工业烟气设备的腐蚀原理及防腐蚀浅析

工业烟气设备的腐蚀原理及防腐蚀浅析
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工业烟气设备的腐蚀原理及防腐蚀浅析

工业烟气设备在运行过程中容易发生腐蚀,其主要原因包括烟气中的酸性气体、高温、湿度以及颗粒物等环境因素。以下是对这一问题的简要概述:

1.腐蚀原理:主要由化学腐蚀和电化学腐蚀引起。化学腐蚀是由于金属与烟气中含有的H2S(硫化氢)、SO2(二氧化硫)等酸性气体直接反应而造成的;电化学腐蚀则是因为设备材料存在微小的不均匀性,当水汽或其它电解质渗透时,在局部区域形成原电池,加速了腐蚀过程。此外,高温、湿度以及颗粒物的存在亦会加剧腐蚀现象。

2.防腐蚀措施:针对烟气中酸性气体引起的化学腐蚀,可以通过使用耐腐蚀材料如不锈钢、镍基合金等来制造设备;对于电化学腐蚀,则需改善金属表面状态(如采用钝化处理或进行涂层保护),减少局部电解质的形成。另外,提高系统密封性能以降低湿度和颗粒物对设备的影响也是有效方法之一。

3.总结:烟气中的有害成分是引起工业烟气设备腐蚀的主要因素,而采用合适的材料选择、表面处理技术及优化系统设计等措施可以显著提升设备的防腐蚀能力。通过上述手段的有效实施,不仅能够延长设备使用寿命,减少维修成本,还能有效保护环境,符合可持续发展的要求。

综上所述,面对复杂多变的工作环境国家大剧院钢壳体施工支撑体系的结构选型及设计,采取综合性的防腐蚀策略对于确保工业烟气处理系统的稳定运行具有重要意义。

    1)在一般情况下,经常处于200℃以上的高温烟囱,筒壁不易结露,很少形成冷凝酸,因此腐蚀比较轻,例如电厂不脱硫的烟囱等。

    2、防腐蚀材料的选择及结构形式

    烟囱受腐蚀比较严重的部位,大约在烟囱内上部1/3的范围内,在这些部位由于受室外空气的影响容易形成冷凝酸。凡设有内衬的烟囱,腐蚀介质侵入的途径,一是通过衬里分段的交接处,例如外筒支承牛腿部位;其次,是通过砖砌体的夹缝;进入到外筒与衬里之间的夹缝处的介质进而腐蚀外壁。当然,对钢筋混凝土的外壁,腐蚀并不是很迅速的,但是对于砖砌外壁,则会造成威胁。烟囱的腐蚀,主要发生在筒的内壁,但是对外部结构也有一定的腐蚀。例如腐蚀性强的烟气,在湿度大而气压低的地区,对烟囱外壁也会造成腐蚀,特别是在离烟囱出口十多米范围内,要用耐腐蚀涂料防护。钢结构的支架,全部涂优质耐腐蚀涂料。避雷针最好采用耐腐蚀材料制作,或镀耐腐蚀金属。

    对于排气腐蚀性强的烟囱,要采用耐腐蚀材料制作或在筒内衬耐腐蚀材料。根据不同工况条件,可以采用不同的防腐蚀材料以及不同的结构形式:

    1)腐蚀较严重的烟道和烟囱可根据腐蚀介质的不同和工况条件而采用硬聚氯乙烯、耐酸石材、耐酸砖、玻璃钢或不锈钢等。

    2)腐蚀较轻的烟囱,可以采用耐火砖、耐火混凝土、粘土砖衬里。

    3)腐蚀严重的烟囱,一般不宜采用砖砌外筒。在化工、冶金、造纸和锅炉烟囱腐蚀后被迫拆除的实例中,腐蚀基本都发生在外筒是砖砌体的情况下。砖烟囱(包括有衬里的在内)在受腐蚀后很难加固,而且容易因局部腐蚀而失去稳定。

