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大氣腐蝕環(huán)境下鋼結(jié)構(gòu)
火力發(fā)電站使用的燃料有重油和煤炭等,在運(yùn)行過程中,會(huì)釋放出大量硫化物等腐蝕性氣體,與空氣中的水汽或雨水相結(jié)合形成酸性溶液。煤灰在鋼結(jié)構(gòu)上面的沉積,會(huì)形成電解質(zhì),加速鋼結(jié)構(gòu)的電化學(xué)腐蝕。因此,火力發(fā)電站的防腐蝕問題就成為了生產(chǎn)與維護(hù)的重要內(nèi)容之一。
火電廠中,處于大氣腐蝕環(huán)境下的鋼結(jié)構(gòu)主要涉及到:
(1) 鍋爐鋼結(jié)構(gòu)
(2) 主廠房鋼結(jié)構(gòu)
(3) 輸煤系統(tǒng):卸煤機(jī)、堆取料機(jī)、吊機(jī)和輸煤棧橋
(4) 管道外壁
(5) 儲(chǔ)罐外壁
這些大氣環(huán)境下的腐蝕等級(jí),由于處于火電廠的腐蝕環(huán)境中,根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)“鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕涂料系統(tǒng)的腐蝕保護(hù)”ISO12944-2,可以確定為高等級(jí)的環(huán)境C4級(jí)別,按照長效防腐15年以上的要求,可以采用的長效防腐蝕涂料系統(tǒng)。
水性重防腐涂料系統(tǒng),近年來已經(jīng)在技術(shù)上得到了很好的發(fā)展,相應(yīng)的涂料系統(tǒng)通過了相當(dāng)苛刻的耐腐蝕試驗(yàn)測(cè)試外,也在實(shí)踐中得到了滿意的效果,因此,這里除了介紹溶劑型涂料系統(tǒng),還同時(shí)介紹了相應(yīng)的水性重防腐涂料系統(tǒng)。
溶劑型涂料系統(tǒng)的底漆可以采用環(huán)氧富鋅底漆和無機(jī)富鋅底漆兩類。相比較之下,采用環(huán)氧富鋅底漆時(shí),施工性能要更好一些;采用無機(jī)富鋅底漆時(shí),要注意干膜厚度不能超過一定的范圍(通常為150微米左右),否則會(huì)造成漆膜開裂;另外無機(jī)富鋅底漆表面呈多孔狀結(jié)構(gòu),覆涂后道中間漆時(shí),需要采用霧噴/統(tǒng)噴的技巧,否則溶易出現(xiàn)針孔氣泡;溶劑性無機(jī)富鋅底漆的固化要求較高的相對(duì)濕度,R.H.65%以上,在23℃時(shí),涂覆后道漆的時(shí)間要16個(gè)小時(shí)以上;環(huán)氧富鋅底漆依靠固化劑固化,在23℃時(shí),只要2個(gè)小時(shí)左右即可涂覆中間漆。
水性重防腐涂料系統(tǒng)除了對(duì)環(huán)保和施工人員健康有益外,在鋼結(jié)構(gòu)加工制作過程中,無須回避周邊的火工作業(yè),并且漆膜干燥相當(dāng)快,這就意味著可以加快涂覆過程,通常在一天之內(nèi)可以完成三道涂料系統(tǒng),這就為鋼結(jié)構(gòu)加工制作單位加快了制作過程,節(jié)省了大量的時(shí)間和金錢。
儲(chǔ)罐內(nèi)壁
火電廠的儲(chǔ)罐防腐蝕涂料系統(tǒng),涉及到外壁和內(nèi)壁兩部分。儲(chǔ)罐外壁的涂料系統(tǒng)可以參考大氣環(huán)境下的防腐蝕涂料系統(tǒng)。電廠的儲(chǔ)罐比較復(fù)雜,主要涉及有飲用水罐、消防水罐、消防過濾水罐、冷凝水、去離子水罐、燃油、去離子水補(bǔ)給系統(tǒng)罐等。其中冷凝水罐由不銹鋼制成。
