磚板內(nèi)襯（賓高德泡沫?；u、耐酸磚、耐酸陶瓷等）
磚板內(nèi)襯的方案可以說是國內(nèi)做得也較多的方案之一，尤其是在鹽城地區(qū)的高空防腐類工程公司，他們的方案很多都是這一類。

磚板襯里，本應是在超重腐蝕環(huán)境下，對耐溫、承壓、耐磨等都有特殊要求之時，才會用到，相比較玻璃鋼內(nèi)襯防腐、膠泥內(nèi)襯防腐的成本更高。
磚板襯里的耐溫性（尤其是耐溫驟變性）、耐腐蝕、耐磨、承壓、傳熱慢這些都是它的優(yōu)點；韌性不足，抗沖擊差，勾縫材料選擇不當容易出現(xiàn)滲漏，隔離層粘結(jié)材料使用不當容易磚板脫落。

磚板襯里的主要原材料分兩塊：一是磚和板；二是粘結(jié)劑材料。

磚和板目前較常用的有：耐酸陶瓷材料（含各種尺寸規(guī)格的板和磚）、鑄石板（以綠灰?guī)r、玄武巖、工業(yè)礦渣等為原料的）、各種尺寸規(guī)格的耐酸磚、天然耐酸石材（主要是花崗巖）、熱固性樹脂浸漬石墨材料、水玻璃浸漬石墨材料。

當然在高溫煙道使用，一般都是耐酸碳磚、耐酸工業(yè)陶瓷和賓高德泡沫?；u（這個在高溫煙囪防腐中使用較多）。粘結(jié)材料這其中主要指的是膠泥，主要用于勾縫、擠縫、粘結(jié)的，有時也直接做隔離層用。主要有：水玻璃膠泥就是硅酸鹽膠泥（KPI就是目前用得較多的，鉀水玻璃性能更好）、酚醛膠泥（實際使用并不多）、呋喃膠泥（要和環(huán)氧打底配合使用）、環(huán)氧膠泥（高溫煙道用一般都是有機硅改性的環(huán)氧樹脂）、不飽和樹脂膠泥（用的不少）、特耐高溫的高交聯(lián)密度型酚醛乙烯基酯樹脂膠泥（用的最多）等。這里需要指出的是：粘結(jié)材料的選擇和最終襯里應用環(huán)境有很大關(guān)系：耐溫、耐酸、耐堿等，也和基材等其他因素有關(guān)：粘結(jié)強度、韌性、收縮余量等。除了考慮常溫下的性能外，更多要考慮磚板襯里在高溫下或者一定溫度下（使用在一定溫度或高溫下那是肯定，否則干嘛用磚板襯里這么高成本的方案），粘結(jié)材料還能否保持的非常好的強度、韌性、耐酸堿腐蝕、抗?jié)B透性能等。無論哪種膠泥，真空分散制備的膠泥一定會比現(xiàn)場隨便攪合的膠泥質(zhì)量好得多。

再談一下關(guān)于隔離層的設(shè)置。膠泥在勾縫擠縫之外，往往還會繼續(xù)做一隔離層。隔離層的選擇是很有講究的，要求傳熱快的話，多數(shù)都是采用金屬材質(zhì)來做隔離層的，成本很高；橡膠材料做隔離層也是很常見的；玻璃鋼做隔離層那就更多了，粘結(jié)性好，樹脂變化選擇余地大。 磚板襯里表面好似蓋房子砌墻一樣，實際上深究，還有很多需要注意的細節(jié)。尤其是拐角等一些非平面特殊情況的的鋪砌，尤為要注意。

D  耐酸KPI膠泥
  KPI膠泥主要成分是硅酸鉀，輔以其他的無機成份配合而成的。優(yōu)點是：耐有機溶劑，尤其是中低溫的情況下優(yōu)勢明顯、耐溫性能好（添加鈦白粉等一些粉料時，KPI膠泥的耐溫可達600度以上，但這樣高的溫度下KPI膠泥和基材粘結(jié)性能也會很差）、單價低；缺點是：較FC膠泥、玻璃鋼、磚板內(nèi)襯的機械強度和粘結(jié)性能要差不少、耐酸性能較VER膠泥差、尤其是抗?jié)B性能較FC玻璃鱗片膠泥差很多，當遇到濕的煙氣那就更麻煩了（因此KPI膠泥要是使用的話，其施工厚度必須大于10mm）。

