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VEGF-FR化學阻燃玻璃鱗片膠泥性能及應用研究

作者:廊坊森卓化工有限公司 來源:本站 發表時間:2018-09-03 08:48:26 查看:


 
摘要:今年來我國的煙氣脫硫脫硝工作進入新階段,但是安全形勢也更嚴峻,時有吸收塔火災發生。本文從安全事例出發,引出安全生產和材料安全的重要性,進一步說明玻璃鱗片膠泥增加阻燃功能的必要性。阻燃鱗片膠泥又有化學阻燃型和添加阻燃型,本文通過對這兩種阻燃方式的分析和研究,指出雖然添加型的阻燃鱗片膠泥生產工藝比較簡單,生產成本也比較低,但是耐腐和力學性能比較差,不適合脫硫設備,酸池等重防腐領域;反應型的阻燃鱗片膠泥在力學性能,防腐性能,阻燃性能都比較優異,能夠滿足脫硫系統、化工設備等重防腐的工況要求。最后給出化學阻燃型膠泥(VEGF-FR)應該成為脫硫系統的首選材料的建議,為我國的脫硫防腐領域的阻燃型鱗片膠泥選擇提供重要參考。
關鍵詞:VEGF-FR;脫硫防腐;阻燃玻璃鱗片膠泥
1  前言
      近年來,我國緊抓煙氣脫硫和脫硝工作并取得了重大進展,先后從國外引進了各種類型的煙氣脫硫技術,并已投入運行。但隨著從國外引進的各種類型的煙氣脫硫技術中的脫硫及脫硝系統的投入應用,濕法煙氣脫硫技術目前廣泛應用于各大、中型火電廠,是國內外火電、鋼鐵、有色冶煉及水泥等行業煙氣脫硫的主導工藝技術,從國內外較長的工程應用實踐來看,脫硫塔,煙道,煙囪等設備采用碳鋼結構內襯鱗片膠泥的防腐形式已經成為首選[1]。但隨著對于安全生產的重視和工程案例的累積,逐漸顯露出我國的相關安全生產知識和經驗相對不足,同時也顯露出脫硫和脫硝系統本身存在的問題,需要不斷的對其進行改進。脫硫技術最早應用于電廠煙氣,濕法煙氣脫硫技術是目前電廠應用最多的脫硫技術[2]。為了除去煙氣中的二氧化硫以及氮氧化物,目前出現了很多較為成熟的脫硫脫硝一體化技術,而脫硫吸收塔是脫硫一體化的重要建筑結構。在脫硫檢修過程中,吸收塔筒壁內壁有防腐層,防腐材料多為玻璃鱗片膠泥(VEGF),在進行塔體修復焊接作業時極容易引起火災;在管路作業時,與吸收塔相連的管路為襯膠管路或FRP管路(均為易燃物),襯膠施工使用的丁基膠水是極易揮發,燃點很低的物質,膠板也是易燃物質,稍有疏漏,就會發生火災。據不完全統計,全國已發生了脫硫吸收塔失火事故二十多起,既造成了重大經濟損失,又延誤了脫硫工程的工期,有的事故甚至造成人員傷亡。
      隨著鱗片膠泥在脫硫行業的廣泛應用,針對近些年出現的一些鱗片膠泥著火事故。電廠、鋼廠等業主單位對鱗片膠泥的提出了阻燃性的要求。本文就阻燃鱗片膠泥的重要性和阻燃鱗片膠泥的阻燃原理、性能和目前的應用狀況做了介紹。
2  鱗片膠泥阻燃性的重要性
      乙烯基樹脂玻璃鱗片膠泥(VEGF)由于具有其良好力學性,優異的防腐蝕和耐高溫性能[3]。目前在多個行業均得到廣泛的應用,尤其在電力環保行業,更是被廣泛認可。
      經過較長周期的運行后,很多脫硫設備存在檢修,維護,技改擴建情況。而這些工程施工過程中,因交差作業導致鱗片膠泥著火的事故經常發生。僅僅在2017年5到11月短短半年之內,僅筆者了解到的脫硫塔著火事故就有八起之多: 
 2017年11 月 28 日 泰州醫藥高新區濱某企業在建脫硫塔著火; 
2017年11月2日,西安某熱力脫硫塔發生大火; 
2017年10月20日,山東禹城某熱電廠脫硫塔脫著火;
2017年8月4日,浙江嘉興某在建熱電廠脫硫塔著火。
2017年6月16日,山東濱州某熱電脫硫塔拆除中著火;
2017年6月3日,吉林某熱電有限公司脫硫吸收塔著火;
2017年5月14日,山東濟南某熱電廠脫硫塔拆除中著火。
.......
