一、前言

由于國內(nèi)有關(guān)脫硫煙囪防腐蝕設(shè)計(jì)施工等規(guī)范的編制滯后，使得目前電廠脫硫煙囪的防腐蝕內(nèi)襯形式多樣，但因各種煙囪工藝條件及技術(shù)觀點(diǎn)的不同，眾多功能不一的防腐蝕材料正被選用后處于使用和實(shí)踐過程中，其中也包括以水玻璃類為基礎(chǔ)的耐酸膠泥。究竟哪些材料適宜用于煙囪的內(nèi)襯防腐蝕材料，還需要有一個較長時間使用考驗(yàn)后才能判定。筆者與國內(nèi)許多電廠就煙囪防腐蝕內(nèi)襯形式有過技術(shù)上的交流與溝通，從中得到了大量的應(yīng)用反饋，其中于2008年6月應(yīng)邀到江蘇南通某熱電廠2×115MW機(jī)組共用的脫硫煙囪進(jìn)行了實(shí)地考察。本文將結(jié)合近期業(yè)主方的使用反饋意見和現(xiàn)場情況,探討耐酸膠泥在煙囪中使用的技術(shù)可行性。

二、案例說明

南通某電廠的脫硫煙囪防腐蝕內(nèi)襯是在2006年做的耐酸膠泥（也稱輕質(zhì)耐酸澆注料），在此后不到一年的運(yùn)行時間里，業(yè)主發(fā)現(xiàn)煙囪外壁會滲出大片液體，同時會殘留大量的白色結(jié)晶物（如圖1）。

圖1：煙囪外壁滲出液體

煙囪是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),高120米,頂部直徑3.3米，底部11.3米.筒壁內(nèi)襯采用山東一城市材料廠生產(chǎn)的某不定型耐火材料廠生產(chǎn)的耐酸膠泥，該耐酸膠泥以輕質(zhì)骨料、粉料、粘合劑和添加劑組成，粘合劑主要成分為水玻璃。該耐酸膠泥亦作為煙囪隔熱材料使用，煙囪不另設(shè)隔熱層。輕質(zhì)骨料結(jié)構(gòu)孔隙率大，表面粗糙，粒徑約5mm，骨料和粉料吸水率和吸濕性大，按配合比攪拌后流動性差。對運(yùn)輸和倉儲要求比較高，生產(chǎn)廠家出廠時已把骨料和粉料配成混合料并用編織袋包裝好運(yùn)到現(xiàn)場，臨時存放在排水措施良好、防雨防潮干燥的倉庫。

該材料具有體積密度小、凝固快、使用溫度高，抗壓強(qiáng)度隨著溫度和酸度的提高而提高，導(dǎo)熱系數(shù)小、線膨脹系數(shù)小等特點(diǎn)，目前國內(nèi)一些廠家的商品名雖然有所差別，但基本組成和特性均相近，主要成份均是輕質(zhì)性水玻璃膠泥。

三、工程回顧

在該煙囪防腐蝕工程中，內(nèi)襯膠泥要求施工工藝流程較復(fù)雜：模板安裝→強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌料→混膠泥入槽→丁字型專用工具振搗密實(shí)→膠泥固結(jié)后拆模→割縫處境→模板拆卸。施工時要嚴(yán)格按配合比下料，施工時注意配料順序，掌握攪拌時間，做好天氣及環(huán)境溫度變化的施工措施，不準(zhǔn)使用機(jī)械振搗，只能使用專門制作的丁字型工具進(jìn)行搗固。澆注料在搗固成型固結(jié)拆除模板后，要用2.5～3mm厚的無齒鋸切割伸縮縫，尺寸為1.5×1.5m，深度約為25mm。

從現(xiàn)場情況看到：使用不到兩年的內(nèi)襯有很多細(xì)小紋裂，在積灰平臺上看到有多條5mm左右寬的裂縫(如圖2)，在一裂縫處取下一塊膠泥塊，在內(nèi)襯與基面粘結(jié)層處看到有一層白色結(jié)晶物，這與煙囪外壁滲出的白色物體色澤一致。

