噴涂聚脲在催化裂化煙氣脫硫行業的應用

噴涂聚脲在催化裂化煙氣脫硫行業的應用

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

本文簡述了噴涂聚脲技術的現狀、材料組成等情況，通過分析催化裂化煙氣脫硫行業脫硫塔的工況環境和使用介質條件，介紹了催化裂化濕法FGD裝置脫硫的防腐現狀和ZSS/PU-525改性聚脲材料的成功開發，為后續類似工程的施工提供一定的參考和依據。

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噴涂技術成型，快速固化，具有優異理化性能的彈性體材料，具有對濕度不敏感，不需催化劑快速固化等突出特點。聚脲具有高抗沖擊性、高拉伸強度、高伸長率，以及卓越的耐磨、耐老化、耐化學腐蝕和防水性能，可以極大地延長鋼結構、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、玻璃鋼之大成的產品。噴涂聚脲產品的應用范圍日益擴大，可廣泛應用于鋼結構防腐、工業設備防腐、混凝土保護、屋面防水保溫、水池防護內襯、工業地坪、城市立交橋防護、港口設施、水電工程、核電工程等領域。我國已經應用噴涂聚脲技術的重要工程有京津高速鐵路、國家奧運場館、洋山深水港、上海世博會場館、上海外灘交通通道、京滬高鐵全線路軌混凝土防護等全面應用了這項先進技術[1]。但在國內外各行業濕法煙氣脫硫（FGD）方面一直處于空白狀態，由于對環境的日益重視以及對大氣污染物排放量的嚴格控制，FGD裝置的高效平穩運行顯得尤為重要，而有效的防腐技術和工藝是煙氣脫硫裝置正常運行的重要保證。

1 聚脲結構組分

噴涂聚脲彈性體（以下簡稱SPUA）是由異氰酸酯組份（簡稱A組份）與氨基化合物（簡稱R組份）反應生成的一種彈性體物質。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、預聚物和半預聚物。預聚物和半預聚物是由端氨基或端羥基化合物與異氰酸酯反應制得。其中的R組份一定是由端氨基樹脂和端氨基擴鏈劑組成，在端氨基樹脂中，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完全不同，SPUA技術使用了端氨基聚醚和液體胺類擴鏈劑作為活潑氫組分(簡稱R組分)，與異氰酸酯組分(簡稱A組分)的反應活性極高，無需任何催化劑，即可在室溫(甚至0℃以下)瞬間完成反應(見反應式)，從而有效地消除噴涂聚氨酯彈性體技術中因環境溫度和濕度的影響而發泡、造成材料性能急劇下降的致命缺點。

2 催化裂化煙氣脫硫項目防腐概況

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域中的一項重要的課題，在濕法煙氣脫硫工藝中，從余熱鍋爐到煙囪出口均存在設備腐蝕問題。FGD主要腐蝕環境在煙氣吸收系統，據研究，吸收系統的腐蝕主要發生在進氣區段、反應區段和煙氣離開吸收系統進入煙囪之前的區段[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，在脫硫過程中對鋼制設備具有很強的腐蝕性，對防腐襯里具有很強的擴散滲透破壞能力。腐蝕的形式多種多樣，主要有:化學腐蝕、電化學腐蝕、結晶腐蝕、磨損腐蝕[4]。因此催化裂化煙氣濕法脫硫系統對材質的耐蝕、耐磨、耐溫、抗滲要求極為嚴格，目前國內外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、無機材料等，但各種材料都有自己的特點，目前還沒有一種材料能滿足整個脫硫系統對材料的要求，無論是金屬材料或復合材料，還是有機材料，無機材料及復合材料，都存在著不同的問題[5]。如金屬及合金鋼防腐材料容易發生點蝕、縫隙腐蝕、電化學腐蝕等，而破壞整個材料，且制造成本高，維護困難；無機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脂，國內目前生產這種涂層的技術主要來自日本或美國，我國自己開發的鱗片和樹脂與國外還存在一定的差距，同時玻璃鱗片防腐涂層要求每年至少定期檢修維護一次，這對長周期運行的催化裂化裝置很不現實。

綜上所述，催化裂化濕法FGD裝置脫硫塔防腐條件惡劣，防腐環境復雜，必須從材料和工藝上進行升級和提升。而被譽為一種新型“萬能”涂裝技術的噴涂聚脲技術近年來在國內外眾多行業得到了廣泛應用和迅速發展，但在煙氣脫硫脫硝方面一直處于空白狀態，它全面突破了傳統環保型涂裝技術的局限，繼承了RIM技術的撞擊混合原理，具有瞬間固化、防腐、防水、熱穩定性能好，施工簡便快捷等優勢[1]。浙江雙嶼實業有限公司自2007年率先將噴涂聚脲彈性體技術成功應用于上海吳涇化工廠110t/h鍋爐煙氣石灰法脫硫脫硝項目脫硫塔內防腐。后經多年的開發與試驗，現已成功應用于國內十多套催化裂化濕法FGD裝置脫硫塔內防腐。

2.2 濕法FGD脫硫塔腐蝕介質

濕法FGD脫硫塔腐蝕介質主要分為氣相介質和液相介質。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；而目前國內催化裂化濕法FGD裝置主要采用鈉法工藝，各典型項目液相循環介質見表1。

從表1可以看出，脫硫塔循環漿液鹽含量極高，固含量高，部分介質含有有機物，SO、SO、S、23C1-、F-的腐蝕，脫硫劑多次循環，高位沖刷，使用溫度多達60 ～ 80℃等，所有可能接觸到飽和煙氣、冷凝液、循環液的塔體均處于該腐蝕環境。同時由于催化裂化裝置運行檢修周期一般為4年，一旦脫硫塔內防腐材料破損脫落，無法及時停車維修，造成塔壁腐蝕穿孔，循環泵堵塞等作業事故。所以要求它的材料應該具有足夠的強度、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應用現狀

