玻璃鳞片树脂和橡胶衬里在湿法脱硫吸收塔内的应用

　　0  概述

　　在我国，湿式石灰石-石膏法脱硫工艺已经成为火电厂烟气脱硫的主导工艺，而吸收塔是湿法脱硫装置中的核心设备,因此分析吸收塔内的腐蚀机理，选择合适的防腐蚀衬里材料对于设备能否正常运行显得尤为重要。目前所使用的吸收塔衬里材料主要有玻璃鳞片树脂、橡胶、高镍合金三种，由于高镍合金价格昂贵，国内所生产制造的设备仅在腐蚀严重的区域（例如烟气进口）处贴衬，设备的其它部位多使用玻璃鳞片树脂和橡胶衬里进行防腐，因此本文仅探讨此二者的腐蚀性能和应用情况。

 

　　1. 腐蚀机理的分析

　　1.1化学腐蚀

　　湿法脱硫工艺中化学腐蚀的基本原理是：烟气中的SO2、SO3、HF或其它有害化学成份与钢铁相遇，并发生化学反应，产生硫酸盐、亚硫酸盐或其它化合物，脱硫后烟气温度约为45°，在烟气露点温度以下，这又给脱硫装置带来了露点腐蚀问题。 

　　1.2 电化学腐蚀

　　在特殊结构处如缝隙、焊缝或表面缺陷处，由于缺氧、水解与离子扩散困难等原因的综合作用，造成局部的高酸性环境，与金属基体的其他部分之间产生电位差而形成原电池。缝隙腐蚀和Cl造成的孔蚀均属此类腐蚀。

　　1.3 冲刷磨蚀

　　吸收塔中所使用的吸收剂（石灰石浆液）中含有固体颗粒，当其由喷淋管喷嘴喷出以一定的速度流过金属表面时，会对吸收塔塔壁及其内件产生冲刷磨损；另外烟气中含有粉煤灰等固体颗粒对吸收塔也有磨损。磨损破坏了金属表面的钝化膜，使新的金属表面暴露在腐蚀环境中遭受腐蚀。

　　上述三种腐蚀并不是简单地单独存在，而是互相影响的综合作用，因此，在选择吸收塔防腐衬里材质时，主要应考虑以下几条：（1）对水蒸气、SO2、HCl、O2和其它气体的低渗透性；（2）抗酸及盐等化学腐蚀；（3）抗氧化及抗热；（4）抗冲刷磨蚀；（5）与碳钢间有良好的粘合性能。另外，根据国家的环保政策要求脱硫系统与电厂主机、主炉同步运行，因而对脱硫系统的可靠性、利用率和使用寿命要求也极高。玻璃鳞片树脂和橡胶衬里的结构特点决定了它们能够满足以上防腐要求。

 

　　2.玻璃鳞片树脂衬里

　　２.1　玻璃鳞片树脂的特点和性能

　　玻璃鳞片树脂衬里是以树脂为主要基料，以薄片状填料（10％－40%片径不等的玻璃鳞片）为骨料，添加各种功能添加剂混配成胶泥状或涂料状防腐材料，再经专用设备或人工按一定施工规程涂覆在被防护基体表面而形成的防腐蚀保护层。

　　图1是鳞片衬里的断面示意图。鳞片衬里层有不连续的片状鳞片。单层鳞片是不透性实体，在衬层中垂直于介质渗透方向的鳞片成多层有序叠压排列。

　　1.基体 2.底涂3.鳞片衬层 4.面漆层

　　图1　玻璃鳞片衬里断面结构图

　　Fig.1 Cross-section drawing of flack glass lining

　　鳞片树脂衬里最突出的性能是具有优良的抗腐蚀介质渗透性。有关试验表明：0.5mm 厚的鳞片的抗渗透性略大于2.0 mm 的玻璃钢，1.5 mm厚的鳞片衬里，就可以达到非常理想的抗渗效果。

　　鳞片防腐之所以具备很高的抗渗透性能，是由于鳞片的防腐层中扁平的鳞片在树脂中平行叠压排列，介质渗透为绕鳞片曲折狭缝扩散过程。玻璃鳞片具有这种很好的迷宫效果，如图2 所示，使渗透介质在不同鳞片层内渗透动力逐渐衰减，介质向纵深渗透趋缓。