圖2：積灰平臺處膠泥裂縫圖片

四、案例解析

把取下的耐酸膠泥樣塊用水沖洗潔凈,放在陽光下晾曬一段時間后發(fā)現(xiàn)，樣塊表面又有一層白色結(jié)晶物析出，與在煙囟內(nèi)析出的結(jié)晶物一致。這種結(jié)晶物為何會大量的透過防腐內(nèi)襯層，在內(nèi)襯層與煙囪混凝土內(nèi)壁處及外壁上都析出這種結(jié)晶物呢？這可能與防腐蝕所采用的內(nèi)襯材料結(jié)構(gòu)是否致密有關(guān)。基于耐酸膠泥的結(jié)構(gòu)疏松,孔隙率大，表面粗糙，其吸水率和吸濕性就很大，因此脫硫后濕煙氣中的酸水液會被內(nèi)襯層吸收；同時基于脫硫后煙囪內(nèi)壁可能出現(xiàn)的正壓區(qū)，這樣飽和濕煙氣中酸水液會輕易地滲透過煙囪的密實(shí)性較差的耐酸膠泥層，甚至?xí)䴘B透到煙囪的混凝土筒體，由于脫硫后的飽和濕煙氣中的酸水液體腐蝕性極強(qiáng)，這樣整個防腐蝕屏障就失效了。這種腐蝕性液體,一是可能耐腐蝕層和混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中的某些物質(zhì)反應(yīng)結(jié)合而生成結(jié)晶物；二是煙氣中可能也存在一部分脫硫工藝中生成的硫化物。綜合以上情況，我們認(rèn)為從技術(shù)上和實(shí)際應(yīng)用情況來看,耐酸膠泥應(yīng)用于脫硫后的濕煙囪上可行性是值得懷疑的，至少說是要慎重考慮的。

關(guān)于水玻璃類材料的選用,在《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50046-2008）中已有明確規(guī)定：常溫介質(zhì)作用時，宜選用密實(shí)型水玻璃類材料；當(dāng)介質(zhì)溫度高于100度時，不應(yīng)選用密實(shí)型水玻璃類材料。經(jīng)常有稀酸或水作用的部位，應(yīng)選用密實(shí)型水玻璃類材料。這也就說明在脫硫后的煙囪運(yùn)行中如果存在介質(zhì)溫度變化(事故和直排,或濕煙氣)的情況，則不應(yīng)選用水玻璃類材料，因?yàn)樵趯?shí)際煙囪運(yùn)行中均會存在高溫與低溫交替共存的情況，從而導(dǎo)致不論是輕質(zhì)型水玻璃類材料或密實(shí)型水玻璃類材料，均不能滿足這種有高、低溫的工況條件；其二是在脫硫后濕煙囪的實(shí)際工況中，恰恰是有大量的稀酸或水作用的腐蝕性環(huán)境，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)選用密實(shí)型水玻璃類材料的（在介質(zhì)溫度不高于100度情況下），而不是輕質(zhì)型耐酸膠泥,因?yàn)楹笳弑惹罢叩目節(jié)B透性差。

基于耐酸膠泥工藝特性，即厚漿成膜的施工工藝在凝結(jié)固化過程中應(yīng)力過大會產(chǎn)生不規(guī)則紋裂，在吸水情況下，由于耐酸膠泥與基面膨脹系數(shù)相差過大（4.3 見相關(guān)數(shù)據(jù)），在煙囪內(nèi)的正壓及高溫作用下這種紋裂會進(jìn)一步擴(kuò)張，耐酸膠泥層內(nèi)外表面的膨脹系數(shù)的不一致可能會導(dǎo)致脫層甚至剝離的可能。煙氣中的液體也會直接接觸到煙囪混凝土筒體，在材料吸水后防腐蝕層的保溫效率大大下降，一般結(jié)構(gòu)中不再設(shè)保溫層，這樣就會加速對基礎(chǔ)造成破壞，這種情況的存在也就更加惡化了耐酸膠泥層對溫度沖擊的抵抗作用。另外在熱煙氣通過裂縫滲透到基礎(chǔ)表面時，使不同區(qū)域的基礎(chǔ)表面的溫度有梯度差，而耐酸膠泥在干態(tài)時的保溫效果較好，從而可能會導(dǎo)致在受直接煙氣高溫作用下的區(qū)域局部出現(xiàn)耐腐膠泥層的"外拱"現(xiàn)象，最后會導(dǎo)致脫落，這種"外拱"情況在一些采用玻璃磚作內(nèi)襯防腐蝕工程中也有出現(xiàn)。

