噴涂聚脲在催化裂化煙氣脫硫行業(yè)的應(yīng)用

噴涂聚脲在催化裂化煙氣脫硫行業(yè)的應(yīng)用

王宏偉 王家騏 陳懷洲 盛明斌
（浙江雙嶼實(shí)業(yè)有限公司，浙江 溫州 325029）

本文簡(jiǎn)述了噴涂聚脲技術(shù)的現(xiàn)狀、材料組成等情況，通過(guò)分析催化裂化煙氣脫硫行業(yè)脫硫塔的工況環(huán)境和使用介質(zhì)條件，介紹了催化裂化濕法FGD裝置脫硫的防腐現(xiàn)狀和ZSS/PU-525改性聚脲材料的成功開(kāi)發(fā)，為后續(xù)類似工程的施工提供一定的參考和依據(jù)。

噴涂聚脲 催化裂化 煙氣脫硫 脫硫塔 防腐

0 前言

聚脲是一種采用先進(jìn)噴涂技術(shù)成型，快速固化，具有優(yōu)異理化性能的彈性體材料，具有對(duì)濕度不敏感，不需催化劑快速固化等突出特點(diǎn)。聚脲具有高抗沖擊性、高拉伸強(qiáng)度、高伸長(zhǎng)率，以及卓越的耐磨、耐老化、耐化學(xué)腐蝕和防水性能，可以極大地延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)、混凝土的壽命；它既可作為涂料也可作為襯里使用，是一種集塑料、橡膠、涂料、玻璃鋼之大成的產(chǎn)品。噴涂聚脲產(chǎn)品的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，可廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)防腐、工業(yè)設(shè)備防腐、混凝土保護(hù)、屋面防水保溫、水池防護(hù)內(nèi)襯、工業(yè)地坪、城市立交橋防護(hù)、港口設(shè)施、水電工程、核電工程等領(lǐng)域。我國(guó)已經(jīng)應(yīng)用噴涂聚脲技術(shù)的重要工程有京津高速鐵路、國(guó)家?jiàn)W運(yùn)場(chǎng)館、洋山深水港、上海世博會(huì)場(chǎng)館、上海外灘交通通道、京滬高鐵全線路軌混凝土防護(hù)等全面應(yīng)用了這項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)[1]。但在國(guó)內(nèi)外各行業(yè)濕法煙氣脫硫（FGD）方面一直處于空白狀態(tài)，由于對(duì)環(huán)境的日益重視以及對(duì)大氣污染物排放量的嚴(yán)格控制，F(xiàn)GD裝置的高效平穩(wěn)運(yùn)行顯得尤為重要，而有效的防腐技術(shù)和工藝是煙氣脫硫裝置正常運(yùn)行的重要保證。

1 聚脲結(jié)構(gòu)組分

噴涂聚脲彈性體（以下簡(jiǎn)稱SPUA）是由異氰酸酯組份（簡(jiǎn)稱A組份）與氨基化合物（簡(jiǎn)稱R組份）反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)。異氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A組份可以是單體、聚合體、異氰酸酯的衍生物、預(yù)聚物和半預(yù)聚物。預(yù)聚物和半預(yù)聚物是由端氨基或端羥基化合物與異氰酸酯反應(yīng)制得。其中的R組份一定是由端氨基樹(shù)脂和端氨基擴(kuò)鏈劑組成，在端氨基樹(shù)脂中，不得含有任何羥基成分和催化劑，但可以含有便于顏料分散的助劑[2]。

與以往噴涂聚氨酯彈性體技術(shù)完全不同，SPUA技術(shù)使用了端氨基聚醚和液體胺類擴(kuò)鏈劑作為活潑氫組分(簡(jiǎn)稱R組分)，與異氰酸酯組分(簡(jiǎn)稱A組分)的反應(yīng)活性極高，無(wú)需任何催化劑，即可在室溫(甚至0℃以下)瞬間完成反應(yīng)(見(jiàn)反應(yīng)式)，從而有效地消除噴涂聚氨酯彈性體技術(shù)中因環(huán)境溫度和濕度的影響而發(fā)泡、造成材料性能急劇下降的致命缺點(diǎn)。