    为了克服烟囱中介质的高温下腐蚀,人们一直在寻求耐高温、耐腐蚀的材料,除了不锈钢这种常见的防腐蚀材料在本文中不加以详细讨论外,在下文中结合我们多年的应用防腐蚀应用经验,就几种防腐蚀形式及应用中的注意细节加以总结:

    2.1全玻璃钢(FRP)形式:

    玻璃钢是发展较早、应用广泛的一种复合材料,具有十分显著的性能特点。与金属材料或其他无机材料相比,它重量轻、比强度高、电绝缘、耐瞬时超高温、传热慢、隔音、防水、易着色、能透过电磁波,是一种兼具功能和结构特性的新型材料,玻璃钢烟囱较其他材料制成的烟囱如不锈钢更常用。因为其相对具有以下优点:

    1)玻璃钢能提供更宽范围的耐腐蚀性能;

    2)由于玻璃钢传热慢,保温性好,在需要保温的场合,玻璃钢设备可以不需要隔热层;

    3)玻璃钢的材料成本相对要低;

    4)使用寿命更长;

    5)玻璃钢比重小,使得其更易运输,也意味着支撑他们的钢材更少。所以其综合安装费用更低。

    2.1.1防腐蚀树脂的选用

    玻璃钢作为一种新型的防腐蚀形式,其中的防腐蚀树脂的选择是相当重要的,目前,国内用的比较多的防腐蚀树脂主要有:双酚A型不饱和树脂、氯化不饱和树脂和环氧乙烯基酯树脂:

    1)、双酚A型不饱和聚酯树脂:

    目前国内有197、3301、323等牌号,具有良好的耐酸、一定的耐碱性和较好的综合机械性能和耐温性,国外1970年代作为耐蚀型UPR的代表大量使用,但由于其断裂延伸低、脆性,1980年代后逐渐被乙烯基树脂所取代。

    2)、氯化不饱和聚酯树脂:

    是以HET酸(氯氤酸)为主要原料合成的不饱和卤代的聚酯树脂,它们具有优良的耐腐蚀性能,同时又具有良好的阻燃性。特别适合用于制造耐高温、耐含氯(氟)化学介质或耐强氧化环境(包括湿氯气、盐酸蒸气)的设备,如烟囱内衬,烟道气导管,铬电镀槽,浸酸槽和氯气管线。目前我们经常利用该树脂于盐酸蒸气中,目前最高的应用实例是140℃。

    3)、环氧乙烯基酯树脂:

    是国际上80年代公认的高度耐腐蚀树脂,是由甲基丙烯酸与环氧树脂反应而成。它结合了环氧树脂的优良耐热、机械和化学性能及UPR树脂的优良工艺性能。目前乙烯基系列产品中,有常规的双酚A环氧型、酚醛环氧型、高交联型、阻燃型等产品,在一些高温场合,高交联密度乙烯基树脂得到大量成功的应用,为了给实际应用与指导,我们对高交联乙烯基树脂(898)进行了各方面耐热测试。

表2.1连续高温下的898树脂玻璃钢弯曲强度保留率

    注:表中数据表示经连续高温放置后的弯曲强度保留率,以25℃下的弯曲强度为100%。

表2.2898树脂玻璃钢的高温力学性能

    2.1.2全玻璃钢形式结构的安装

    全玻璃钢的烟道和烟囱可以采用缠绕和手糊工艺进行制造。这种形式的烟囱主要支架式和套筒式等形式。

    2.1.2.1支架式

    2.1.2.2套筒式

    套筒式结构人称筒中筒结构,是用钢筋混凝土或砖砌体为支承结构,支承一个或一个以上的排气筒。这种形式在化工、电力部门都采用过。套筒式排气筒的支承结构内设操作平台,可在内外筒之间检修。该结构有以下优点:

    1)其内胆由整体缠绕玻璃钢制作,整体性好,能有效地防止介质从接缝处的腐蚀渗透,避免一些防腐的薄弱环节引起的防腐失效,也可避免受风力等的作用和影响。

    2)玻璃钢结构的内胆和外筒是相对独立的不同材质的筒体,能有效的避免由于介质环境的温差引起不同材质的收缩性不一致,而引起的内应力破坏。

    3)由于玻璃钢结构轻质高强,起吊安装方便。施工周期短,费用少。

    2.1.3全玻璃钢形式的应用注意细节

    虽然全玻璃钢形式是目前应用较多也较成功的一种防腐蚀烟囱形式,但在实际应用中应该注意以下几点:

    1》防腐蚀树脂的选择:上文中也提到几种防腐蚀树脂,在实际应用中要根据具体腐蚀性介质及温度、是否含水等情况作一正确的选择,如HET酸树脂就比较适合应用于含氯化学介质的烟气,如盐酸蒸汽等;同时,树脂的力学性能包括高温下的力学性能也要充分考虑,因为FRP形式的烟道在高空下会受气流等形式的影响,在设计上就要求有延伸率较高、韧性更好的耐用腐蚀树脂,同时FRP在高温下的力学性能会有一定程度的下降,在设计中要充分考虑到这一点。

    2》结构树脂的选择:在烟囱的防腐蚀设计中,若采用全FRP形式,结构树脂的选择对于防腐蚀效果的好坏起了重要的作用,在国外一般全部采用同一种类型的树脂进行整体缠绕,但在国内目前考虑到成本等方面的因素,FRP的外侧会采用常规的通用树脂(如191、196、199等),但在较低温度下,如低于80℃,通用的树脂还可以适用,但较高的使用温度情况下,通用树脂的就不适用了,因为通用树脂在较高的温度下的力学强度损失较大,就会增加由于结构树脂的力学损耗造成的烟囱的力学破坏,最后导致防腐蚀失效,所以我们建议在较100℃以上的使用温度情况下,建议用乙烯基础酯树脂或双酚A树脂等进行制作结构层,或进行整体FRP制作。

    3》增强材料的选择:在防腐蚀层制作时,要充分考虑增强材料选择的重要性,一般情况下,玻纤是一种经济高性能的选择,但在如含氟、强碱等情况下,就不适合选用玻纤了,碳纤维或一些有机纤维是较好的选择。

浙江萧山某安置小区室外工程施工组织设计    2.1.4全玻璃钢形式的应用实例

    现在高性能防腐蚀树脂更多的用于制造的玻璃钢设备,被广泛由于化学,环保、冶金等行业的烟囱、烟道、洗涤设备,这些设备用于脱去气体中腐蚀成分,以免它们排入大气造成污染。下面有几个典型的应用案例:

    2)玻璃钢气体洗涤塔:在冶锌厂,玻璃钢气体洗涤塔由于脱去气体中SO2,HF和SO3,尽管,环境腐蚀很大,工作温度也很高,达到80℃,但还没有任何损伤。该塔直径有4.8米,分三部分组成,每部分高4米,侧面有个凸缘法兰,其安装总高度为11.8米。

    3)除氟:传统材料制造的设备在氟气的腐蚀下很快就会失效,为了洗去冶铝厂电解槽散发出来的氟气,选用HET酸树脂制造的洗涤塔,由于海水经过洗涤塔不停的循环,氟浓度越来越高,形成强腐蚀环境,对此,其内部富树脂有树脂层需要用合成表面毡来代替常用的C玻璃表面毡。

    4)造纸公司非常关心制造储罐、洗涤塔和与此相关的管路材料,因为这些设备所面对的介质含有二氧化氯,氯酸钠、氢氧化钠和盐酸,而且浓度和温度都是变化的,他们选中了玻璃钢材质的设备,并顺利使用了5年多。

    2.2衬里式结构

    衬里式烟囱是多数发电厂锅炉房、冶炼厂、造纸厂等采用的传统烟筒形式。衬里式烟囱投资较小,施工比较简单2012年二建市政笔记 ----小木匠亲自整理 高度重点!!,所以为大多数工业排气烟囱所采用。但是这种烟囱主要的弊病是不易检查和维修,往往等到衬里破坏,腐蚀外筒后才被发现。

    2.2.1内衬玻璃钢

    2.2.2玻璃鳞片胶泥(涂料)

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