而在實(shí)際工程應(yīng)用中，上述幾種情況可能會是相互作用的，會形成惡性循環(huán)而加劇了耐腐蝕的失效，最后會出現(xiàn)開裂、脫層的情況，也包括腐蝕性氣液的外泄，上圖中的現(xiàn)象是很好的說明了該種情況。

之后我們參照了有關(guān)資料，并與有關(guān)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行了有效的溝通，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況認(rèn)為耐酸膠泥從技術(shù)上不適合濕煙囪的應(yīng)用環(huán)境，具體分析如下：

4.1 施工困難帶來的質(zhì)量隱患

這類材料在實(shí)際施工時，對環(huán)境的要求和人員的操作水平要求較高，施工時要求溫度以5℃～30℃為宜，低于5℃或高于30℃時要經(jīng)過廠家現(xiàn)場技術(shù)員調(diào)整配合比后才能施工。夏秋季時間，大部分施工時環(huán)境溫度都在30℃上下波動，并且溫差較大，需要經(jīng)常調(diào)整配合比。尤其在雨水較多、濕度較大的南方地區(qū)，同時在高達(dá)180-240米高的煙囪上，施工難度極大。

同時在施工過程中也極易受溫差應(yīng)力影響，尤其是在炎熱的夏季，白天、晚上的溫差會較大，白天上午與下午的溫差也較大，這樣在上午太陽曬到半邊煙囪筒體，下午曬到另外半邊，這樣筒體的受熱程度就不一樣，溫差引起的脹縮就不一致，這就對在不同季節(jié)施工時，要工人控制好溫差的作業(yè)風(fēng)險，這難度是可想而知的。

4.2 高載荷風(fēng)險

雖然該類材料的密度較�。s0.6-1.0間），但總體用量較大，而廠家要求施工后的厚度約為8-10cm，這樣折算下來每平米材料的用量約 50KG，如果煙囪基礎(chǔ)不好，尤其是舊煙囪改造時，強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。假設(shè)對一個防腐面積達(dá)近萬平米的煙囪防腐工程而言，采用耐酸膠泥方案在現(xiàn)有煙囪內(nèi)壁將增加約480t載荷（而當(dāng)煙囪通濕煙氣后充分吸水情況下，煙囪所增加的負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過480t的載荷）。施工中需將如此重的物料通過施工吊籠逐級輸送至 180-240m高，勢必增加施工中的安全風(fēng)險。因?yàn)殡姀S老煙囪一般為傳統(tǒng)單筒式煙囪，鋼筋混凝土筒壁與排煙筒未脫開，磚砌排煙筒分段支承牛腿并荷載分段傳給鋼筋混凝土筒壁，內(nèi)襯耐火磚或陶土磚，這種基面其附加承載能力有限，不允許采用荷載較大的防腐材料，只能采用輕質(zhì)且不吸水的防腐材料。另外即使強(qiáng)度可以滿足要求，但在施工中，設(shè)備的載荷能力也是一個關(guān)鍵的安全要素，有待于進(jìn)一步考慮核對。而一般老電廠在加裝FGD后，場地較緊，運(yùn)輸?shù)缆泛蜔焽璧撞客ǖ廓M窄，大量物料輸送將帶來工期延誤風(fēng)險。

4.3溫度沖擊

當(dāng)煙囪在FGD正常運(yùn)行時，煙囪內(nèi)部溫度大約在45℃-80℃，煙氣為飽和濕煙氣。但當(dāng)FGD事故狀態(tài)或是設(shè)備停運(yùn)時，煙囪內(nèi)部溫度將在短時間內(nèi)升至 140℃-180℃，原來的飽和濕煙氣將以原煙氣狀態(tài)通過鍋爐煙囪進(jìn)行排放。煙囪煙氣的不規(guī)則排放，使煙囪內(nèi)壁防腐層材料處于急冷急熱和干濕交替狀態(tài)下運(yùn)行，這就對材料的耐溫度沖擊提出了要求。水玻璃類耐酸膠泥材料的熱膨脹第系數(shù)為0.03×10-6/℃，而混凝土的膨脹系數(shù)為7-10×10-6/℃，耐酸磚為5-7×10-6/℃。在長期高低溫干濕交替作用下，由于膠泥成膜時就會產(chǎn)生紋裂，膠泥吸水率高產(chǎn)生的容重變化，再加上耐酸膠泥材料與基礎(chǔ)（混凝土或耐酸磚基礎(chǔ)）的熱膨脹系數(shù)相差較大，這樣在受溫度沖擊的內(nèi)應(yīng)力作用下會使內(nèi)襯層紋裂進(jìn)一步擴(kuò)大進(jìn)而發(fā)生開裂甚至脫層等情況，而事實(shí)上我們也觀察到了由于溫度沖擊原因而產(chǎn)生的這些不規(guī)則裂紋及裂縫。

