烟囱防腐材料的检测及性能评价

烟囱防腐材料的检测及性能评价第1页/共39页化学工业非金属材料和设备质量监督检验中心成立于1982年，是经国家认可委认证通过的国家级检测机构，主要从事非金属防腐材料和设备的检测。自成立以来的三十年中，为石化、化工、冶金、制药、染料、电力等行业使用的非金属设备和材料进行检测和评价，积累了大量的检测数据，培养了一批具有丰富实践经验和科学评判能力的检测技术人员。在化工生产中，非金属材料和设备主要用于防腐蚀，我中心的专业特长就是对材料耐腐蚀性能检测和评价，以保证化工生产的安全运行。第2页/共39页本人简介南京化工大学毕业后分配到天华院非金属检验中心，二十多年来，一直从事玻璃钢、塑料、陶瓷、搪玻璃、石墨材料的性能检测和材料在腐蚀、高温工况下使用的可靠性评价以及材料腐蚀失效原因分析。2000年任全国搪玻璃设备标准化技术委员会秘书长，2001年任化学工业非金属材料和设备质量监督检验中心主任。2005年任全国非金属化工设备标准化技术委员会副秘书长。第3页/共39页1、引言

随着脱硫装置的长期运行，烟囱腐蚀问题日益突出，甚至影响到了烟囱的结构安全，引起发电企业的普遍关注，特别是近几年防腐的烟囱，不少出现防腐层开裂、脱落、腐蚀等破损现象，导致烟囱冷凝液渗漏，严重危及烟囱安全，令人担忧。实现烟囱安全可靠运行是本次大会的目的！第4页/共39页引言材料的性能是决定防腐成功的关键和基础。巧妇难为无米之炊，没有好的、适用的材料，再好的施工也没有意义。不同的使用工况，对材料性能的要求不同。不同的材料，需要检测的项目也不同，针对我国火电厂脱硫烟囱的运行工况，对防腐材料提出以下性能要求和检测、评价方法，同时对烟囱防腐提出建议。第5页/共39页2、国内、外烟囱运行工况差异

国外：为单一湿烟气运行。

国内：湿烟气运行为主，干、湿烟气交替运行。

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干烟气运行时：烟气温度125℃~160℃，最高可达180℃左右，烟气中含有大量的粉尘；

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湿烟气运行时：

有GGH，烟气温度低于80℃，

没有GGH，烟气温度低于50℃，烟气温度在露点以下，含水量高，烟囱内壁有大量冷凝液，PH值为2～3，其中含有低浓度的硫酸、盐酸、硝酸、磷酸和氢氟酸等，具有较强的腐蚀性。第6页/共39页2、烟囱冷凝液浓度经我中心对国内几家电厂（其中有西南的高含硫煤使用厂）烟气冷凝液中H2SO4、HCl、HNO3、H3PO4和HF含量进行分析检测，数据如下：H2SO4:0.13～2.03%HCl:0.0026～0.031%HNO3:0.0032～0.030%H3PO4:0.0002～0.012% HF:0.000094～0.0092%第7页/共39页2、烟囱运行工况

国外烟囱≠国内烟囱

国外成功的经验只能借鉴！不能照搬！第8页/共39页3、烟囱防腐材料的性能要求针对烟囱的运行工况，对防腐材料的性能提出以下要求：优良的耐温性能优良的耐温急变性能优良的热老化性能抗拉、抗压强度优良的耐磨性能优良的耐腐蚀性能优良的附着性能优良的抗渗性第9页/共39页3、烟囱防腐材料的性能要求FGD停运时，从旁路烟道进入烟囱的干烟气温度达130～150℃，锅炉事故装态下烟气的短期温度高达230℃，这就要求防腐材料要有长期承受140℃左右温度和短期使用温度可达230℃的优良耐高温性能。

高温干烟气，对耐腐蚀金属的破坏性是很小的，但是，对胶粘剂、玻璃钢、玻璃鳞片胶泥、塑料等有机材料的破坏性非常大，目前，能长期在130～150℃下，短期可在230℃使用的有机材料很少，特别是在腐蚀环境下。3.1、优良的耐温性能。第10页/共39页3、烟囱防腐材料的性能要求3.2、优良的耐温度急变性能。

