杂化聚合物结构层 防腐

                                                                                                                    杂化聚合物结构层   防腐

在当前日益紧迫的环保形势下，新建火力发电厂的燃煤机组一般都按石灰石－石膏湿法脱硫、无旁路

烟道、无烟气换热器（gasgasheater，GGH）的型式配置。脱硫后的湿饱和烟气中含有SO42－、SO32－、NO3－、Cl－等腐蚀性离子和液滴，是一种腐蚀强度高、渗透性强，且较难防范的低温高湿稀酸型强腐蚀气体，对烟囱的危害很大［1］

。因此，烟囱腐蚀的根源未能，其防腐层如果不能有效防止酸液的侵蚀和渗透（即使仅有一点发生渗漏），就难以避免严重腐蚀。［2］提出了轻质玻化陶瓷砖复合防腐方案，但该方案仅适用于单筒钢筋混凝土烟囱的改造；［3］提出了乙烯基酯玻璃鳞片防腐方案，要求施工时必须保证环境温度不低于35℃，否则难以保证防腐层的固化质量和使用寿命；［4］提出了镍基及钛合金方案适用于新建烟囱的防腐，但在已建成的钢内筒上目前还难以应用；［

5］对烟囱防腐方案进行了比较，对新建烟囱的选型优先推荐玻璃钢内管。由于已建成的烟囱钢内筒难以适用玻璃钢内筒和钛钢板内筒方案，本文以研发、应用新材料与新工艺为切入点，提出整体内衬杂化聚合结构层防腐系统，使钢内筒的防腐层具备良好的抗腐蚀性、抗渗透性、耐温变性、与钢材接近的热膨胀性能、较好的工艺适应性以及较高的粘结强度和可靠的耐高温度性能。

关键技术和创新点

                                  杂化聚合物结构层   防腐

烟囱钢内筒整体内衬杂化聚合结构层防腐系统

是由杂化聚合结构层与喷铸工艺相组合而构成的防

腐系统。该系统基于杂化聚合结构层的可靠性能，应用杂喷工艺将其整体喷铸在钢内筒上，使烟囱内壁形

成完全隔绝酸液的整体衬层，且该衬层与钢内筒牢固结合为一体。其中包含的人、机、料、法、环等环节必须达标，才能达到可靠、耐久的防腐性能。该系统的关键技术是杂化聚合结构层技术，将杂化聚合物喷铸

到钢内筒上，通过“三线四孔”制杂喷工艺，形成钢基体+底涂层+杂化聚合结构层+耐磨面层的完整内

衬层，使钢筒内壁完全处于防腐层的保护之下。该系统的创新点可表述为：

（1）杂化聚合物的网络结构是通过醚键连接的700多个交联点的环状立体网络结构。由于不含羟

基、酯基等薄弱基团［6］

，因而具有很强的抗腐蚀性和柔韧性，能长期耐40～180℃、浓度1%～50%的液或汽的腐蚀破坏，其抗腐蚀性能如图1所示。

（2）杂化聚合物纳米封孔面层具备致密的杂化交联和表面封孔结构。检测表明：杂化聚合物纳米封孔面层的吸水率为0.3%，水蒸汽的渗透系数为3.4×10－15g·cm/（cm2·s·Pa），可以有效抵制湿烟气的渗透破坏。

（3）“三线四孔”制杂喷工艺可以实现连续机械化施工，而且可实现常温固化。其量化可控的优点与便捷性降低了全部依靠人工涂刷的质量缺陷率，使防腐结构层的厚度可以很容易达到3mm以上，并且仍然保持较高的结构强度和柔韧性。研究试验与工业应用结果表明，在烟囱钢内筒上喷铸整体防腐层时，厚度以不超过3mm为宜，过厚的防腐层难以达到理想的热膨胀系数，与钢基体结合后在高温场合下的整体强度反而下降。杂化聚合物固化速率的DSC热分析过程如下：利用美国示差热分析仪（Perkin-Elmer）分析材料固化程度和玻璃化温度，加热速率分为5℃/min和10℃/min这2种，分析结果如图2所示。

由图2可知：杂化聚合物在不同升温速率下的固化转化率不同，较慢的升温速率有利于提高转化率，升温速率为5℃/min时转化率最高。当升温到60℃时，用时7min，其转化率已达到50%；当温度达到90℃时，用时13min，其转化率已达到98%，接近完全固化。这表明该杂化聚合物在常温下经过一段时间也可完全固化。工业应用与检测结果表明，该杂化聚合物在25℃下5h内即可表干固化，

24h内即可达到实干固化［6］

，现场应用中允许的最低环境温度为5℃。（4）杂化聚合物具有与钢基体较接近的热膨胀系数。由于热膨胀性能与钢材接近，且底涂层的粘接

强度高。这一特点保证了杂化聚合结构层在烟囱钢内筒上的牢固性。施工完成后，防腐层与钢内筒结合成为一体，保持与钢内筒同时膨胀而不分离。按照ASTMC633－01要求，设计工装设备，结果如图3所示。用杂化聚合物把2个25mm的钢棒从端面粘接起来，装入拉伸工装设备中，然后在日本岛津公司AG－5000A拉伸试验机上进行拉伸实验。实验测得杂化聚合物与钢材的粘接强度大于12MPa。（5）可适应故障烟温180℃时的极端工况。对

普通玻璃钢材料而言，随着温度的升高，其结构性能下降很快。聚脂玻璃钢在45～50℃以上，环氧玻璃

钢在60℃以上时，其强度就已经开始下降［7］。对耐

温性能较好的乙烯基酯不饱和聚酯玻璃钢，最高设计温度为120℃，而杂化聚合结构层的玻璃化温度为200℃，在200℃以下时，具有优异的力学性能。在

温度为180℃时，

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25%填充物的杂化聚合物的弹性模量可达5.7GPa，完全能够适应烟温异常升高的极端

工况，从而保证钢内筒的长期安全运行。

（6）杂化聚合结构层整体喷铸工艺的适应性好，能够连续施工作业，在钢内筒表面形成连续、完整、无缝的防腐内衬。施工过程中无接缝，保证了防腐层成为一个整体，最终将钢内筒完全包覆，起到良好的保护作用。

2调研与论证情况

目前，国内脱硫烟囱应用的防腐方案较多，但适

用于钢内筒防腐的既安全可靠又经济可行的方案却不多。脱硫烟囱的防腐方案可分为合金类（钛钢板、镍基合金钢板、耐钢板等）、砌块类（泡沫玻璃砖、耐酸陶瓷砖、泡沫玻化砖等）、涂料类、胶泥类、玻璃钢类、整体浇注料等