KPI膠泥方案，在低端防腐工程中前些年使用較多，現(xiàn)在已經(jīng)越來越少了。采用KPI膠泥去做煙道防腐的，現(xiàn)在已經(jīng)很少了，因為KPI膠泥固化后主要成份是無機的，因此該方案一定程度上解決了耐溫性、耐溫驟變性這方面的問題，但是它卻不能很好解決防腐和抗?jié)B這兩個問題。

E  KPI膠泥勾縫磚板內(nèi)襯
這個方案，前些年出現(xiàn)在鹽城和北京一些高空煙道煙囪防腐方案中，這些年已經(jīng)很少用到了。和C方案相比，只是把VER膠泥切換成KPI膠泥了，盡管耐溫解決了，但是同樣是抗?jié)B和防腐解決不了。C方案的其實就是早年KPI膠泥勾縫衍生而來的。

F    OM涂料
OM涂料和乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥（FC的一種）的一些區(qū)別：
1 成分差別：OM純有機的，VER－FC為有機-無機復合的；固化后，VER－FC的熱脹冷縮比例系數(shù)（線性膨脹系數(shù)）相比純有機成分的OM涂料更接近基材（耐火磚、磚、金屬基材），這決定了以下很多方面性能；
2 與磚的粘結(jié)能力差別：VER－FC較OM好很多；
與金屬基材粘結(jié)能力：VER－FC較OM好很多；
尤其是在周期性的高溫-低溫變化之后，粘結(jié)能力的差別體現(xiàn)得更加明顯。
3 FC有效防腐厚度較OM厚不少，成本也要高不少。OM在2005前，在國內(nèi)的煙道和煙囪內(nèi)防腐用得較多，自2005年以來，尤其是西格里武漢、日本靖江王子這些企業(yè)把VER－FC技術(shù)引入中國電廠濕法脫硫之后，OM的使用就越來越少了，VER－FC的應用案例越來越多，并不是說VER－FC沒有出問題的案例，也有，但是相對來說，目前市場上甲方和工程單位更加容易接受的是VER－FC或者VER－FC深加工的方案（磚板內(nèi)襯VER－FC膠泥勾縫就是深加工的一類應用方式）。
4 耐溫和耐溫驟變，VER－FC遠優(yōu)于OM；
5 抗?jié)B性方面，VER－FC遠超OM；
6 耐磨耐沖刷方面，VER－FC遠超OM。
煙道防腐需要考慮到：1 耐酸、2 抗?jié)B、3 耐溫、4 與基材的粘結(jié)性、5 耐磨性、6 耐溫驟變和耐應力變化。OM幾乎以上哪一個都不能很好的解決，因此OM幾乎已經(jīng)退出了煙道煙囪重防腐領(lǐng)域了。
      高溫煙囪，要是FGD不運行的話，直接跑到煙囪里面去，溫度就會很高，尤其是入口溫度可能會高達200度以上（此時當然也就是干的氣體了）。這種情況下，OM更不能解決以上的幾個關(guān)鍵點問題了，尤其是金屬內(nèi)筒煙囪。

  高溫煙道和煙囪，目前市場廠使用最多的方案還是：玻璃鱗片膠泥、玻璃鱗片膠泥FRP復合、玻璃鱗片膠泥勾縫磚板內(nèi)襯這三個方案。這三個方案的最大的優(yōu)點都在于重防腐、絕對耐溫性能好、抗?jié)B性能好。如果在高低溫變化頻率不是很大，溫度驟變不厲害應力變化不厲害（超高煙囪搖擺會導致嚴重的應力集中）的場合，可以說乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥是一個較為完美的方案。但是在遇到上述特殊苛刻情況下，即使你再在玻璃鱗片膠泥中去添加什么熱塑性改性劑、有機硅添加物、金屬鱗片或者其他什么的碳纖維補強層等等，也是治標不治本，只能少許改善，這種情況下，這兩個方案也并非完美啊。
    最近國內(nèi)出現(xiàn)了兩個比較新的對應以上應力、溫度頻繁變化的超高溫濕煙氣的環(huán)境的防腐方案（可能大家已經(jīng)聽說了）：混元體防腐、雜化聚合物防腐。先談前者。這兩個方案目前在實際案例中應用時間都太短，因此只能說拿出來討論而已。


