摘要 針對(duì)大型尿素造粒塔內(nèi)腐蝕狀況,選用甲基丙烯酸型乙烯基酯樹脂為防腐蝕材料,提出2套防腐蝕構(gòu)造設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過工程實(shí)際應(yīng)用,取得了滿意的效果。
關(guān)鍵詞 尿素造粒塔 甲基丙烯酸型 乙烯基酯樹脂 防腐蝕構(gòu)造設(shè)計(jì)
1 尿素造粒塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及腐蝕狀況
1.1 尿素造粒塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
尿素造粒塔是一個(gè)鋼筋混凝土筒體,采用滑模施工,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:
(1)剛度好。不易產(chǎn)生變形,筒體結(jié)構(gòu)避免了平面須設(shè)縫的問題。
(2)整體性好。不易產(chǎn)生裂縫、斷裂、扭曲等問題,塔壁較厚,亦不易損壞。
(3)穩(wěn)定性好。高徑比在3~4,不會(huì)發(fā)生塌坍。充分的結(jié)構(gòu)配筋,更增加了其穩(wěn)定性。
(4)自然通風(fēng)效果好。高度超過90 m,拔風(fēng)效果十分顯著。
(5)抗?jié)B性好。在施工過程中加入水泥添加劑,整體結(jié)構(gòu)密實(shí),抗?jié)B等級(jí)大為提高。
1.2 尿素造粒塔內(nèi)腐蝕特點(diǎn)
尿素顆粒本身(尤其在干燥狀態(tài))腐蝕性很小,一旦受潮、吸水、溶解,則危害極大。在現(xiàn)代化大型裝置的生產(chǎn)工藝中,已經(jīng)提高了造粒噴頭出口尿液溫度(目前已超過140℃),并有繼續(xù)提高的趨勢(shì)。這樣一來,塔內(nèi)基本上存在氣、液、固三相,對(duì)塔內(nèi)壁分別產(chǎn)生腐蝕影響:塔頂高溫潮濕氣霧的擴(kuò)散、滲透;塔中部液體滲透、結(jié)晶、溶脹;塔下部顆粒沖刷。其中,塔中部腐蝕最為嚴(yán)重,破壞性最大。當(dāng)生產(chǎn)不正常時(shí),高溫尿液會(huì)直接噴射到塔壁。這時(shí),高溫部分會(huì)迅速破壞防蝕層,對(duì)鋼筋混凝土塔體產(chǎn)生嚴(yán)重危害;低溫部分產(chǎn)生粘壁現(xiàn)象,最終破壞塔壁防護(hù)層,危及塔底安全。平時(shí)洗塔(塔底清理)和大修期間,用熱水清洗塔壁也是造成塔內(nèi)腐蝕的重要原因。尿素溶解后,加劇了滲透過程。所以,腐蝕最快的往往是塔底花崗石刮料平臺(tái)。由于造粒塔特殊的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),一般塔外壁受到的腐蝕比較小,即使不作任何防護(hù),其腐蝕過程也很緩慢。但由于處在化工生產(chǎn)的小環(huán)境內(nèi),因而塔外壁用涂料加以適當(dāng)保護(hù)也是必要的。
2 尿素造粒塔常見的防護(hù)措施及實(shí)際效果
