浅谈特高温烟道/烟囱的防腐

烟道防腐，烟囱防腐，如果是仅仅湿热酸腐蚀的话，这个在国内已经得到很好的解决了，经历了2000至今的发展，目前基本以乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥方案为主，当然也存在KPI、砖板内衬等方案，但在中低温以及一般的高温时，玻璃鳞片胶泥的方案已经被大家所认同，尽管不一定是最完美的解决方案，但从性价比，使用寿命等各方面综合来看，乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥内衬的方案确实是最佳选择。

      国内做FC的工程公司正在越来越多得遇到一些更加棘手的问题：电厂原烟道/烟囱、锅炉原烟道/烟囱。这两者都是特高温，瞬间高温达200度以上，长期温度也有接近180度，并且基材有钢质的，也有混泥土砼基材的，在实际运行过程中，会时常出现温度时高时低，运行环境的温度骤变很厉害。

      应该来讲，目前国内做这一行的工程公司很多，材料商也很多，提出来的方案五花八门，但是真正经历了五年以上的实际环境运行的成功案例，几乎没有。下面欧阳就目前国内防腐行业在该领域所提出来的方案一一分析其优缺点，供所需人士参考。

    特高温烟道/烟囱的防腐方案，目前主流的有：乙烯基酯树脂（VER）玻璃鳞片胶泥、VER胶泥玻璃钢复合、VER胶泥勾缝砖板内衬（宾高德玻化砖、耐酸砖、耐酸陶瓷等）、耐酸KPI胶泥、KPI胶泥勾缝砖板内衬、OM涂料、钛合金哈氏合金等等合金方案。现在市场上已经开始有了一些新的方案，但是几乎没有案例，就是有的案例也运行不到两年：混元体方案、环硅聚合物金属杂化方案。

    特高温烟道/烟囱的防腐方案设计，关键考虑点：防腐、抗渗、防脱落。防腐由材料本身材质的耐酸性，尤其是高温下的耐酸性决定的；抗渗主要有防腐的厚度，有机/无机成份的固化物的致密性决定的；防脱落主要是由施工质量、基材的处理好坏、防腐材料本身的耐温骤变性能高低以及防腐涂层的耐应力变化优劣决定的。

B VER玻璃鳞片胶泥+FRP玻璃钢的复合方案
这也是目前使用较多的一种方案，在国外，尤其是日本，已经比较认可的特耐高温的方案。
该方案相比纯的胶泥方案的优点在于：胶泥底下做了FRP的隔离层，在有条件下情况，甚至可以做碳纤维的玻璃钢隔离层（1~2mm），可以很好的起到胶泥和基材层的过度作用，整体强度和耐冲击都会大大提高，保证耐温、耐酸、抗渗的前提下，较A方案的耐温骤变和耐应力变化会有所改善，但严格来说也是治标不治本，其缺点也和上文提到的一样，如果要去做改善，其方法和原理也和上文一样。

C VER胶泥勾缝砖板内衬（宾高德泡沫玻化砖、耐酸砖、耐酸陶瓷等）
砖板内衬的方案可以说是国内做得也较多的方案之一，尤其是在盐城地区的高空防腐类工程公司，他们的方案很多都是这一类。

砖板衬里，本应是在超重腐蚀环境下，对耐温、承压、耐磨等都有特殊要求之时，才会用到，相比较玻璃钢内衬防腐、胶泥内衬防腐的成本更高。
砖板衬里的耐温性（尤其是耐温骤变性）、耐腐蚀、耐磨、承压、传热慢这些都是它的优点；韧性不足，抗冲击差，勾缝材料选择不当容易出现渗漏，隔离层粘结材料使用不当容易砖板脱落。

砖板衬里的主要原材料分两块：一是砖和板；二是粘结剂材料。

砖和板目前较常用的有：耐酸陶瓷材料（含各种尺寸规格的板和砖）、铸石板（以绿灰岩、玄武岩、工业矿渣等为原料的）、各种尺寸规格的耐酸砖、天然耐酸石材（主要是花岗岩）、热固性树脂浸渍石墨材料、水玻璃浸渍石墨材料。