2 催化裂化煙氣脫硫項(xiàng)目防腐概況

2.1 濕法FGD脫硫塔防腐概況

脫硫塔的防腐一直是催化裂化煙氣脫硫領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要的課題，在濕法煙氣脫硫工藝中，從余熱鍋爐到煙囪出口均存在設(shè)備腐蝕問(wèn)題。FGD主要腐蝕環(huán)境在煙氣吸收系統(tǒng)，據(jù)研究，吸收系統(tǒng)的腐蝕主要發(fā)生在進(jìn)氣區(qū)段、反應(yīng)區(qū)段和煙氣離開(kāi)吸收系統(tǒng)進(jìn)入煙囪之前的區(qū)段[3]。煙灰中含有的SO2、SO3、NOx、鹽霧及催化劑等都是腐蝕源，其中SO2、SO3及其鹽類是腐蝕主體，在脫硫過(guò)程中對(duì)鋼制設(shè)備具有很強(qiáng)的腐蝕性，對(duì)防腐襯里具有很強(qiáng)的擴(kuò)散滲透破壞能力。腐蝕的形式多種多樣，主要有:化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、結(jié)晶腐蝕、磨損腐蝕[4]。因此催化裂化煙氣濕法脫硫系統(tǒng)對(duì)材質(zhì)的耐蝕、耐磨、耐溫、抗?jié)B要求極為嚴(yán)格，目前國(guó)內(nèi)外FGD脫硫塔普遍采用的防腐材料有:合金鋼、玻璃鱗片涂料、橡膠材料、玻璃鋼、無(wú)機(jī)材料等，但各種材料都有自己的特點(diǎn)，目前還沒(méi)有一種材料能滿足整個(gè)脫硫系統(tǒng)對(duì)材料的要求，無(wú)論是金屬材料或復(fù)合材料，還是有機(jī)材料，無(wú)機(jī)材料及復(fù)合材料，都存在著不同的問(wèn)題[5]。如金屬及合金鋼防腐材料容易發(fā)生點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕、電化學(xué)腐蝕等，而破壞整個(gè)材料，且制造成本高，維護(hù)困難；無(wú)機(jī)類材料防腐耐磨耐溫較好，但弊端較多，綜合性能差，大面積施工困難；玻璃鱗片涂料的耐蝕耐溫等性能取決于合成樹(shù)脂，國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)這種涂層的技術(shù)主要來(lái)自日本或美國(guó)，我國(guó)自己開(kāi)發(fā)的鱗片和樹(shù)脂與國(guó)外還存在一定的差距，同時(shí)玻璃鱗片防腐涂層要求每年至少定期檢修維護(hù)一次，這對(duì)長(zhǎng)周期運(yùn)行的催化裂化裝置很不現(xiàn)實(shí)。

綜上所述，催化裂化濕法FGD裝置脫硫塔防腐條件惡劣，防腐環(huán)境復(fù)雜，必須從材料和工藝上進(jìn)行升級(jí)和提升。而被譽(yù)為一種新型“萬(wàn)能”涂裝技術(shù)的噴涂聚脲技術(shù)近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外眾多行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用和迅速發(fā)展，但在煙氣脫硫脫硝方面一直處于空白狀態(tài)，它全面突破了傳統(tǒng)環(huán)保型涂裝技術(shù)的局限，繼承了RIM技術(shù)的撞擊混合原理，具有瞬間固化、防腐、防水、熱穩(wěn)定性能好，施工簡(jiǎn)便快捷等優(yōu)勢(shì)[1]。浙江雙嶼實(shí)業(yè)有限公司自2007年率先將噴涂聚脲彈性體技術(shù)成功應(yīng)用于上海吳涇化工廠110t/h鍋爐煙氣石灰法脫硫脫硝項(xiàng)目脫硫塔內(nèi)防腐。后經(jīng)多年的開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)，現(xiàn)已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)十多套催化裂化濕法FGD裝置脫硫塔內(nèi)防腐。

2.2 濕法FGD脫硫塔腐蝕介質(zhì)

濕法FGD脫硫塔腐蝕介質(zhì)主要分為氣相介質(zhì)和液相介質(zhì)。催化裂化裝置再生煙氣中含有大量的SOx、NOx以及催化劑粉塵；而目前國(guó)內(nèi)催化裂化濕法FGD裝置主要采用鈉法工藝，各典型項(xiàng)目液相循環(huán)介質(zhì)見(jiàn)表1。

從表1可以看出，脫硫塔循環(huán)漿液鹽含量極高，固含量高，部分介質(zhì)含有有機(jī)物，SO、SO、S、23C1-、F-的腐蝕，脫硫劑多次循環(huán)，高位沖刷，使用溫度多達(dá)60 ～ 80℃等，所有可能接觸到飽和煙氣、冷凝液、循環(huán)液的塔體均處于該腐蝕環(huán)境。同時(shí)由于催化裂化裝置運(yùn)行檢修周期一般為4年，一旦脫硫塔內(nèi)防腐材料破損脫落，無(wú)法及時(shí)停車(chē)維修，造成塔壁腐蝕穿孔，循環(huán)泵堵塞等作業(yè)事故。所以要求它的材料應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度、良好的塑性、良好的抗腐蝕性以及耐磨損能力。