(1)“裸塔”。主要考慮到尿素顆粒的腐蝕屬鹽的結(jié)晶、溶脹,因此只要提高塔體的抗?jié)B等級(jí)(抗?jié)B等級(jí)≥1.2 MPa),防止尿液滲透就可進(jìn)行防護(hù)。主要措施是在塔體澆制過程中,在混凝土中添加減水劑、密實(shí)劑、阻銹劑等添加劑。個(gè)別的對(duì)塔內(nèi)表面噴涂養(yǎng)護(hù)劑,或局部刷些涂料,以利提高塔身的防腐蝕效果。有資料報(bào)道,國(guó)外許多化肥生產(chǎn)廠家對(duì)尿素造粒塔就如此處理,且具有良好的使用效果。我國(guó)曾在70年代引進(jìn)的十余套裝置中進(jìn)行過個(gè)別嘗試,但由于密實(shí)劑等化工材料的生產(chǎn)技術(shù)以及施工過程比較復(fù)雜,加之操作原因,往往容易造成缺陷,影響塔體使用壽命和效果。
(2)涂料防護(hù)。涂料品種包括氯磺化聚乙烯、聚氨基甲酸酯、環(huán)氧聚氨基涂料、PAPI、氯乙
烯-偏氯乙烯等。主要目的在于依靠有機(jī)涂層,在內(nèi)表面上形成連續(xù)、致密的涂膜,防止尿液滲透。但因涂層薄,抗?jié)B效果差,不耐沖刷,而且需要經(jīng)常重涂。尤其是聚氨基甲酸酯等涂料,雖然耐尿素腐蝕,但與混凝土的膨脹系數(shù)有較大差距,涂膜柔韌性欠佳,所以易產(chǎn)生細(xì)微裂紋,引起尿液腐蝕。有些涂料配套又存在問題,故成功的事例很少。而且塔體一旦被尿液腐蝕,會(huì)在塔壁很深的部位形成結(jié)晶、殘留液,直接影響涂層的附著力,同時(shí)對(duì)新涂層產(chǎn)生背面腐蝕而引起剝離,因此修復(fù)非常因難。
(3)貼玻璃布,形成玻璃鋼保護(hù)層。這是一種較好的辦法,采用材料包括環(huán)氧樹脂、氯磺化聚乙烯、聚氨酯(一布六膠)等。但環(huán)氧樹脂耐溫性較低且脆性大,氯磺化聚乙烯粘結(jié)力小、抗?jié)B效果差。采用單純貼布方法,沒有富樹脂層,且由于膠液含量低,表面粗糙容易形成粘塔、滲透等現(xiàn)象,防腐蝕效果也不理想。有時(shí)由于材料本身原因(比如材料壽命短)造成提前老化、脫落、起殼等現(xiàn)象。同時(shí)由于塔體過高,內(nèi)部又沒有其它附屬結(jié)構(gòu)可以依托,故影響使用,更影響維修。調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)有的塔采用這種防護(hù)措施后,效果良好,時(shí)間已超過8年仍在使用的。
(4)貼玻璃布加涂料復(fù)合進(jìn)行防護(hù)。采用的材料包括環(huán)氧樹脂與環(huán)氧涂料復(fù)合、與氯磺化聚乙烯涂料復(fù)合等。復(fù)合保護(hù)關(guān)鍵在于材料的選擇和施工技術(shù)。從目前已經(jīng)采用這類構(gòu)造的塔體看,多數(shù)較理想。特別是選用乙烯基酯樹脂材料與乙烯基酯鱗片涂料效果更佳。
(5)采用樹脂鱗片膠泥進(jìn)行防護(hù)。樹脂鱗片膠泥具有抗?jié)B透性好、耐溫度驟變、選擇樹脂具有較大的靈活性等特點(diǎn),故可以提高塔內(nèi)壁的耐溫等級(jí)。同時(shí)根據(jù)鱗片樹脂膠泥配比的不同,可以有效地提高樹脂含量,而達(dá)到顯著的防護(hù)效果,是一個(gè)經(jīng)濟(jì)、可行的措施。從現(xiàn)場(chǎng)施工