当然在高温烟道使用，一般都是耐酸碳砖、耐酸工业陶瓷和宾高德泡沫玻化砖（这个在高温烟囱防腐中使用较多）。粘结材料这其中主要指的是胶泥，主要用于勾缝、挤缝、粘结的，有时也直接做隔离层用。主要有：水玻璃胶泥就是硅酸盐胶泥（KPI就是目前用得较多的，钾水玻璃性能更好）、酚醛胶泥（实际使用并不多）、呋喃胶泥（要和环氧打底配合使用）、环氧胶泥（高温烟道用一般都是有机硅改性的环氧树脂）、不饱和树脂胶泥（用的不少）、特耐高温的高交联密度型酚醛乙烯基酯树脂胶泥（用的最多）等。这里需要指出的是：粘结材料的选择和最终衬里应用环境有很大关系：耐温、耐酸、耐碱等，也和基材等其他因素有关：粘结强度、韧性、收缩余量等。除了考虑常温下的性能外，更多要考虑砖板衬里在高温下或者一定温度下（使用在一定温度或高温下那是肯定，否则干嘛用砖板衬里这么高成本的方案），粘结材料还能否保持的非常好的强度、韧性、耐酸碱腐蚀、抗渗透性能等。无论哪种胶泥，真空分散制备的胶泥一定会比现场随便搅合的胶泥质量好得多。

再谈一下关于隔离层的设置。胶泥在勾缝挤缝之外，往往还会继续做一隔离层。隔离层的选择是很有讲究的，要求传热快的话，多数都是采用金属材质来做隔离层的，成本很高；橡胶材料做隔离层也是很常见的；玻璃钢做隔离层那就更多了，粘结性好，树脂变化选择余地大。 砖板衬里表面好似盖房子砌墙一样，实际上深究，还有很多需要注意的细节。尤其是拐角等一些非平面特殊情况的的铺砌，尤为要注意。

D  耐酸KPI胶泥
  KPI胶泥主要成分是硅酸钾，辅以其他的无机成份配合而成的。优点是：耐有机溶剂，尤其是中低温的情况下优势明显、耐温性能好（添加钛白粉等一些粉料时，KPI胶泥的耐温可达600度以上，但这样高的温度下KPI胶泥和基材粘结性能也会很差）、单价低；缺点是：较FC胶泥、玻璃钢、砖板内衬的机械强度和粘结性能要差不少、耐酸性能较VER胶泥差、尤其是抗渗性能较FC玻璃鳞片胶泥差很多，当遇到湿的烟气那就更麻烦了（因此KPI胶泥要是使用的话，其施工厚度必须大于10mm）。

KPI胶泥方案，在低端防腐工程中前些年使用较多，现在已经越来越少了。采用KPI胶泥去做烟道防腐的，现在已经很少了，因为KPI胶泥固化后主要成份是无机的，因此该方案一定程度上解决了耐温性、耐温骤变性这方面的问题，但是它却不能很好解决防腐和抗渗这两个问题。

E  KPI胶泥勾缝砖板内衬
这个方案，前些年出现在盐城和北京一些高空烟道烟囱防腐方案中，这些年已经很少用到了。和C方案相比，只是把VER胶泥切换成KPI胶泥了，尽管耐温解决了，但是同样是抗渗和防腐解决不了。C方案的其实就是早年KPI胶泥勾缝衍生而来的。

