2、片状衬里材料防腐分析
乙烯基鳞片材料（VEGF鳞片砂浆）是以乙烯基树脂为主要材料，掺入10-40%不同粒径的玻璃鳞片及其他功能填料制成的防腐材料，已在国内外大量FGD装置上成功应用，具有耐腐蚀、抗渗透、耐高温等特点。
VEGF片状材料具有以下特点：
1.耐腐蚀性能好；
2.普及率较低；
3、VEGF鳞片砂浆粘结强度高；
4、耐温差（热震）性能好，VEGF鳞片砂浆涂层的线膨胀系数为11.5×10-6/℃（与钢材的线膨胀系数相近），适合在温度交变的恶劣腐蚀环境中使用；
5、耐磨性好。涂层硬度高，且外界机械损伤造成的损伤是局部的，扩散趋势小，易于修复。
但在部分氨法脱硫案例中，部分氨法脱硫装置投产率不高，其中一个主要原因就是防腐存在问题，其原因有很多，包括结构设计、材料选择、施工质量等，为保证系统有效稳定运行，防腐材料的选择与施工是关键。
在氨法烟气脱硫系统中，应考虑三个区域的腐蚀：烟气输送系统；SO2吸收氧化系统；吸收剂储存供给系统。以上三个区域中，各区域的腐蚀各有特点，腐蚀严重程度不一，但基本可归结为以下几种腐蚀原因和形式，是多种因素综合作用的结果。下面就对以上各系统的腐蚀特点进行详细分析，探讨防腐层失效的原因：
A、亚硫酸露点腐蚀：
当装置启动或停止时，由于受环境大气湿度的影响，装置内残留的气态SO2被钢铁基体表面的凝结水吸收，生成亚硫酸，造成亚硫酸露点腐蚀。
B、防腐衬里高温热应力破坏：
这是FGD系统中常见的情况，主要原因有：一是环保脱硫装置频繁启停，使产生的热应力处于断续交变状态，加速了内衬的热应力腐蚀失效；二是鳞片状涂层为脆性材料，内衬热应力的长期存在，特别是在热应力交变期间，易导致涂层开裂、龟裂、脱落等物理腐蚀失效；三是内衬材料选择不合理，树脂耐温性能不足，在高温热应力作用下，导致涂层热应力开裂；四是内衬在施工中存在涂层厚度不均匀、界面粘结性差、固化剂分布不均匀等局部质量缺陷，易使环境热应力在内衬薄弱部位形成应力集中，导致内衬热应力破坏。鉴于以上因素的存在，在实际使用过程中，片状防腐衬里常常会出现开裂、龟裂、剥落等腐蚀失效。
C、防腐衬里高温碳化、烧蚀失效：
正常情况下，原始烟气温度为140-150℃，不足以引起耐高温鳞片衬里的高温碳化和烧损。但当锅炉的蒸汽预热器、省煤器、空气预热器等设备运行不正常时，原始烟气温度将达到160℃以上，这将导致大多数耐高温鳞片衬里材料从表面向内部慢慢碳化。此类衬里材料碳化不会严重影响衬里的完整性和耐腐蚀性能，但一旦衬里因热应力而产生裂纹，裂纹发展速度会更快，介质会沿着裂纹更快渗透，导致衬里局部剥落。
当温度超过180℃时，长期的高温会使大多数耐高温鳞片衬里从表面向内部燃烧冒烟，这种情况会造成衬里强度的丧失、厚度的减小，其腐蚀损伤是致命的。
d.衬里振动疲劳损坏：
衬里在以下情况下易发生振动疲劳损伤：一是烟道结构设计强度和刚度不足。特别是当烟道布置受到环境限制，弯头、通流截面变化较大时，高速烟气在流经烟道时会因弯头、通流截面的变化而产生较大的压力变化，形成不稳定流动，引起烟道结构振动，使在高温下本已失去强度的衬里形成疲劳腐蚀开裂，严重时会大面积剥落。
其次，在进行烟道结构强度设计时，采用细杆进行内部支撑加固，进行结构加固。当高速烟气流经烟道时，烟气冲击压力使细支撑杆发生震动变形，导致支撑杆与烟壁焊接处衬里层产生裂纹。由于烟气引起的结构震动通过衬里层传递到金属基材上，而衬里层与基材之间是靠界面底漆粘结在一起的，因此这种破坏往往发生在界面底漆粘结层处，对衬里层来说非常致命。