情況看,還具有周期短、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。從上述方法看,增設(shè)內(nèi)壁防護(hù)層的造價(jià)隨著構(gòu)造復(fù)雜程度增加而逐步上升。這反映出尿素造粒塔的防腐蝕投資應(yīng)該一步到位,以減少日后修復(fù)的困難與麻煩,有效提高尿素造粒塔的利用率,延長(zhǎng)使用壽命。塔底及刮料平臺(tái)多采用不銹鋼板、花崗巖,或兩者搭接作面層,下面鋪設(shè)防腐蝕隔離層,并采用防腐蝕材料作結(jié)合層的結(jié)構(gòu),提高抗?jié)B、抗沖、承載及防腐蝕功能。塔外表面選擇抗紫外線、耐候性較好的防腐蝕涂料進(jìn)行防護(hù)。
3 新型防腐蝕材料選用及構(gòu)造設(shè)計(jì)
3.1 新型材料選用原則及依據(jù)
塔內(nèi)壁防腐蝕材料必須具備自身壽命長(zhǎng)、耐溫度驟變性好、抗?jié)B透性能強(qiáng)、粘結(jié)強(qiáng)度高、防腐蝕效果突出等特點(diǎn)。塔外表面材料應(yīng)能抗紫外線、耐蝕性好,對(duì)刮料平臺(tái)還得考慮具有抗沖擊性能。乙烯基酯樹脂是綜合性能非常優(yōu)越的一類高度耐蝕材料。用環(huán)氧樹脂作為骨架與甲基丙烯酸聚合制得的乙烯基酯樹脂,綜合了環(huán)氧樹脂的優(yōu)點(diǎn),固化后的性能比環(huán)氧樹脂提高許多。它不僅改進(jìn)了環(huán)氧樹脂的操作性、工藝性,其突出優(yōu)點(diǎn)還在于耐蝕性、韌性、對(duì)玻璃纖維的浸潤(rùn)性能優(yōu)良。耐溫性能較環(huán)氧樹脂(E44)有較大提高,氣態(tài)達(dá)120℃。以乙烯基酯樹脂作為主要成膜物質(zhì),開發(fā)、生產(chǎn)的乙烯基酯樹脂玻璃鱗片涂料不僅抗?jié)B耐磨,而且保留了成膜樹脂的耐蝕和力學(xué)性能,一次成膜厚度可以達(dá)到100μm以上。乙烯基酯樹脂與鱗片涂料復(fù)合,可以解決單一材料難以對(duì)付的腐蝕問題。這種復(fù)合技術(shù)國(guó)外有過不少報(bào)道。日本一項(xiàng)調(diào)查表明:采用這種結(jié)構(gòu)制造的設(shè)備,有25年以上成功使用的紀(jì)錄。筆者曾將這類結(jié)構(gòu)應(yīng)用于85℃連續(xù)操作、高速攪拌、固體顆粒、較強(qiáng)酸性介質(zhì)的碳鋼反應(yīng)罐(用作襯里材料),使用3年以上完好無損。另有3臺(tái)配酸設(shè)備,用乙烯基酯樹脂襯里,也使用10年以上。由此可見,選用乙烯基酯樹脂(甲基丙烯酸型)作為尿素造粒塔的內(nèi)表面防護(hù)層是可行的,也是理想的選擇。
3.2 防腐蝕構(gòu)造設(shè)計(jì)及特點(diǎn)
根據(jù)調(diào)查并綜合塔內(nèi)腐蝕的特點(diǎn),防蝕層構(gòu)造設(shè)計(jì)除保留傳統(tǒng)的做法外,應(yīng)在提高耐溫、抗?jié)B、防粘塔、抗沖刷方面有新的提高。若兼顧施工等諸因素,對(duì)塔內(nèi)壁防腐蝕構(gòu)造設(shè)計(jì)有2個(gè)方案可供選擇。
(1)方案A(玻璃鋼結(jié)構(gòu))
澆筑塔體(加減水劑、密實(shí)劑等以提高抗?jié)B強(qiáng)度等級(jí))，基層表面處理(符合“建筑防腐蝕工程施工及驗(yàn)收規(guī)范”GB 50212-91要求)。稀釋的乙烯基酯樹脂打底2道(視具體情況,酌情增加粉料)
乙烯基酯樹脂貼玻纖布2層、玻纖氈1層(形成富樹脂層)
乙烯基酯鱗片涂料3道(達(dá)到抗?jié)B、耐磨效果),涂層厚度≥300μm