G  混元體方案
混元體：廣州佛山一廠家開創(chuàng)的叫法，應該說很貼切。關(guān)于什么是混元體結(jié)構(gòu)，到他們的網(wǎng)站上一看就知道?；煸w的原理是：     
砼基：
第一道：滲透到砼基體中去的，興魯自己稱為還原劑，叫什么，無關(guān)緊要，分析一下他們的主體材料：低分子量環(huán)氧+活性稀釋劑+T31類的環(huán)氧常溫固化劑。 環(huán)氧樹脂可能還有水性的類別，因為他們資料上宣稱能夠濕基材乃至水下施工；
第二道：補強層。環(huán)氧（為主）+有機硅耐高溫樹脂+石蠟+固化劑；
第三道：修復層。 環(huán)氧+活性稀釋劑+石英粉+T31類固化；
第四道：增韌層。環(huán)氧樹脂+聚硅氧烷助劑+脂肪族環(huán)氧固化劑+稀釋劑；
第五道：釉面層。經(jīng)過聚合的植物油（為主）的一類樹脂+固化劑+非活性稀釋劑（如苯、二甲苯、酯類、醇類）。
其中第四道可以使用纖維布增強。對這個方案關(guān)鍵點的疑問在于：
1） 滲到基材中去的應該是活性稀釋劑，而上面的是非活性的，這也是最終他只能做到1.5mm厚度以下的主要原因；上面耐腐蝕涂層采用過多活性稀釋劑，會導致最終的環(huán)氧涂層耐熱、耐腐蝕等都會下降。
2） 保證能滲到基材中去，勢必滲進去的東西分子量非常小，粘度非常小，且能夠在基材中反應，將基材更加牢固得粘合在一起。不加活性稀釋劑，是不可能做到滲透性那么好的，粘度勢必會很大，環(huán)氧樹脂采用E51或類似品的可能性更大，粘結(jié)性更好。當然也可以采用含有環(huán)氧鍵的其他有幾類化合物，分子量會更小，但是粘結(jié)性和固化操作性，并不易控制。
3） 補強層采用樹脂，添加有機硅樹脂了，耐熱可以提高。
4） 修復層添加了石英粉之類的無機物，好使膠泥中的玻璃鱗片；
5） 增韌層應該是主體防腐層（盡管他們的資料稱從滲進去的基材能就起到耐腐蝕作用，但實際上里面加了那么多的稀釋劑，主體樹脂又是環(huán)氧，耐熱和耐腐蝕是不可能做到那么優(yōu)異的）；
    混元體方案的可取之處在于：
1） 在基材和防腐層間，確實借鑒目前地面防腐工程的原理，做了滲透這一層，這種做法和目前一些做地坪的工程公司，對一些水沙比太大，混泥土基材起砂，不奴實的情況下，用一些所謂的混泥土基材修復劑去處理基材的原理是一樣的，這樣做確實基材的質(zhì)量會更佳；
2） 再去做修復層和補強層，其實原理和做地面工程的刮膩子類似，目的都是為了在防腐層和基材間建立一個具有更加過渡性的一層，增加與基材的粘合力；
3） 滲進去的東西和原來的基材混合在一起，更牢固，同時和涂層間形成一個更厚的，行程更長的過渡層，這能更加嫁接基材和涂層這兩個線性膨脹系數(shù)相差很大東西，這種過渡作用，更夠在溫度驟變和應力變化時，降低涂層和基材黏合不良的概率。
4）和目前的膠泥、磚板內(nèi)襯、玻璃鋼、OM、KPI等方案不同之處，混元體的方案，從另一個方向和側(cè)面去試圖解決最終防腐層和基材的脫落剝離問題，那就是他更加從基材處理上做文章（他們的還原層、修復層只是一種變相的基材處理，是廣義的基材處理概念）。的確在目前的高溫煙道的防腐中，施工公司很少這樣滲進去進行基材處理的，一般都是噴砂打成粗糙面罷了，相比混元體方案，確實廣義上來說，基材處理完全是兩樣的效果。
  混元體方案的問題點：
1） 環(huán)氧樹脂的使用品種，照這個方案的施工可行性來說，下面用的是當量小的，上面用的是當量大的，乃至是酚醛型環(huán)氧，乃至是高當量的多官能度的環(huán)氧。這樣做，地面保證滲透，上面保證最終固化物層的硬度，強度以及抗?jié)B性能。使用T31酚醛胺類固化劑，脂肪族固化劑進行固化，又是逐步聚合，交聯(lián)密度如何能夠得到很好的保證，最終固化物得的耐熱、強度、耐腐蝕（尤其是高溫耐強酸）并不能兼顧。加入有機硅樹脂確實可以提高耐熱，但是耐腐蝕也是做不到的。因此最終這個方案的實際動態(tài)耐腐蝕效果和耐熱效果相比較VER的玻璃鱗片膠泥肯定會有所不足。
2） 使用環(huán)氧，最終的基材粘結(jié)性能，整體耐沖擊無疑是很好的，并且在和基材中間形成了一個過渡層，確實這個方案的耐沖擊和應力應變，是該方案的最大優(yōu)點。但是上面使用纖維布去增強，里面卻有稀釋劑，這樣做，不是不可以但是要很薄，稀釋劑不揮發(fā)出來，會嚴重影響最終的耐熱耐腐蝕，揮發(fā)出來吧，也就是類似于二甲苯為溶劑的丙烯酸涂料的成膜機理一樣，會存在一個濕膜厚度和干膜厚度。溶劑是不可能能全部揮發(fā)出來的，不像自由基固化一樣，苯乙烯溶劑是可以參與交聯(lián)反應的，這里的非活性稀釋劑施工時沒有揮發(fā)出來的部分，經(jīng)過上面的釉面層封蓋之后，在日后的高溫情況下，勢必還會膨脹或者引起諸如對環(huán)氧樹脂進行溶脹效果的其他不良影響；
3） 耐磨性能，釉面層，做得很光滑，不附著在上面，當然好，但是實際最終的耐腐的效果，更多是和防腐層的硬度有關(guān)系。為什么人們在有些情況下加硅微粉，相信不是白加的，硅微粉的存在一定有他的道理。但是這里如采用非活性稀釋劑的話，加這些任何粉料、鱗片，都會大大影響稀釋劑的溢出，只能采用連續(xù)裝又有一定間隙的纖維布之類的材料了。