3 SPUA在催化裂化煙氣脫硫行業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

得益于2007年SPUA技術(shù)在上海吳涇化工廠110t/h鍋爐煙氣石灰法脫硫脫硝項(xiàng)目的成功應(yīng)用，結(jié)合長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)應(yīng)用項(xiàng)目的數(shù)據(jù)跟蹤和調(diào)查研究，2012年-2014年，我們先后在中石化勝利油田有限公司，中石化滄州分公司，中石化青島石油化工有限責(zé)任公司，中石化武漢分公司，中石化荊門(mén)分公司，中石化九江分公司，中石化廣州分公司等單位催化裂化濕法

表2 加拿大某公司聚脲材料力學(xué)性能表

圖1 循環(huán)泵堵塞

圖2 聚脲層脫落

圖3 聚脲層鼓泡

圖2 聚脲層脫落

FGD裝置采用噴涂聚脲彈性體（SPUA）技術(shù)進(jìn)行脫硫塔防腐。聚脲材料采用加拿大某公司原裝進(jìn)口，該材料力學(xué)性能詳見(jiàn)表2。

設(shè)備開(kāi)車(chē)運(yùn)行約3-5個(gè)月，各催化裂化FGD裝置均不同程度出現(xiàn)了循環(huán)泵堵塞現(xiàn)象（圖1所示），開(kāi)啟人孔發(fā)現(xiàn)，塔內(nèi)聚脲層嚴(yán)重脫落（圖2所示）、鼓泡（圖3所示），液體循環(huán)部位聚脲層開(kāi)裂，分層（圖4所示）。

經(jīng)過(guò)多方技術(shù)分析，最終認(rèn)定造成本次同類裝置大面積聚脲涂層脫落的原因?yàn)榧幽么筮M(jìn)口材料本身存在質(zhì)量問(wèn)題，具體表現(xiàn)為:①如塔檢查發(fā)現(xiàn)，聚脲涂層與塔體鋼殼間附著力不高，后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試板檢測(cè)結(jié)果:附著力為2.24-3.28MPa（均值3.0 MPa），完全達(dá)不到材料本身所要求的10.3MPa；②從表2伸長(zhǎng)率及撕裂強(qiáng)度參數(shù)可知，聚脲層應(yīng)該具有非常好的柔韌性，但脫落的聚脲涂層表觀現(xiàn)象有發(fā)脆、有裂紋等現(xiàn)象。

表3 美國(guó)某公司聚脲材料力學(xué)性能表

后經(jīng)各方研究決定，剝落原聚脲襯里，更換材料，采用美國(guó)某公司原裝進(jìn)口聚脲材料對(duì)脫硫塔重新噴涂施工，該材料力學(xué)性能詳見(jiàn)表3。

從表3可以看出，美國(guó)進(jìn)口材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)明顯提升了許多，但設(shè)備在重新施工完開(kāi)車(chē)運(yùn)行約6-8個(gè)月，聚脲涂層再次不同程度的出現(xiàn)了鼓泡，撕裂，剝落等現(xiàn)象，但脆化、開(kāi)裂等現(xiàn)象明顯得到了改善，損壞面積明顯減少。

經(jīng)過(guò)上述多次的工程問(wèn)題，我們深刻的知道傳統(tǒng)的SPUA技術(shù)已經(jīng)不適用于催化裂化濕法FGD裝置脫硫塔的防腐，同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)脫硫塔內(nèi)聚脲涂層鼓泡里存在大量的游離態(tài)水，在高溫運(yùn)行時(shí)，體積膨脹，導(dǎo)致聚脲涂層的抗?jié)B透能力降低，引起與塔壁附著力下降，長(zhǎng)時(shí)間的脫硫漿液循環(huán)沖刷，最終導(dǎo)致涂層撕裂，脫落。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外十多家聚脲生產(chǎn)商的市場(chǎng)調(diào)研和交流，并同時(shí)提取樣品進(jìn)行模擬工況試驗(yàn)，制取平行試板對(duì)其邵氏硬度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度、附著力等主要性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)很難有一種材料能很好的滿足催化裂化濕法FGD裝置脫硫塔的介質(zhì)環(huán)境。因此傳統(tǒng)的聚脲必須經(jīng)過(guò)改性，提高其高溫環(huán)境下涂層密度、致密性，防止水分子滲透穿過(guò)；保證了不同溫度區(qū)間涂層與鋼板的附著力。但同時(shí)又不能改變其原有的強(qiáng)度、耐磨、耐蝕性能。浙江雙嶼實(shí)業(yè)有限公司經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)10個(gè)月的研究試制，并堅(jiān)持不懈的試驗(yàn)，開(kāi)發(fā)了改性聚脲材料，編號(hào):ZSS/PU-525，其力學(xué)性能指標(biāo)詳見(jiàn)表4。