F    OM涂料
OM涂料和乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥（FC的一种）的一些区别：
1 成分差别：OM纯有机的，VER－FC为有机-无机复合的；固化后，VER－FC的热胀冷缩比例系数（线性膨胀系数）相比纯有机成分的OM涂料更接近基材（耐火砖、砖、金属基材），这决定了以下很多方面性能；
2 与砖的粘结能力差别：VER－FC较OM好很多；
与金属基材粘结能力：VER－FC较OM好很多；
尤其是在周期性的高温-低温变化之后，粘结能力的差别体现得更加明显。
3 FC有效防腐厚度较OM厚不少，成本也要高不少。OM在2005前，在国内的烟道和烟囱内防腐用得较多，自2005年以来，尤其是西格里武汉、日本靖江王子这些企业把VER－FC技术引入中国电厂湿法脱硫之后，OM的使用就越来越少了，VER－FC的应用案例越来越多，并不是说VER－FC没有出问题的案例，也有，但是相对来说，目前市场上甲方和工程单位更加容易接受的是VER－FC或者VER－FC深加工的方案（砖板内衬VER－FC胶泥勾缝就是深加工的一类应用方式）。
4 耐温和耐温骤变，VER－FC远优于OM；
5 抗渗性方面，VER－FC远超OM；
6 耐磨耐冲刷方面，VER－FC远超OM。
烟道防腐需要考虑到：1 耐酸、2 抗渗、3 耐温、4 与基材的粘结性、5 耐磨性、6 耐温骤变和耐应力变化。OM几乎以上哪一个都不能很好的解决，因此OM几乎已经退出了烟道烟囱重防腐领域了。
      高温烟囱，要是FGD不运行的话，直接跑到烟囱里面去，温度就会很高，尤其是入口温度可能会高达200度以上（此时当然也就是干的气体了）。这种情况下，OM更不能解决以上的几个关键点问题了，尤其是金属内筒烟囱。

  高温烟道和烟囱，目前市场厂使用最多的方案还是：玻璃鳞片胶泥、玻璃鳞片胶泥FRP复合、玻璃鳞片胶泥勾缝砖板内衬这三个方案。这三个方案的最大的优点都在于重防腐、绝对耐温性能好、抗渗性能好。如果在高低温变化频率不是很大，温度骤变不厉害应力变化不厉害（超高烟囱摇摆会导致严重的应力集中）的场合，可以说乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥是一个较为完美的方案。但是在遇到上述特殊苛刻情况下，即使你再在玻璃鳞片胶泥中去添加什么热塑性改性剂、有机硅添加物、金属鳞片或者其他什么的碳纤维补强层等等，也是治标不治本，只能少许改善，这种情况下，这两个方案也并非完美啊。
    最近国内出现了两个比较新的对应以上应力、温度频繁变化的超高温湿烟气的环境的防腐方案（可能大家已经听说了）：混元体防腐、杂化聚合物防腐。先谈前者。这两个方案目前在实际案例中应用时间都太短，因此只能说拿出来讨论而已。