E.结晶腐蚀：
如果采用混凝土作为基础，容易受到硫酸铵晶体的腐蚀，当装置停机检修或发生事故时，硫酸铵容易吸收水分形成水合晶体，体积膨胀，最终破坏基础。
从以上腐蚀形式可以明显看出，为了提高片状涂层的质量和装置的可靠性，材料的性能选择和要求非常重要。作为一家拥有多年工程应用经验的专业材料制造商和服务商，我们提出以下几点供相关方参考：
A、提高涂层的抗渗性：这是鳞片材料在氨法脱硫系统中应用成功的关键。鳞片涂层作为防腐层，在正常施工条件下，其自身的抗渗性尤为重要和关键。为了保证和提高VEGF材料的抗渗性，我们要求对原材料（鳞片）进行表面处理，因为良好的表面处理会影响界面的结合性能。如果鳞片表面不进行偶联处理，腐蚀性小分子会比较容易地通过界面渗透到内衬中，直至最终到达基面。
因此，为保证鳞片衬里的最终防腐性能，在合成过程中应做好鳞片的表面处理，并采用真空搅拌工艺。另外还要注意的是，首先应选用质量可靠的吹制法鳞片作为原料；同时应调整面漆的配方，提高面漆的防渗透性能，实际施工中可采用两道面漆，以提高涂层的防渗透性能。
B、提高VEGF材料的耐温性能：如前所述，氨法FGD装置中高温段材料的耐温性能要求相当高，可能与国外成熟的FGD工艺或装置还有些差距。目前有些厂家生产的鳞片材料耐高温性能不足，在高温条件下或温度冲击下，极易造成鳞片内衬开裂、脱层。VEGF材料的耐温性能包括两个方面烟囱钢结构防腐，一是材料的耐高温性能，二是材料耐温度交变或冲击的性能。
为了提高VEGF材料的耐温性能，我们首先选择耐高温性能较好的乙烯基树脂作为基体树脂；同时为提高VEGF材料（底漆）的粘结性能，我们建议底漆材料与钢结构基础的粘结强度至少可达10MPa。
VEGF鳞片底漆应使用一些附着力较高的专用底漆，虽然也是采用乙烯基树脂作为主要原料，但是这些底漆经过特殊处理，使得在正确的施工操作下，涂层的耐温可达180℃。
在施工现场，我们推荐使用现场拉脱试验法来评估底漆材料的粘结性能。此方法方便可行，比一些实验室表征方案更实用，更符合项目的实际需要。可以使用符合ASTMD4541《便携式附着力测试仪测试涂层附着力方法（拉脱法）》的美国产“液压附着力测试仪ATE”。此仪器是一种手动、可重复使用的现场涂层附着力测试仪。适用于钢材、混凝土等不同基材，拉力范围为1至18Mpa。
C、为了满足混凝土基础的防腐需要和操作要求，我公司要求混凝土基础先进行封闭底漆操作工艺，封闭底漆经过特殊添加剂改性，并添加纳米级填料，具有极低的表面张力，从而大大提高了封闭底漆的渗透扩散性能，使该封闭底漆的渗透能力比普通底漆提高3~6倍，达到强化基质、封闭毛孔的理想效果。在较致密的耐酸砖基础上进行的试验表明：
在新制的耐酸砖上涂刷三道封闭底漆，可保证渗透距离在15mm以上。混凝土基础上涂刷封闭底漆后，形成性能改善的复合材料结构。由于同样采用乙烯基树脂作为基材，封闭底漆与上层VEGF涂层具有良好的粘结性能。只有在正确、规范施工的前提下，才认为VEGF材料是氨法脱硫装置中良好的防腐材料。目前已在国内数十套氨法脱硫装置中成功应用，未发现大规模防腐失效的反馈。
3、FRP在氨法脱硫装置中的应用
玻璃钢是发展较早、性能特点十分显著的复合材料。它与金属材料或其他无机材料相比，具有质量轻、比强度高、电绝缘、耐瞬间超高温、传热缓慢、隔音、防水、易着色、能透射电磁波等优点，是一种集功能特性与结构特性于一体的新型材料。玻璃钢具有以下性能特点：