       這些著火的案例的具體原因分析如下 :
      (1)由于目前我國多數電廠都已采用取消旁路的運行方式。這樣煙囪與吸收塔串聯在一起,受煙囪自拔力的影響,雖有煙道擋板門阻擋了空氣的流動,但受擋板門嚴密性的限制,脫硫系統的吸收塔內部在停運檢修期間多為負壓狀態,因此聯通至吸收塔的管路在焊接作業時,當有焊渣或產生明火時極容易被吸入到吸收塔內的易燃物上,如除霧器模塊(FRP材質易燃)、除霧器沖洗管路(FRP材質易燃)、塔壁防腐(玻璃鱗片)、氧化風管路(環氧樹脂易燃),而在塔外施工的檢修人員不容易及時發現,從而導致火災的發生。
      在此建議,以上區域應盡可能采用阻燃型材料,尤其塔壁內襯防腐最好采用阻燃型玻璃鱗片,這樣可最大幅度降低因連帶引發的易燃風險。
    (2)施工區未能實行全封閉式隔離 。以往吸收塔火災失事調查發現,在吸收塔周邊10米內,在技術改造或局部維修過程中,沒有實行全封閉式隔離。周圍有動火工作時,沒有采取有效隔離措施,致使明火與易燃的揮發氣體接觸造成火災。這中情況屬于工程施工不規范、技術控制不嚴格所造成。 
      因此,在條件和工期允許的情況下,應盡可能的做好隔離工作,避免交叉施工作業。
    (4)此外還要提到一點,在脫硫脫硝系統調試時還會發生氨的泄漏問題、氨區易著火易爆炸問題。對待此類問題應加強教育傳授防火防爆防護知識,氨區部門工作人員必須經過專業培訓后才可上崗工作。領導人員應做好調度,組建事故應急小組,事故一旦發生應及時救援減小損失。 
    (3)管理人員思想意識急需提高 。管理人員從思想意識上不重視,管理不到位,如在吸收塔進行防腐襯膠處理之前,施工單位的管理人員對襯膠防火工作的重要性認識不足,思想上麻痹大意,沒有召開專題安全會議,沒有明確各自的安全責任,更沒有制定防止火災事故的安全措施。另外、施工人員缺乏安全教育和培訓安全監察人員和技術人員沒有對施工人員進行安全技術交底和防火安全教育,施工人員防火安全意識淡薄,沒有掌握防火安全技術。
      由此可見,管理人員的安全意識亟待提高,并應高度重視起來,同時現場監管和施工人員的安全教育工作要加強和貫徹落實。

      這些著火事故給安全生產造成了極大的財產、人員傷亡等巨大損失。當時這些項目如果采用阻燃玻璃鱗片膠泥,阻燃鱗片膠泥固化后將有效杜絕火焰的傳播。避免因為焊接動火等原因引起的火災事故。鱗片膠泥的阻燃化已勢在必行,業主、設計院和環保公司等單位對此也越來越關注。安全是一,其他一切都是零。只有提供安全穩妥的材料,才能保證工程的順利進行,同時也能保證設備可靠運行。由此可見,采用阻燃型鱗片膠泥是非常有必要的,設計院、業主和環保公司等對此也應予以關注和重視,值得欣慰的是,目前在有些項目的招標條文中已作出明文作出規定,選擇阻燃型玻璃鱗片膠泥作為防腐材料,因為只有提供安全穩妥的材料,工程的順利進行和質量才能得到保障。   
3 阻燃鱗片膠泥的阻燃原理分析
      目前有兩類做法可以實現鱗片膠泥的阻燃性能。第一類是成膜樹脂分子鏈上接著阻燃功能的基團,俗稱反應型阻燃。第二類是通過在鱗片膠泥中添加一定比例的阻燃功能粉料,俗稱添加型阻燃。
3.1 反應型阻燃鱗片膠泥