4.4 耐腐蝕性的局限性

以水玻璃的作為粘合劑的耐酸膠泥有一個重要特性，是其耐強(qiáng)酸的特性遠(yuǎn)大于其耐弱酸的特性，在長期煙氣的作用下（包括在露點(diǎn)下的酸液），可能膠泥層表面會逐漸受到侵蝕而影響粘接效果,而如果濕煙氣中含有氟化物,則對水玻璃材料的腐蝕將是致命的；另外由于材料的多孔性特點(diǎn)，而這些孔也是非封閉性的，因此在煙氣作用下，會逐漸擴(kuò)散滲透到基礎(chǔ)，使基礎(chǔ)受到腐蝕破壞。根據(jù)國家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，水玻璃類耐酸膠泥是不適合用在脫硫煙囪存在的干濕(高,低溫)交替工況條件。

4．5 高吸水性風(fēng)險

根據(jù)材料生產(chǎn)廠家提供的說明，材料的體積吸水率在加熱情況下一般約為10%，各個生產(chǎn)廠家的材料的吸水率均相近，根據(jù)這個數(shù)值，我們以平均密度為 0.8計(jì)算推斷，那吸水率近12.5%（以重量計(jì)算），那是一個相當(dāng)高的吸水率，這是上文提及的材料選擇原則相違背。而原因是因?yàn)槟退崮z泥料的結(jié)構(gòu)疏松, 孔隙率大，表面粗糙，不致密,從而注定其抗?jié)B性很差。因這種厚漿成膜的施工工藝在凝結(jié)固化過程中應(yīng)力過大產(chǎn)生不規(guī)則紋裂，在膠泥層吸水后，由于耐酸膠泥與基面膨脹系數(shù)相差過大，在煙囪內(nèi)的正壓及高溫作用下裂紋會進(jìn)一步擴(kuò)張，甚至開裂進(jìn)而可能與基面剝離，因此煙氣中的酸性液體也會直接滲透接觸到煙囪混凝土筒體，從而防腐失效，另外在材料吸水后防腐蝕層的保溫效率大大下降，也同時結(jié)構(gòu)中不設(shè)保溫層，可能對基礎(chǔ)造成破壞，并且吸水后整體煙囪載重能力是另一種安全隱患。

4．6其它

由于材料的化學(xué)特性，采用水玻璃為粘合劑，可修補(bǔ)性較差，包括在施工過程中或使用中的維修；另外據(jù)施工公司的反應(yīng)，在實(shí)際施工和應(yīng)用操作中，極易產(chǎn)生施工人員的中毒情況。

五、結(jié)語

在最近筆者還獲悉在江蘇一電廠由北方某一膠泥生產(chǎn)廠家施工的煙囪內(nèi)襯，在不到一個月的時間就有大面積脫落，究其是材料的粘結(jié)性能差還是因固化過程中應(yīng)力過大而剝離現(xiàn)還不得而知，據(jù)現(xiàn)場施工人員反映在現(xiàn)場施工的人員還會有不同程度的不適表征。

綜上所述，我們從技術(shù)角度上認(rèn)為采有耐酸膠泥做脫硫后的煙囪內(nèi)襯風(fēng)險是很高的，這類材料如用作非脫硫后煙囪的內(nèi)襯倒是一種不錯的材料，因此業(yè)主、煙囪設(shè)計(jì)人員及材料供應(yīng)商對脫硫后煙囪防腐內(nèi)襯材料選擇耐酸膠泥出現(xiàn)這一系列問題都是要正視的事情。

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