火電廠儲(chǔ)罐沒有特別的腐蝕介質(zhì),可以采用的涂料系統(tǒng)有純環(huán)氧樹脂涂料和酚醛環(huán)氧涂料。用于飲用水罐內(nèi)壁的涂料要求達(dá)到飲用水質(zhì)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。去離子水罐的涂料不能含有任何離子,以減少水對(duì)鍋爐水冷壁以及蒸汽輪機(jī)的腐蝕。燃油儲(chǔ)罐內(nèi)壁,如果設(shè)計(jì)要求采用抗靜電涂料,則必須按要求采用相應(yīng)的抗靜電涂料系統(tǒng),無機(jī)富鋅涂料由于鋅粉為導(dǎo)電顏料,也可以作為燃油儲(chǔ)罐內(nèi)壁涂層使用。
循環(huán)水管
火電廠的循環(huán)水管也是嚴(yán)重的腐蝕部位,防腐蝕要求達(dá)到20年。除了采用高性能防腐蝕涂料外,還結(jié)合了陰極保護(hù)措施。為了節(jié)約淡水資源,在濱?;痣姀S都采用海水作為冷卻水使用。根據(jù)ISO 12944-2,循環(huán)水管外壁屬于Im3埋地腐蝕環(huán)境,內(nèi)壁屬于Im1淡水或Im2海水腐蝕環(huán)境。循環(huán)水管中的防腐蝕涂料漆膜要求在海水中有優(yōu)異的附著力,并且在長期管道通海水的情況下,漆膜保持其優(yōu)良性能不脫落。漆膜具有極強(qiáng)的耐磨性能,以便能抵抗管道回填過程中所產(chǎn)生的摩擦和刮傷,漆膜良好的柔韌性能抵御施工過程中的沖擊和碰撞,保證漆膜的完好。涂料系統(tǒng)要與陰極保護(hù)系統(tǒng)有良好的相容性。
傳統(tǒng)上管道上采用的都是環(huán)氧煤瀝青涂料,根據(jù)國內(nèi)外對(duì)于大口徑水管方面的防腐蝕經(jīng)驗(yàn),環(huán)氧煤瀝青涂料有著諸多的缺點(diǎn),比如漆膜為黑色,有著“偷光”作用,不利于施工質(zhì)量的控制和維修,更不利于日后的管道檢修作業(yè)。瀝青還有著致癌作用,在歐美國家已經(jīng)開始限制其使用。三峽水利樞紐一期工程中壓力水管采用的是環(huán)氧煤瀝青漆,在三期工程時(shí),經(jīng)過嚴(yán)格的測(cè)試論證,改用了不含瀝青的改性環(huán)氧涂料和無溶劑環(huán)氧涂料。由于無溶劑涂料的施工對(duì)于噴漆設(shè)備和施工人員都有著非常高的要求,因此高固體份改性環(huán)氧涂料是較為合適的涂料產(chǎn)品,可以用按照常規(guī)的施工方法和程序進(jìn)行施工。高固體份改性環(huán)氧涂料在國外很多大型水電站的壓力水管和火電廠的循環(huán)水管中有著成功的使用記錄。
高溫和隔熱部位
火電廠的碳鋼管道會(huì)涉及到高溫部位,需要使用耐高溫涂料進(jìn)行防護(hù)。新建火電廠的碳鋼管道可能會(huì)涉及到不同的溫度范圍,因此不同溫度范圍的管道可能會(huì)選用相應(yīng)的耐高溫涂料。
化學(xué)固化類涂料,如環(huán)氧樹脂涂料和聚氨酯涂料產(chǎn)品,最大可以耐120℃的高溫,因此,在120℃以下溫度范圍,可以采用通常的防腐蝕涂料系統(tǒng),需要注意的是丙烯酸聚氨酯面漆在100℃以上,淺色的漆膜會(huì)發(fā)黃,不過這并不影響其防腐蝕性能。
醇酸鋁粉耐熱漆以及有機(jī)硅酸改性的醇酸樹脂漆可以耐200℃的高溫。