1.耐腐蚀性能优良
玻璃钢的耐腐蚀性能主要取决于树脂。随着合成技术的不断进步，树脂的性能也在不断提高，特别是20世纪60年代乙烯基酯树脂的诞生，使玻璃钢的耐腐蚀性能、物理性能、耐热性能等得到了进一步的提高。事实上，用乙烯基酯树脂制成的玻璃钢早已在比湿法烟气脱硫系统更为恶劣的环境中成功使用。
2. 耐热性
在氨法脱硫工艺中，高温是必须考虑的问题，因为入口混合气的温度往往超过180℃，而系统中的部件要经受暂时的高温快速冷却，潜在的热损伤和产生的高腐蚀性副产物导致必须选用高镍合金C-276等昂贵的结构材料才能满足使用寿命的要求。
用乙烯基酯树脂制成的玻璃钢已成功取代湿法烟气脱硫系统烟囱内衬，该烟囱内衬因热应力和机械应力而开裂。用乙烯基酯树脂玻璃钢制成的脱硫塔可在更高的温度下使用，寿命更长，更可靠。
玻璃钢的长期使用温度取决于树脂基体的玻璃化转变温度（Tg）和热变形温度（HDT）。双酚A型环氧乙烯基酯树脂的HDT高于105℃，酚醛改性环氧乙烯基酯树脂的HDT高于145℃。上海富辰化工有限公司已开发生产了可在220℃温度下使用的脱硫洗涤器。
3.耐磨性
在腐蚀环境中，FRP的耐磨性比钢材要好。为提高FRP的耐磨性，可在树脂基体中加入适当的填料。目前，在吸收塔的内侧、排渣管、喷淋系统，包括石灰石法输送石灰浆的管道，都可采用FRP。由于在树脂中加入填料，使其具有更好的耐磨性。
4.玻璃钢的价格优势
国外研究资料表明，根据设备大小和类型不同，玻璃钢的成本约为高镍合金的1/3。直径4米的玻璃钢吸收塔的成本仅为涂敷高镍合金的吸收塔的一半。由于玻璃钢的综合性能优良，许多湿法烟气脱硫系统装置采用玻璃钢取得了良好的效果。玻璃钢在湿法烟气脱硫系统的以下几个方面得到了成功的应用：①吸收塔体，②石灰溶解槽，③集液器、除雾器，④浆液输送管道，⑤烟道，⑥烟囱。
表 4.1 列出了几个常见位置的 FRP 树脂选择指南。
表4.1 氨法烟气脱硫工艺中FRP树脂的选择
目前，在我国的实际应用经验中，烟囱和玻璃钢整体吸收塔是玻璃钢的应用重点。根据部分工程脱硫塔的工况条件，对玻璃钢塔体树脂基体材料的要求为：①能耐酸碱交变腐蚀；②在烟气入口处及距塔底8米以下处，耐温干态达到200℃，湿态达到150℃；③8米至15米处，耐温干态达到180℃，湿态达到130℃；④15米以上处，耐温干态达到130℃烟囱钢结构防腐，湿态达到100℃。
因此，8米以下脱硫塔内衬树脂可选用耐高温脱硫树脂（如FUCHEM898），8米以上脱硫塔内衬树脂可选用耐酸碱交变腐蚀乙烯基树脂（如FUCHEM854）。塔体整体结构树脂为耐热、耐候乙烯基树脂（如FUCHEM854）。玻璃钢脱硫塔纤维增强材料建议采用全无碱纤维，内表面采用聚酯毡，提高塔体耐腐蚀性能。
同时在制作过程中，宜采用现场整体缠绕工艺，整个吸收塔玻璃钢层结构示意图如下：内衬层（含内表面层、防渗层）→结构层→外保护层
图4.1 合成氨工艺中FRP结构示意图
4. 概述
无论是采用VEGF鳞片材料还是整体玻璃钢（FRP），在合成氨工艺中都有大量成功的防腐应用。包括大唐克什克腾煤制气项目（采用碳钢内衬VEGF鳞片材料）、兖矿集团整体玻璃钢脱硫装置等，就有40余个成功的应用案例。在近十余年的应用实践中发现，装置的防腐是重要的环节，只要根据具体工况选择合适的材料，并在施工过程中进行全过程控制，就能达到优异的防腐效果，从而推动国内合成氨脱硫装置成功、高效运行，为我国环境保护做出应用贡献。