　　图2　玻璃鳞片衬里渗透效果示意图

　　Fig.2 Permeation effect schematic of flack glass lining

　　对于烟气脱硫来说，鳞片树脂按照其使用部位与特点，可分为低温鳞片树脂、高温鳞片树脂和耐磨鳞片树脂等。低温鳞片树脂一般具有优良的耐水汽的渗透性、耐化学性、耐腐蚀性等特点，使用温度一般低于100℃，是脱硫塔内的主要衬里材料，主要应用于吸收塔的低温部分，主要包括除雾区（厚度2mm），内部结构支撑件（厚度4mm），烟气出口（4mm）。高温鳞片树脂一般具有优良的耐高温性能，其长期使用温度可以达到140℃，可应用于吸收塔入口处（厚度6mm）。耐磨鳞片树脂是特殊配方的鳞片树脂，一般添加陶瓷耐磨材料增加耐磨特性。耐磨鳞片树脂主要应用于吸收塔喷淋区（厚度4mm）和吸收塔底部及向上2米区域（厚度8mm）。

　　２.２　玻璃鳞片树脂的施工要求

　　施工作业是通过施工者用抹子，灰刀等工具按一定厚度要求涂抹到被防护表面，在经除泡，压实、压光，且使玻璃鳞片按一定方向折压排列后固化成型的。在施工过程中需要注意以下几点：

　　玻璃鳞片在涂层中加入量既不能太小，也不可太大，合适的用量可以达到最佳效果。鳞片不足则形成片与片之间的重叠排列，涂层的抗渗透性不是很好；用量过大，反而不利于鳞片之间在涂层中的排列，会造成杂乱无序的排列，增加了涂层内部的空隙，这样涂层的致密性会降低。所以鳞片的用量有一个最佳范围，应在20%～35%之间。

　　玻璃鳞片树脂防腐层必须完全封闭。

　　端面、连接面及拐角处，为防止应力集中破坏及鳞片排列不平行等缺陷，应采取玻璃布增强等补偿措施。

　　金属壳体表面积端面应光洁、平整，无焊渣及毛刺等。表面焊接应光滑平整，凸出高度不应超过1mm，如超出或粗糙时，应用砂轮机打磨至满足要求止。

　　金属壳体必须经过严格的喷砂除锈，除锈等级应满足不低于Sa2.0。

　　对玻璃鳞片树脂涂层的质量应加以严格控制。一般情况下，涂层的最终检测项目主要有：外观缺陷、硬度、针孔测试、厚度测试、锤击检查等。

 

　　3.橡胶衬里

　　丁基橡胶是橡胶的一种，它的性能主要由聚异丁烯主链及其不饱和度极低的结构所决定,由于其不饱和度仅为0.5%～3.3%(mol)约为天然橡胶的1/50，因此丁基橡胶具有一系列的优良特性：透气率低，热稳定性好，耐臭氧和耐天候老化性好，减震性能好，耐化学腐蚀和耐水气侵蚀性能好等，因此在湿法脱硫装置中应用广泛。

　　3.1　丁基橡胶的特点和性能

　　介质的渗透是引起衬里腐蚀破坏的前提因素，若介质渗透到衬里与基体之间，不仅导致基体金属的腐蚀，还会产生膨胀或溶胀力导致衬里层脱落而将基体金属完全暴露于介质中。因为气体通过聚合物的扩散速度与聚合物分子的热运动有关，而丁基橡胶分子链中侧甲基排列密集,限制了聚合物分子的这种热运动,因此透气率低，气密性好，同时丁基橡胶的水渗透率极低，仅为普通橡胶的1/10～1/15。

　　由于衬里与基体的膨胀系数有差异，产生不等的膨胀量，在界面间形成热应力，热应力引发或加剧缺陷的扩展并最终导致衬里的剥离、脱粘等破坏。丁基橡胶的结构决定了有很好的耐应力腐蚀性。丁基橡胶分子结构中缺少双键，且侧链甲基分布密度较大，因此具有良好的吸收震动和冲击能量的特性,在很宽的温度范围内丁基橡胶的回弹特性都不大于20%。

　　吸收塔内的温度最高可到160℃，对衬里的热稳定性有很高要求。丁基橡胶硫化胶具有优良的耐热稳定性，用树脂硫化的丁基橡胶长期使用温度可达130℃，因此完全能满足吸收塔内的温度要求。

　　丁基橡胶的高饱和结构，使之具有较高的化学稳定性。丁基橡胶能耐非氧化酸和中等浓度的氧化酸，并耐碱溶液和氧化还原溶液。在70%的硫酸中浸泡13周后，丁基橡胶强度和伸长率几乎没有损失，而天然橡胶和丁苯橡胶性能已严重下降。