保溫隔熱層內(nèi)的涂料系統(tǒng)必須考慮這種情況,需要注意到一旦隔熱層破損,里面就會(huì)積聚水汽,呈酸性的冷凝水是主要的腐蝕因素,采用耐熱達(dá)230℃的酚醛環(huán)氧樹脂涂料,無機(jī)硅酸鋅涂料可以耐400℃的高溫,因此,只要管道溫度在400℃以內(nèi),完全可以把無機(jī)硅酸鋅底漆作為通用的防銹底漆,這樣可以減少涂料品種的應(yīng)用,這樣除了設(shè)計(jì)方面的簡(jiǎn)便之外,更可以減輕實(shí)際加工和噴漆過程中的麻煩。因?yàn)榇罅康墓艿蓝逊旁诂F(xiàn)場(chǎng),在施工初期要很好地區(qū)分開不同介質(zhì)不同溫度范圍,是很復(fù)雜的,施工人員同時(shí)要頻繁地更換涂料品種和施工器具,實(shí)際作業(yè)比較麻煩。如果僅使用一種底漆,就可以大大簡(jiǎn)化工作程序和工作量。
根據(jù)NACE的研究,在氯化鈉溶液中(70~80℃),鋅會(huì)發(fā)生極性逆轉(zhuǎn),這種情況下采用無機(jī)富鋅底漆,反過來鋼鐵成了陽極去保護(hù)鋅粉了。并且鋅粉在酸性或堿性環(huán)境中,易于溶于溫水環(huán)境,鋅粉消耗了,也就失去了保護(hù)作用。為了避免這種情況發(fā)生,可以在無機(jī)富鋅底漆表面罩一道有機(jī)硅鋁粉漆。
在500~600℃的高溫環(huán)境下,可以使用有機(jī)硅鋁粉耐熱涂料。漆膜厚度通常只有20~30微米厚,可以涂兩道,但是不能涂的太厚,以免影響熱傳導(dǎo)性。
煙氣脫硫系統(tǒng)
火力發(fā)電廠中使用的煤含有硫,在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生二氧化硫,嚴(yán)重影響大氣環(huán)境。迫于環(huán)境保護(hù)的壓力,煙氣脫硫(Fuel Gas Desulfurization 簡(jiǎn)稱“FGD”)已經(jīng)是火電廠二氧化硫控制的主要手段。因此FGD煙氣脫硫裝置在很多電廠中成為了必不可少的配套項(xiàng)目,建設(shè)時(shí)沒有的,現(xiàn)在也開始上煙氣脫硫裝置。
火力發(fā)電廠的煙氣脫硫技術(shù)中,最主要的工藝是濕法石灰石膏法。在該工藝中,含有SO2的煙氣經(jīng)除塵后進(jìn)入換熱器降溫,再進(jìn)入吸收塔與石灰石漿液接觸脫硫后升溫排放。在整個(gè)工藝流程中煙氣脫硫裝置,由于煙氣中存在著大量SO2和其它腐蝕介質(zhì),煙氣脫硫裝置時(shí)時(shí)承受著多種化學(xué)介質(zhì)的侵蝕。而煙氣脫硫裝置系統(tǒng)龐大,維修困難。為了保證煙氣脫硫裝置的長期正常運(yùn)行,采用的防腐蝕材料有不銹鋼,高合金復(fù)合鋼板,橡膠以及玻璃鱗片襯層涂料等。
氯化丁基橡膠或溴化丁基橡膠襯里技術(shù)是煙氣脫硫系統(tǒng)防腐蝕的主要技術(shù)之一,它的突出優(yōu)點(diǎn)是與鋼鐵的結(jié)合力強(qiáng),襯層致密,抗?jié)B透性強(qiáng),而且具有一定的彈性和耐磨性。采用橡膠襯里的缺陷是襯里質(zhì)量受黏結(jié)操作的影響較大,鼓泡脫層等是常見的問題。
采用涂料進(jìn)行煙氣脫硫裝置的防腐蝕也是切實(shí)有效的方法。一般情況下,防腐蝕層的防蝕失效主要是樹脂基體受到侵蝕,基體樹脂首先產(chǎn)生失重、變色等情況,之后引起材料的鼓泡、分層、剝離或開裂等情況,最后導(dǎo)致防腐蝕層失效,尤其后者,由于滲透等因素,加速了具有腐蝕性的化學(xué)介質(zhì)滲入到防護(hù)層的內(nèi)部。因此在選擇具有良好耐腐蝕性能樹脂基體的同時(shí),應(yīng)采取有效的措施來減弱、減緩腐蝕介質(zhì)或水蒸汽的滲透作用。一般的涂料通常都不能耐高溫強(qiáng)酸的煙氣脫硫嚴(yán)酷的腐蝕環(huán)境,最好的涂料是使用耐化學(xué)性強(qiáng),又具有耐溫性能的乙烯酯玻璃鱗片涂料。乙烯酯樹脂,特別諾伏勒克乙烯酯樹脂,有著超強(qiáng)的耐化學(xué)品和耐滲透性,可長期耐180℃。