G  混元体方案
混元体：广州佛山一厂家开创的叫法，应该说很贴切。关于什么是混元体结构，到他们的网站上一看就知道。混元体的原理是：     
砼基：
第一道：渗透到砼基体中去的，兴鲁自己称为还原剂，叫什么，无关紧要，分析一下他们的主体材料：低分子量环氧+活性稀释剂+T31类的环氧常温固化剂。 环氧树脂可能还有水性的类别，因为他们资料上宣称能够湿基材乃至水下施工；
第二道：补强层。环氧（为主）+有机硅耐高温树脂+石蜡+固化剂；
第三道：修复层。 环氧+活性稀释剂+石英粉+T31类固化；
第四道：增韧层。环氧树脂+聚硅氧烷助剂+脂肪族环氧固化剂+稀释剂；
第五道：釉面层。经过聚合的植物油（为主）的一类树脂+固化剂+非活性稀释剂（如苯、二甲苯、酯类、醇类）。
其中第四道可以使用纤维布增强。对这个方案关键点的疑问在于：
1） 渗到基材中去的应该是活性稀释剂，而上面的是非活性的，这也是最终他只能做到1.5mm厚度以下的主要原因；上面耐腐蚀涂层采用过多活性稀释剂，会导致最终的环氧涂层耐热、耐腐蚀等都会下降。
2） 保证能渗到基材中去，势必渗进去的东西分子量非常小，粘度非常小，且能够在基材中反应，将基材更加牢固得粘合在一起。不加活性稀释剂，是不可能做到渗透性那么好的，粘度势必会很大，环氧树脂采用E51或类似品的可能性更大，粘结性更好。当然也可以采用含有环氧键的其他有几类化合物，分子量会更小，但是粘结性和固化操作性，并不易控制。
3） 补强层采用树脂，添加有机硅树脂了，耐热可以提高。
4） 修复层添加了石英粉之类的无机物，好使胶泥中的玻璃鳞片；
5） 增韧层应该是主体防腐层（尽管他们的资料称从渗进去的基材能就起到耐腐蚀作用，但实际上里面加了那么多的稀释剂，主体树脂又是环氧，耐热和耐腐蚀是不可能做到那么优异的）；
    混元体方案的可取之处在于：
1） 在基材和防腐层间，确实借鉴目前地面防腐工程的原理，做了渗透这一层，这种做法和目前一些做地坪的工程公司，对一些水沙比太大，混泥土基材起砂，不奴实的情况下，用一些所谓的混泥土基材修复剂去处理基材的原理是一样的，这样做确实基材的质量会更佳；
2） 再去做修复层和补强层，其实原理和做地面工程的刮腻子类似，目的都是为了在防腐层和基材间建立一个具有更加过渡性的一层，增加与基材的粘合力；
3） 渗进去的东西和原来的基材混合在一起，更牢固，同时和涂层间形成一个更厚的，行程更长的过渡层，这能更加嫁接基材和涂层这两个线性膨胀系数相差很大东西，这种过渡作用，更够在温度骤变和应力变化时，降低涂层和基材黏合不良的概率。
4）和目前的胶泥、砖板内衬、玻璃钢、OM、KPI等方案不同之处，混元体的方案，从另一个方向和侧面去试图解决最终防腐层和基材的脱落剥离问题，那就是他更加从基材处理上做文章（他们的还原层、修复层只是一种变相的基材处理，是广义的基材处理概念）。的确在目前的高温烟道的防腐中，施工公司很少这样渗进去进行基材处理的，一般都是喷砂打成粗糙面罢了，相比混元体方案，确实广义上来说，基材处理完全是两样的效果。
  混元体方案的问题点：
1） 环氧树脂的使用品种，照这个方案的施工可行性来说，下面用的是当量小的，上面用的是当量大的，乃至是酚醛型环氧，乃至是高当量的多官能度的环氧。这样做，地面保证渗透，上面保证最终固化物层的硬度，强度以及抗渗性能。使用T31酚醛胺类固化剂，脂肪族固化剂进行固化，又是逐步聚合，交联密度如何能够得到很好的保证，最终固化物得的耐热、强度、耐腐蚀（尤其是高温耐强酸）并不能兼顾。加入有机硅树脂确实可以提高耐热，但是耐腐蚀也是做不到的。因此最终这个方案的实际动态耐腐蚀效果和耐热效果相比较VER的玻璃鳞片胶泥肯定会有所不足。
2） 使用环氧，最终的基材粘结性能，整体耐冲击无疑是很好的，并且在和基材中间形成了一个过渡层，确实这个方案的耐冲击和应力应变，是该方案的最大优点。但是上面使用纤维布去增强，里面却有稀释剂，这样做，不是不可以但是要很薄，稀释剂不挥发出来，会严重影响最终的耐热耐腐蚀，挥发出来吧，也就是类似于二甲苯为溶剂的丙烯酸涂料的成膜机理一样，会存在一个湿膜厚度和干膜厚度。溶剂是不可能能全部挥发出来的，不像自由基固化一样，苯乙烯溶剂是可以参与交联反应的，这里的非活性稀释剂施工时没有挥发出来的部分，经过上面的釉面层封盖之后，在日后的高温情况下，势必还会膨胀或者引起诸如对环氧树脂进行溶胀效果的其他不良影响；
3） 耐磨性能，釉面层，做得很光滑，不附着在上面，当然好，但是实际最终的耐腐的效果，更多是和防腐层的硬度有关系。为什么人们在有些情况下加硅微粉，相信不是白加的，硅微粉的存在一定有他的道理。但是这里如采用非活性稀释剂的话，加这些任何粉料、鳞片，都会大大影响稀释剂的溢出，只能采用连续装又有一定间隙的纤维布之类的材料了。