表4 改性聚脲（ZSS/PU-525）力學(xué)性能表

如表4所述，改性聚脲與鋼板的附著力達(dá)到了10MPa，并有效的提高了涂層密度和致密性，增強(qiáng)了涂層的抗?jié)B透能力，同時(shí)保持了優(yōu)異的耐交變溫度，耐磨損，耐沖擊等性能。改性聚脲材料于2015年8月在中石化滄州煉化、中石化青島石油化工有限責(zé)任公司、中石化武漢分公司催化裂化濕法FGD裝置噴涂施工完成，至今運(yùn)行良好，涂層無(wú)鼓泡，脫落，撕裂等現(xiàn)象發(fā)生，表現(xiàn)出優(yōu)異的防腐性能。

綜上所述，SPUA技術(shù)應(yīng)用于催化裂化濕法FGD裝置脫硫塔防腐以傳統(tǒng)的聚脲噴涂技術(shù)為基礎(chǔ)，同時(shí)也有其特殊性和適用性，浙江雙嶼實(shí)業(yè)有限公司根據(jù)其多年的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，成功開(kāi)發(fā)了ZSS/PU-525系列改性聚脲材料及其噴涂方法，解決了進(jìn)口材料應(yīng)用初期所出現(xiàn)的不良現(xiàn)象。日后工作中，需密切跟蹤關(guān)注現(xiàn)有各脫硫塔的聚脲涂層使用工況及效果，為ZSS/ PU-525系列改性聚脲材料性能的提高和新材料的研發(fā)提供有效的現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

SPUA技術(shù)在短短20年間就以其優(yōu)異的綜合性能而被全世界各行各業(yè)廣泛應(yīng)用，成功案例比比皆是，顯示了其強(qiáng)大的實(shí)用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。由于催化裂化行業(yè)煙氣脫硫脫硝項(xiàng)目脫硫塔的工況環(huán)境相對(duì)比較惡劣，使用介質(zhì)極為復(fù)雜，因此噴涂聚脲在該行業(yè)所使用的材料和施工技術(shù)要求也比較嚴(yán)格，ZSS/PU-525系列改性聚脲材料的成功開(kāi)發(fā)，從根本上解決該環(huán)境下脫硫塔的防腐問(wèn)題。本文通過(guò)分析脫硫塔的工況環(huán)境和使用介質(zhì)條件，介紹了催化裂化濕法FGD裝置脫硫的防腐現(xiàn)狀和ZSS/PU-525改性聚脲材料的成功開(kāi)發(fā)，為后續(xù)類似工程的施工提供一定的參考和依據(jù)，打破了以往脫硫塔只能依附鱗片涂料、襯膠、玻璃鋼涂層等傳統(tǒng)防腐技術(shù)，提高了施工效率，降低了材料成本和施工費(fèi)用，為催化裂化行業(yè)環(huán)保事業(yè)的快速發(fā)展提供了強(qiáng)有力的生命線。

[1] 陳遒昌. 噴涂聚脲體技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展[J].上海涂料，2005，47（11）:21-24

[2] 黃微波. 噴涂聚脲彈性體技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005:2

[3] 王天堂, 陸士平. VEGF鱗片膠泥在煙氣脫硫裝置中的應(yīng)用[J].電力環(huán)境保護(hù).2002.18（4）:42-45

[4] 駱文波, 丘紀(jì)華. 沙角A電廠煙氣脫硫系統(tǒng)設(shè)備的防腐選擇[J].電站系統(tǒng)工程，2003，（1）:4-5

[5] 王海寧, 蔣達(dá)華. 濕法煙氣脫硫的防腐機(jī)理及防腐技術(shù)[J].能源環(huán)境保護(hù)，2004，18（5）:22-24

the Application of Spray Polyurea in the FCC Flue Gas Desulfurization Industry

WANG Hong-wei, WANG Jia-qi, CHEN Huai-zhou, SHENG Ming-bin
(Zhejiang Shuangyu Industrial Co., Ltd. Wenzhou 325029, China)

Outlines the status of SPUA technology, materials, etc. by analyzing the environmental conditions and the conditions of use of the media industry, FCC flue gas desulfurization desulfurization tower, introduced wet FGD system desulfurization corrosion status and the successful development of ZSS / PU-525 modifed polyurea materials, Provide a reference and basis for the subsequent construction of similar projects.

SPUA; FCC; FGD; desulfurization tower; anticorrosive

TQ638 TE991

B

10.13726/j.cnki.11-2706/tq.2016.11.032.05

王宏偉（1986-），男，甘肅慶陽(yáng)人，工程師，本科，主要從事煙氣脫硫脫硝及污水處理工程的設(shè)計(jì)及施工管理工作。