　　丁基橡胶具有高弹性和高应变性能，故抵抗外力变形吸收固体颗粒碰撞的能力很强，从而表现出优异的耐磨性。

　　3.２　丁基橡胶的施工要求

　　根据多年的实践，吸收塔衬里只使用一种橡胶板，只是在厚度上有所区别。塔体大部分区域通常厚度为4mm，对冲刷腐蚀特别严重的区域即喷淋区和吸收塔底部及向上2米区域应设计为两层橡胶板（厚度为8mm）。多数情况下使用预硫化橡胶板，因为预硫化橡胶板和自硫化橡胶板相比具有明显的优势：具有一定的硫化度，在现场应用时已有稳定的力学性能；不必冷存，贮存方便；衬胶后即可承受各种物理、化学负荷。

　　在胶板粘结时，将有粘贴剂的橡胶板无张力平铺在碳钢基层上以避免粘贴造成的残余应力，顺次将粘贴界面的空气排净使胶板和设备表面紧密贴合，胶板接缝应烙实。施工过程中需要注意以下几点：

　　接缝和边角处应用3mm宽的小辊子用力压贴。

　　粘贴胶板时应注意环境温度和湿度等条件的影响，橡胶板和粘合剂在涂刷时的温度不低于环境温度，以免空气中的水蒸气冷凝。涂刷粘合剂时，如果空气相对湿度大于75%时会产生冷凝现象。

　　吸收塔内壁和其它需衬胶的碳钢表面必须平整光滑。具体可按HG/T 20677-1990《橡胶衬里化工设备》的相关要求进行设计。

焊缝应平整，无焊瘤和咬边。衬胶侧焊缝余高不大于2mm，焊缝与母材要呈圆滑过渡，接管不得伸出设备内表面，其角焊缝应磨成圆弧过渡。壳体纵环焊缝宜采用双面对接焊或单面焊双面成型。

　　对衬胶质量应进行检查，用目测法和锤击法检查胶层外观质量和胶层与金属的粘结情况。

 

　　4.玻璃鳞片树脂与橡胶衬里的比较

　　玻璃鳞片树脂与橡胶衬里在吸收塔内都具有良好的耐腐蚀性能，但两种材料有各自特点。

　　（1）橡胶衬里物理失效多一些，与鳞片树脂相比容易老化，这是由橡胶的本身结构所决定的。而玻璃鳞片树脂硬化时收缩小，各接触面的残余应力小、热膨胀系数也小，所以不易衰减。

　　（2）由各自的结构可知，橡胶的耐磨性要优于鳞片树脂。因此，在吸收塔底部及向上2米区域多采用双层丁基橡胶，一方面防止石膏浆液的腐蚀和磨蚀，同时在停车检修期间，可以防止受到工件、工具等人为机械力的损伤。

　　（3）与橡胶衬里相比，鳞片树脂的耐温差性能较好。涂层中由于含有许多玻璃鳞片，因此消除了涂层与基材之间的现膨胀系数的差别，玻璃鳞片树脂涂层的线膨胀为11.5×10-6/℃,与钢材相当，因此可适用于温度交变的重腐蚀环境。

　　（4）鳞片树脂具有较强的黏结强度。不仅指树脂基体与其中的玻璃鳞片之间的黏结强度较高，而且与基材之间的黏结强度高，与钢材的黏结强度≥2.0MPa。因此涂层不易产生龟裂、分层或剥离，附着力和冲击强度较好，从而保证较好的耐蚀性。

　　（5）同样腐蚀条件下，需要鳞片树脂的厚度小于橡胶衬里的厚度，碳钢内衬鳞片树脂约350元/m2，而碳钢内衬橡胶约400元/m2，因此在造价上橡胶衬里要高一些。

　　（6）鳞片树脂在施工工艺性上较好，具有当场配制和室温下固化的特点，使用过程中若出现损坏的情况，只需在该处做简单处理即可修复而不影响继续使用；而橡胶施工难度较大，需要有经验的衬胶工人，修补也比较困难。

 

　　5 结束语

　　在我国湿法脱硫吸收塔的设计中，玻璃鳞片树脂比橡胶衬里应用要多，但是具体选择哪种材料要综合考虑。由于玻璃鳞片树脂抗渗性好、施工难度小、易修补和造价适中等优点，优先选用此种材料。在浆液成分含有颗粒较多，需要耐磨性能好，同时拥有有经验的衬胶工人时，橡胶衬里也是很好的选择。