钢基材的混元体
基材处理时刷的底涂可以与铁锈去反应，形成一层隔膜层，这样以来喷砂除锈的工作可以省很多了。其他的增韧层和釉面层和上文一样。分析：
1） 尽管树脂相比其他方案的韧性和耐冲击好很多，但是无机材料和金属材料之间的线性膨胀系数，也就是由于热胀冷缩导致的材料的收缩比率还是相差很多啊，况且方案里面含有稀释剂，因此仅仅靠有机物含量那么高的涂料去解决这个问题，很难。
2） 韧性做得很好，里面甚至再加些热塑性的粉末材料，确实能够在温度、应力变化时，回忆性效果更好，但是是否能根本上解决问题，理论上也并不能完全说得通。
3） 采用热固性树脂为环氧的话，就目前常用的环氧、不饱和、乙烯基、酚醛、呋喃、双马、三聚氰胺、聚氨酯、有机硅树脂、聚砜、热塑性聚合物（大部分的通用塑料、工程塑料含氟塑料）这些材料，按照成膜机理这样做，保证常温的耐腐蚀是可行的，但在高温下仅仅采用环氧树脂还是很难保证重防腐和耐温性兼顾的。
  混元体思路的提出，非常好，至少可以给重防腐业界的人士提出一个新的值得更加考虑的方向：那就是关于重防腐能力、耐热能力之外，可以从广义的基材处理方向去考虑，在重防腐、耐热、耐温度骤变、耐冲击、耐应力这几点中寻找一个最佳的平衡，那就是重防腐技术工程师，工程方面的施工人员需要更加合作，互通有无，这样才能和谐。

综上所述，怎么去同时解决重防腐、耐热、耐温度骤变、耐冲击、耐应力这些棘手的问题，之前的OM，KPI，涂料也好，还是现在市场上95%使用的乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥方案也好，还是混元体也好，都是能解决其中的某几个点，都不能很完美得全部解决。任何方案，都不可一下子完全否定掉，当然也不能完全就相信它是万能的，因此，欧阳建议甲方业主、工程技术方、材料供应商三方应该更多沟通，坐下来针对甲方实际运行的工况，去综合判断选材，并且对以上不同方案相互借鉴，尤其是借鉴广义基材处理以及把线性膨胀系数做得更接近基材的类似思路，将这些思路应用到现在的VER乙烯基酯树脂玻璃鳞片胶泥方案中来，兴许能达到意想不到的效果，具体可以从以下方向尝试：
第一、  广义的基材处理，混泥土基材需要在底漆上做文章，在渗透剂上做文章，在广义基材处理上做文章；
第二、  把现有胶泥涂层固化后的线性膨胀系数做得更小，更加接近基材，可以在保证工艺可行性的前提下，在现有胶泥中适当添加：碳纤维、陶瓷粉、石英粉、金属鳞片等；
第三、  把现有胶泥做得收缩更小，韧性耐冲击更好，可以在保证固化工艺可行性前提下，在现有胶泥中适当添加：热塑性塑料粉末等低收缩剂；
第四、  把现有胶泥做得耐温更高，在保证耐腐蚀性能的前提下，使用高交联密度型特耐高温型乙烯基酯树脂，同时还可以考虑添加有机硅耐高温树脂或助剂，尤其是对于底漆树脂。