反應型阻燃鱗片膠泥(涂料)VEGF-FR(Fire Resistant)是采用化學阻燃型乙烯基酯樹脂調制而成的鱗片膠泥。這一類型的阻燃原理是本身的成膜樹脂就是阻燃的,玻璃鱗片這類無機填料的加入使鱗片膠泥能更加優于原成膜樹脂的阻燃性。成膜樹脂是采用溴化環氧乙烯基酯樹脂合成(如FUCHEM892A樹脂,主體結構見圖1)[4],由于樹脂中含溴。樹脂受熱分解釋放出溴化氫,溴化氫捕獲傳遞燃燒鏈或自由基,生成活性較低的鹵自由基從而減緩或中止燃燒,鹵化氫和燃燒時生成的鹵素自由基具有非揮發性和低遷移性,容易在燃燒的表面對氧氣產生稀釋作用從而也有利于阻止燃燒。

 
圖1 溴化阻燃乙烯基酯樹脂典型的結構式
Fig.1 Typical structural formula of brominated flame retardant VER
樹脂本體的阻燃性能見表1。該樹脂在具有阻燃性能的同時,溴元素的引入更是提高了較常規的鱗片膠泥更好的防腐蝕性能。這類型樹脂作為原料生產出了鱗片膠泥相比較常規的鱗片膠泥,無機填料沒有增加,玻璃鱗片的比例沒有降低,有效保證了力學強度和耐腐蝕性。
表1 FUCHEM892樹脂的阻燃特性
Table 1 Flame retardancy of FUCHEM892 VER

氧指數
(OI)
UL-94
ASTM2843
ASTM E-84
煙密度等級(SDR)
火焰傳播速度(FSI)
澆鑄體
33
Vo
-
-
玻璃鋼
42
Vo
≤75
Class1
      這一類型阻燃鱗片膠泥的優點是,阻燃性能優,力學強度好,防腐、抗滲透性能佳。 該類產品不僅具有常規的乙烯基玻璃鱗片的特點,主要具有以下特點:
(1)耐腐蝕性能好。由于鱗片涂層采用的基體樹脂是高性能的乙烯基酯樹脂,該類型樹脂具有較環氧樹脂更好的耐腐蝕性能。
(2)較低的滲透率。鱗片涂層的抗水蒸汽滲透率比普通環氧樹脂涂料高6-15倍,比普通環氧FRP高4倍。
(3)鱗片涂層具有較強的粘結強度,不僅指樹脂基體與其中的玻璃鱗片之間的粘結強度較高,而且鱗片涂層與基材之間的粘結強度高,同時鱗片涂層不易產生龜裂、分層或剝離,附著力和沖擊強度較好,從而保證較好的耐蝕性。
(4)耐溫差(熱沖擊)性能較好。涂層中由于含有許多玻璃鱗片,因此消除了涂層與鋼鐵之間的線膨脹系數的差別,鱗片涂層的線膨脹約為11.5×10-6m/m℃,鋼鐵的線膨脹系數為12.0×10-6 m/m℃,兩者之間比較相近,使鱗片涂層適合于溫度交變的重腐蝕環境。
(5)耐磨性好。鱗片涂層在固化后的硬度較高,且有韌性,在粒子的沖刷耐磨性較好,鱗片涂層的破壞是局部的,其擴散趨勢小,易于修復。
(6)具有適中的造價。與當前FGD裝置中的其它選材:鈦復合板、不銹鋼、整體鎳基合金、整體玻璃鋼等相比,玻璃鱗片涂層具有更好的性價比。
(7)工藝性較好。由于鱗片涂層的固體成份和添加劑根據需要可以調節配比,使涂料能適應多種氣候,多種工藝要求的配置方法。能解決低溫氣候的固化問題,和每道工藝之間的施工間隙時間的長短。 
(8)阻燃性能優異。 完全滿足UL-94標準的V0級阻燃性能。
3.2 添加型阻燃鱗片膠泥
目前,一些國內廠家由于考慮因素和技術因素,會采用添加阻燃劑的方式來制作阻燃鱗片膠泥,該類工藝的特點:實現阻燃性能的原材料成本較低,生產工藝簡單。方式用很多種,包括加一定比例的氫氧化鋁粉,或其它添加物等方式[5]。雖然可以使氧指數達到33以上。但是眾所皆知,如是添加氫氧化鋁,犧牲了材料力學強度,缺少了玻璃鱗片的迷宮效應,降低了抗滲透性能;同時在高溫和化學作用下,填料可以分解或被腐蝕。其跟硫酸的反應方程式為:
2Al(OH)3 +3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O