鋼基材的混元體
基材處理時刷的底涂可以與鐵銹去反應，形成一層隔膜層，這樣以來噴砂除銹的工作可以省很多了。其他的增韌層和釉面層和上文一樣。分析：
1） 盡管樹脂相比其他方案的韌性和耐沖擊好很多，但是無機材料和金屬材料之間的線性膨脹系數(shù)，也就是由于熱脹冷縮導致的材料的收縮比率還是相差很多啊，況且方案里面含有稀釋劑，因此僅僅靠有機物含量那么高的涂料去解決這個問題，很難。
2） 韌性做得很好，里面甚至再加些熱塑性的粉末材料，確實能夠在溫度、應力變化時，回憶性效果更好，但是是否能根本上解決問題，理論上也并不能完全說得通。
3） 采用熱固性樹脂為環(huán)氧的話，就目前常用的環(huán)氧、不飽和、乙烯基、酚醛、呋喃、雙馬、三聚氰胺、聚氨酯、有機硅樹脂、聚砜、熱塑性聚合物（大部分的通用塑料、工程塑料含氟塑料）這些材料，按照成膜機理這樣做，保證常溫的耐腐蝕是可行的，但在高溫下僅僅采用環(huán)氧樹脂還是很難保證重防腐和耐溫性兼顧的。
  混元體思路的提出，非常好，至少可以給重防腐業(yè)界的人士提出一個新的值得更加考慮的方向：那就是關(guān)于重防腐能力、耐熱能力之外，可以從廣義的基材處理方向去考慮，在重防腐、耐熱、耐溫度驟變、耐沖擊、耐應力這幾點中尋找一個最佳的平衡，那就是重防腐技術(shù)工程師，工程方面的施工人員需要更加合作，互通有無，這樣才能和諧。

綜上所述，怎么去同時解決重防腐、耐熱、耐溫度驟變、耐沖擊、耐應力這些棘手的問題，之前的OM，KPI，涂料也好，還是現(xiàn)在市場上95%使用的乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥方案也好，還是混元體也好，都是能解決其中的某幾個點，都不能很完美得全部解決。任何方案，都不可一下子完全否定掉，當然也不能完全就相信它是萬能的，因此，歐陽建議甲方業(yè)主、工程技術(shù)方、材料供應商三方應該更多溝通，坐下來針對甲方實際運行的工況，去綜合判斷選材，并且對以上不同方案相互借鑒，尤其是借鑒廣義基材處理以及把線性膨脹系數(shù)做得更接近基材的類似思路，將這些思路應用到現(xiàn)在的VER乙烯基酯樹脂玻璃鱗片膠泥方案中來，興許能達到意想不到的效果，具體可以從以下方向嘗試：
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。