干湿烟气交替运行时，干烟气携带的大量热量，突然进入烟道，对烟囱内防腐材料会造成热冲击破坏，特别是泡沫玻璃砖和陶瓷砖，热冲击会造成泡沫砖开裂，甚至炸裂。第11页/共39页3、烟囱防腐材料的性能要求3.3、优良的热老化性能。

有机材料随着使用时间的增长会缓慢老化，温度高会加速老化速度，因此，对胶粘剂、玻璃钢、塑料等有机防腐材料，要求要有优良的耐热老化性能。采用泡沫玻璃、陶瓷砖做烟囱防腐材料，除轻质、耐腐蚀性能以外，主要是泡沫砖有优良的绝热性能，可保证底部胶粘剂长期处于较低温度状态，延缓老化。第12页/共39页3、烟囱防腐材料的性能要求3.4、抗拉、抗压强度。

高温烟气，会引起烟囱受热膨胀，特别是钢内筒烟囱，膨胀量更大，烟囱基体和防腐层膨胀系数的差异，会对防腐层造成拉或压应力的破坏，因此，要求防腐材料要有一定的抗拉、抗压强度。3.5、优良的耐磨性能。

烟气中含有大量的粉尘，随烟气高速流动，对烟囱内壁冲刷磨损很大，又由于烟囱长期连续运行，长期的磨损，要求防腐材料要有优良的耐磨性能，特别是档烟墙，烟囱自与水平烟道接口60m高度以下区域。第13页/共39页3、烟囱防腐材料的性能要求3.6、优良的耐腐蚀性能。1、酸的浓度非常低2、对非金属材料的腐蚀性是非常小的3、对于耐腐蚀合金腐蚀性很强，因为，冷凝液中含有Cl-1

和HF酸，Cl-1

会富集对耐腐蚀合金形成点腐蚀，穿孔，HF酸对合金形成点蚀和缝隙腐蚀。第14页/共39页3、烟囱防腐材料的性能要求3.7、优良的附着性能。

烟囱内壁防腐材料与烟囱基体要有优良的附着性能，特别是经过长期高温运行和多次温度高低变化后，仍能保证与基体良好的粘结强度不脱落，才能保证烟囱长期可靠运行。3.8、优良的抗渗性。

烟气正压运行时，冷凝液的渗透力增加，腐蚀性介质会渗透防护层到达烟囱基体，对基体腐蚀，造成防腐层开裂脱落，严重时危及烟囱安全。因此，防腐层应有优良的抗渗性能。第15页/共39页4、烟囱防腐材料性能检测耐蚀金属（镍基合金、钛合金、纯钛）泡沫玻璃（陶瓷）砖和胶粘剂玻璃钢（树脂和玻璃纤维的复合体）玻璃鳞片胶泥（树脂和玻璃鳞片的混合体）耐高温耐腐蚀涂料（通过改性，使原有材料的耐温性能大大提高）塑料（如聚四氟乙烯）

目前，还没有国家、或行业标准对烟囱用防腐材料的性能提出统一的技术要求和检测方法，材料性能的优劣只能采取对比的方法。目前使用较多的烟囱防腐蚀材料：第16页/共39页4、烟囱防腐材料性能检测4.1、耐蚀金属

具有优良的耐温、耐磨、抗渗和力学性能

考核其耐混合酸（H2SO4、HCl、HNO3、H3PO4和HF）和烟囱冷凝液腐蚀性能，混合酸的浓度应大于烟囱冷凝液中酸的浓度。

在塑料容器中进行试验，配置好的试验混合液在贮存和试验过程中不能接触玻璃。

烟气从湿烟气转为干烟气时，高温干烟气对烟囱内壁的冷凝液有蒸发、浓缩的过程，这个过程虽然时间很短，但对耐蚀金属影响很大，应引起重视。第17页/共39页4、烟囱防腐材料性能检测4.2、泡沫玻璃（陶瓷）砖经高温烧结而成优良的耐温性能优良的抗渗性能优良的保温性能耐温差急变，耐磨性能较差。烟囱冷凝液对泡沫砖的破坏性很小，造成泡沫砖破坏的主要原因是温差急变，烟气从湿烟气转为干烟气时，高温烟气对泡沫玻璃砖防腐层形成高温冲击，导致泡沫砖开裂。第18页/共39页泡沫玻璃砖第19页/共39页泡沫玻璃砖第20页/共39页泡沫陶瓷砖第21页/共39页泡沫陶瓷砖第22页/共39页4、烟囱防腐材料性能检测4.3、泡沫砖用胶粘剂