氫氧化鋁的加入,導致這一類型的鱗片膠泥在酸性環境下耐腐蝕性能比較差,不適合作為脫硫系統內襯的防腐材料使用。
或者一些廠家通過添加一些阻燃型助劑(如磷系阻燃劑等)來達到配制化學阻燃鱗片膠泥,但這些助劑是游離型的,不參加化學反應或合成過程。但正是由于這些助劑的加入,降低了成膜后的鱗片膠泥的力學性能和耐腐蝕特性,而目前市場上這類材料層出不窮,以所謂的高性價比蒙騙最終用戶和工程公司。
4不同類型阻燃膠泥的性能分析對比研究
常規玻璃鱗片膠泥、反應型阻燃玻璃鱗片膠泥、添加型阻燃玻璃鱗片膠泥三種鱗片膠泥的主要相關性能的檢測數據如表2。
表2 不同類型鱗片膠泥性能分析
Table 2  Performance analysis of different types of VEGF
項    目
指標檢測值
常規玻璃鱗片
膠泥
反應型阻燃玻璃鱗片膠泥
添加型阻燃玻璃鱗片膠泥
比重
約1.35
約1.35
約1.5
拉伸強度Mpa
30.1
30.1
20.4
彎曲強度 Mpa
55
55
40
粘接強度Mpa(與鋼板)
>10.0
>10.0
>10.0
抗彎曲特性
>5度
>5度
>3度
樹脂耐熱性(Tg)
>180℃
>180℃
>180℃
延伸率 %
0.7
0.7
0.4
耐磨耗mg (CS-17W-500g,500轉)
60
60
55
線膨脹系 / ℃
1.25×10-5
1.25×10-5
1.25×10-5
水蒸氣擴散速率g/hr.cm2
1.45×10-6
1.43×10-6
1.68×10-6
Barcol硬度
> 55
> 55
> 50
硬化收縮率
<0.1%
<0.1%
<0.1%
10%硫酸, 50℃,浸泡168h
無開裂、無鼓泡、無膨脹
無開裂,無鼓泡、無膨脹
有開裂、鼓泡、膨脹、
耐熱性 180℃/2h
無開裂、無鼓泡、無膨脹
無開裂,無鼓泡、無膨脹
有開裂,有鼓泡、無膨脹
氧指數
24
43
43
綜合表2中的檢測數據數據,再結合三種類型玻璃鱗片膠泥的成本,總結不同類型鱗片膠泥的特點如表3。
 

 
綜上分析研究表明:常規鱗片膠泥的防腐和力學性能比較好,但是阻燃性能不足。雖然添加型的阻燃鱗片膠泥生產工藝比較簡單,生產成本也比較低,但是耐腐和力學性能比較差;不適合脫硫設備,酸池等重防腐領域。反應型的阻燃鱗片膠泥在力學性能,防腐性能,阻燃性能都比較優異;能夠滿足脫硫系統、化工設備等重防腐的工況要求。
5 結  論
      目前在環保高壓態勢下,環保項目正緊鑼密鼓的開展。防腐蝕施工作為環保項目中重要的一環。在保證防腐材料的耐腐質量,緊盯施工質量的同時,施工的安全極為重要。選擇防腐質量可靠,又具備阻燃性的防腐材料尤為重要。化學阻燃型膠泥(VEGF-FR)應該成為脫硫系統的首選材料。目前這一類型的材料在國內的應用已經比較廣泛。光筆者調研了解的在廣東汕尾某電廠脫硫和濕電系統,廣東茂名某電廠脫硫和濕電系統,江蘇南通某電廠脫硫和濕電系統,河北邯鄲某鋼廠的燒結機脫硫系統中成功使用。
      另外即使脫硫項目中選擇了阻燃的鱗片膠泥,在項目管理工作也應該注意防火工作。特別注意涂料和鱗片膠泥施工過程中不要動火。為確保萬無一失,施工過鱗片膠泥的部位進行動火,也應該按照施工規范先打磨掉做好的涂層,設定合理的安全隔絕距離,在做好完善的防火措施后再進行動火作業,徹底杜絕火電廠脫硫吸收塔等的各類火災事故。
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