得益于2007年SPUA技術在上海吳涇化工廠110t/h鍋爐煙氣石灰法脫硫脫硝項目的成功應用，結合長期以來對應用項目的數據跟蹤和調查研究，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任公司，中石化武漢分公司，中石化荊門分公司，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性能表

圖1 循環泵堵塞

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）技術進行脫硫塔防腐。聚脲材料采用加拿大某公司原裝進口，該材料力學性能詳見表2。

設備開車運行約3-5個月，各催化裂化FGD裝置均不同程度出現了循環泵堵塞現象（圖1所示），開啟人孔發現，塔內聚脲層嚴重脫落（圖2所示）、鼓泡（圖3所示），液體循環部位聚脲層開裂，分層（圖4所示）。

經過多方技術分析，最終認定造成本次同類裝置大面積聚脲涂層脫落的原因為加拿大進口材料本身存在質量問題，具體表現為:①如塔檢查發現，聚脲涂層與塔體鋼殼間附著力不高，后經現場試板檢測結果:附著力為2.24-3.28MPa（均值3.0 MPa），完全達不到材料本身所要求的10.3MPa；②從表2伸長率及撕裂強度參數可知，聚脲層應該具有非常好的柔韌性，但脫落的聚脲涂層表觀現象有發脆、有裂紋等現象。

表3 美國某公司聚脲材料力學性能表

后經各方研究決定，剝落原聚脲襯里，更換材料，采用美國某公司原裝進口聚脲材料對脫硫塔重新噴涂施工，該材料力學性能詳見表3。

從表3可以看出，美國進口材料的各項性能指標明顯提升了許多，但設備在重新施工完開車運行約6-8個月，聚脲涂層再次不同程度的出現了鼓泡，撕裂，剝落等現象，但脆化、開裂等現象明顯得到了改善，損壞面積明顯減少。

經過上述多次的工程問題，我們深刻的知道傳統的SPUA技術已經不適用于催化裂化濕法FGD裝置脫硫塔的防腐，同時我們發現脫硫塔內聚脲涂層鼓泡里存在大量的游離態水，在高溫運行時，體積膨脹，導致聚脲涂層的抗滲透能力降低，引起與塔壁附著力下降，長時間的脫硫漿液循環沖刷，最終導致涂層撕裂，脫落。

通過對國內外十多家聚脲生產商的市場調研和交流，并同時提取樣品進行模擬工況試驗，制取平行試板對其邵氏硬度、拉伸強度、斷裂伸長率、撕裂強度、附著力等主要性能指標進行檢測，發現很難有一種材料能很好的滿足催化裂化濕法FGD裝置脫硫塔的介質環境。因此傳統的聚脲必須經過改性，提高其高溫環境下涂層密度、致密性，防止水分子滲透穿過；保證了不同溫度區間涂層與鋼板的附著力。但同時又不能改變其原有的強度、耐磨、耐蝕性能。浙江雙嶼實業有限公司經過長達10個月的研究試制，并堅持不懈的試驗，開發了改性聚脲材料，編號:ZSS/PU-525，其力學性能指標詳見表4。

表4 改性聚脲（ZSS/PU-525）力學性能表

如表4所述，改性聚脲與鋼板的附著力達到了10MPa，并有效的提高了涂層密度和致密性，增強了涂層的抗滲透能力，同時保持了優異的耐交變溫度，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，至今運行良好，涂層無鼓泡，脫落，撕裂等現象發生，表現出優異的防腐性能。

綜上所述，SPUA技術應用于催化裂化濕法FGD裝置脫硫塔防腐以傳統的聚脲噴涂技術為基礎，同時也有其特殊性和適用性，浙江雙嶼實業有限公司根據其多年的工程實踐經驗，成功開發了ZSS/PU-525系列改性聚脲材料及其噴涂方法，解決了進口材料應用初期所出現的不良現象。日后工作中，需密切跟蹤關注現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提供有效的現實依據。

4 結語

SPUA技術在短短20年間就以其優異的綜合性能而被全世界各行各業廣泛應用，成功案例比比皆是，顯示了其強大的實用價值和經濟效應。由于催化裂化行業煙氣脫硫脫硝項目脫硫塔的工況環境相對比較惡劣，使用介質極為復雜，因此噴涂聚脲在該行業所使用的材料和施工技術要求也比較嚴格，ZSS/PU-525系列改性聚脲材料的成功開發，從根本上解決該環境下脫硫塔的防腐問題。本文通過分析脫硫塔的工況環境和使用介質條件，介紹了催化裂化濕法FGD裝置脫硫的防腐現狀和ZSS/PU-525改性聚脲材料的成功開發，為后續類似工程的施工提供一定的參考和依據，打破了以往脫硫塔只能依附鱗片涂料、襯膠、玻璃鋼涂層等傳統防腐技術，提高了施工效率，降低了材料成本和施工費用，為催化裂化行業環保事業的快速發展提供了強有力的生命線。

[1] 陳遒昌. 噴涂聚脲體技術在國內外的發展[J].上海涂料，2005，47（11）:21-24

[2] 黃微波. 噴涂聚脲彈性體技術[M].北京:化學工業出版社，2005:2

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

[4] 駱文波, 丘紀華. 沙角A電廠煙氣脫硫系統設備的防腐選擇[J].電站系統工程，2003，（1）:4-5

[5] 王海寧, 蔣達華. 濕法煙氣脫硫的防腐機理及防腐技術[J].能源環境保護，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計及施工管理工作。