大部分为含硅类胶粘剂。

对其耐高温、耐老化、耐腐蚀、抗拉强度、附着性进行检测。

大部分胶粘剂耐高温、耐热老化、耐腐蚀性能较差。第23页/共39页4、烟囱防腐材料性能检测4.4、玻璃钢、玻璃鳞片胶泥树脂玻璃纤维玻璃钢树脂玻璃鳞片玻璃鳞片胶泥目前，采用玻璃钢内筒烟囱已经成为国外烟囱防腐的趋势，但国外只是用于湿烟囱。玻璃鳞片防腐层具有优良的抗渗性和耐磨性，但整体强度差，只能作为内衬层。

树脂的耐高温、耐热老化、耐腐蚀性能是材料好坏的关键。导致玻璃钢、玻璃鳞片防腐层老化、碳化开裂的主要原因是高温烟气。

要特别说明的是，树脂、有机胶粘剂、涂料等有机材料最高使用温度分空载温度和在腐蚀状态下的温度。第24页/共39页4、烟囱防腐材料性能检测4.5、耐高温耐腐蚀涂料

近几年，为了满足我国火电厂烟囱防腐的需求，国内外企业通过改性、杂化等方式研制出耐高温耐腐蚀涂料，为了提高耐腐蚀涂料的施工厚度、整体强度和耐磨性，防止开裂，加入玻璃纤维或石英粉等材料。耐腐蚀涂料应测试以下性能：耐高温耐热老化耐腐蚀耐磨抗拉强度附着性第25页/共39页主要的固化性能：ASTMD695

抗压强度>110MpaASTMD638拉伸强度>30MpaASTMD790弯曲强度>50Mpa肖氏硬度D89ASTMD150(150KHz)电容率3.0最高温度240℃ASTMD648测试热变形温度150℃耐高温耐腐涂料宣传性能第26页/共39页耐腐蚀性能：在25度时养护10天，在21度时测试。养护温度更高防化学性能更好。1---长时间浸泡2---短时间浸泡耐高温耐腐涂料宣传性能10%乙酸2丙酮120%磷酸1盐水1冰醋酸2氯化铵15%硫酸1污水15%盐酸1啤酒120%硫酸15%氢氧化铵110%盐酸1二氯甲烷2氰化钠120%氢氧化铵1浓盐酸1柴油15%氢氧化钾1甲苯25%硝酸2异丙醇120%氢氧化钾三氯乙烷15%氢氧化钠110%硝酸2煤油1白酒120%氢氧化钠15%磷酸1汽油1二甲苯1第27页/共39页在80℃，2%H2SO4、0.1%HCl、0.1%HNO3和0.1%H3PO4混合酸中浸泡168h后的试样。耐高温涂料第28页/共39页经230℃高温试验的涂料试样第29页/共39页第30页/共39页经200℃温差急变试验后的涂料试样第31页/共39页5、烟囱防腐材料性能检测方法的设计以烟囱运行工况为依据浓度、温度均要略高于实际应考核材料对混合介质的耐腐蚀性。第32页/共39页6、烟囱防腐材料性能综合评价

通过各种试验数据、试验现象对材料的耐腐蚀性能进行评价是很复杂的。试验数据不能说明一切，评价是在试验方法选择正确，试验数据保证准确的基础上，依据试验数据和试验过程和最终发现的现象，通过长期积累的丰富的专业经验和专业知识，对材料使用可靠性的综合评判。在评判时还应分清主要性能和次要性能，不能一概而论。第33页/共39页7、对烟囱防腐的几点建议7.2、给检测机构足够的检测时间

标准对试样的制作、养护和检测都有明确的规定。7.1、确保检测样品的真实性和代表性需方应派人抽样或监督抽样随机抽样覆盖全部受检物品确保取样的真实性和代表性，这对检测非常重要。第34页/共39页7、对烟囱防腐的几点建议7.3、应选择具有一定专业水平的检测机构专业的检测机构正确的检测方法大量的检测数据用户很难取舍和判断好坏检验报告及评价报告方便选择和