自然養(yǎng)護(hù)7~15 d。
(2)方案B(鱗片膠泥結(jié)構(gòu))
澆筑筒體(加減水劑、密實(shí)劑等以提高抗?jié)B強(qiáng)度等級(jí))
基層表面處理(同方案A)
稀釋的乙烯基酯樹脂打底2道
乙烯基酯樹脂鱗片膠泥1道,厚度≥1mm
乙烯基酯鱗片涂料2道,涂層厚度>200μm
自然養(yǎng)護(hù)7~15 d。
3.3 方案的比較
通過幾年的運(yùn)行,證明采用乙烯基酯樹脂作為耐蝕樹脂,玻璃鱗片為抗?jié)B、耐磨填料,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,能取得良好的防腐蝕效果。具體比較如表1示。
表1 兩種防腐蝕構(gòu)造設(shè)計(jì)方案比較
(1)抗?jié)B透性能
據(jù)測(cè)定,1 mm厚的玻璃鱗片膠泥層內(nèi)有100多層鱗片平行排列,氣體、液體要透過該涂層常常需要迂回曲折,延長(zhǎng)了路徑,增強(qiáng)抗?jié)B性能。
(2)粘結(jié)力
鱗片膠泥固化時(shí),鱗片同樹脂在法線方向的收縮應(yīng)力受到限制,因而膠泥與基體的粘結(jié)力強(qiáng)。如果施工中不采取一定的措施,玻璃鋼是很容易起殼的。
(3)施工結(jié)構(gòu)
所襯的玻璃鋼厚度一般要達(dá)到2~3 mm,某些部位甚至更厚。玻璃鱗片膠泥通常只須1~1.5 mm即可,施工過程大為簡(jiǎn)化。
3.4 塔底、塔外壁設(shè)計(jì)方案
塔底設(shè)計(jì)中有2點(diǎn)須注意:(1)隔離層及結(jié)合層,灌縫材料宜選用同種耐蝕材料,縫隙須完整、飽滿;(2)不同材質(zhì)的防腐蝕構(gòu)造層,應(yīng)注意交接處的縫隙及材料搭接處理,不留隱患。塔外壁可以選用高氯化聚乙烯、氯化橡膠類材料涂刷,厚度以>120μm為宜。
4 結(jié)語(yǔ)
方案A的構(gòu)造設(shè)計(jì)已在我國(guó)西北某大化肥廠尿素造粒塔選用。經(jīng)過近4年的運(yùn)轉(zhuǎn),雖然經(jīng)常開停車,但應(yīng)用狀況良好。方案B的構(gòu)造設(shè)計(jì)目前在北方某化學(xué)工業(yè)公司新建的尿素裝置中使用,經(jīng)過近2年多的運(yùn)轉(zhuǎn),效果顯著。乙烯基酯樹脂材料是比較先進(jìn)的耐蝕材料,選用的構(gòu)造設(shè)計(jì)技術(shù)合理,實(shí)用性強(qiáng)。這種新技術(shù)來自傳統(tǒng)工藝,但有了進(jìn)一步的發(fā)展:
(1)引入玻璃氈,形成耐蝕性突出的富樹脂層,改變了過去以布為主體的單一結(jié)構(gòu),而且減少了貼布層數(shù);
(2)采用玻璃鱗片涂料技術(shù),既增加了涂層厚度,又提高了防腐蝕、抗沖刷、耐磨損等級(jí);
(3)將高耐蝕乙烯基酯樹脂材料與同類材料制作的涂料產(chǎn)品有機(jī)結(jié)合,消除了配套性不良所產(chǎn)生的影響。采用方案B,不但兼顧了貼布、復(fù)合涂料等特點(diǎn),而且在提高施工可操作性、加速工程進(jìn)度、有利控制工程質(zhì)量等方面顯出優(yōu)越性。目前采用的防護(hù)措施,綜合造價(jià)與環(huán)氧樹脂同類構(gòu)造基本相當(dāng),經(jīng)濟(jì)上是合理的,從而具有十分廣闊的應(yīng)用前景。