摘 要 本文通过对尿素造粒塔各种腐蚀机理的分析,采取相对应的防腐蚀方法,并对防腐蚀施工工序进行了细致的论述。
关键词 腐蚀机理 破坏因素 施工 玻璃钢 低弹膜树脂
1 前 言
我国目前的尿素造粒塔均为水泥钢筋混凝土结构,直径一般为9m、12m、20m等几种。我国自20世纪60年代开始建设了一大批中型氮肥厂,但造粒塔的内外防腐蚀,尤其是内防腐蚀问题,一直未彻底解决。特别是近年来,一些小氮肥改中氮肥,造粒塔承受的生产能力加大、负荷加重,防腐蚀问题尤显突出。我公司通过十几年的实践探索,在造粒塔内外防腐蚀方面取得了较为成功的经验,在此我对尿素造粒塔的防腐蚀问题进行综合论述。
2 造粒塔被腐蚀的机理
干燥的尿素结晶一般对水泥沙浆和混凝土没有腐蚀作用,但尿素极易溶于水,经测定,其溶解度约为51•8%,其溶液具有较强的浸透性,特别对于多孔性材料,而造粒塔正是多孔性水泥混凝土构筑物。在尿素生产中,造粒塔的旋转喷头在喷淋时,会有部分尿素附于塔内壁,即所谓的“粘塔”。这些尿素在空气湿度增大或冲塔时,就以尿素溶液的形式渗入到混凝土结构中。当尿液的水分蒸发后,尿素便以针状或棱棒状结晶残存于混凝土结构中,其结晶后的体积是尿液体积的1•67~1•93倍,在混凝土结构孔隙中形成很大的膨胀力。这个过程随时间的推移而反复进行,其结晶形成的膨胀力也越来越大,当膨胀力超过了混凝土的受力极限时,就会使混凝土结构发生膨胀拱起,出现裂纹并疏松、剥落而形成新的塔壁界面,以上过程重复发生,就会使造粒塔壁不断的腐蚀下去。同时,混凝土层的剥落必然使其中的钢筋结构暴露于化工大气
中,而尿素呈微碱性,且极易吸潮,附于钢筋上后,更加速腐蚀的进行,从而形成双重腐蚀。另
外,对造粒塔的腐蚀因素还有nh4、co2等,但其作用甚微,在此不多述。
3 对塔体防腐蚀层破坏因素的分析
通过多年对比研究,我们发现对防腐蚀层的寿命破坏因素主要有3点,即附着力、耐蚀性、抗粘塔能力。
3•1 附着力
从表面张力及范德华力可见,现在使用的大多数防腐蚀涂料在混凝土结构表面都有良好的浸润性,能良好的附于其表面,但多数造粒塔表面都有不同程度的破坏。主要原因是对于老塔,主要是渗入混凝土结构的尿素;对于新塔,主要是水泥凝固过程中生成的碱[主要成分是ca (oh)2],经过对部分新塔的测定,其表面ph值达9~12。碱的存在,第一减少了涂层的附着力,第二破坏了涂层的防腐蚀性能。
3•2 耐蚀性
涂料的耐蚀性能主要体现在3个方面,即耐介质的腐蚀性、耐温性及抗渗性。通过测定,造粒塔喷头喷出的熔融尿液温度为140℃,高温区塔壁表面温度也达70~80℃,因此,此处的防腐蚀涂料应区别于其他部位,应当耐一定的高温。对于造粒塔,其耐蚀性主要表现为耐渗性。若所选涂料抗渗性差,就会出现以上所说的尿素浸入结晶而腐蚀混凝土结构。因此,要求防腐蚀层要有良好的抗渗性。
3•3 抗粘塔能力
熔融尿液在从旋转喷头喷出过程中,会有一部分附于塔内壁凝结成块,日积月累,形成尿素结块,其重达几百公斤至几吨。当附着力小于其重力时,就会在重力作用下脱离塔壁而坠落,这一过程中,很易造成内层玻璃钢(或其他防腐层)的撕脱,从而破坏塔体内部的整体防腐蚀性能。由此可见,对于造粒塔内壁的耐蚀层要具有良好的附着力,并要有一定的平整性,即应具有一定的光洁度,使尿液不易粘塔,即使粘塔,也容易在形成大块之前脱落。综上所述,防腐蚀涂料的以上3个性能,缺一不可。所以,要求对涂料严格选材,以达到最佳防腐蚀效果。
4 防腐蚀施工
4•1 吊笼的组装
4•1•1 机具材料 吊笼组装件块,卷扬机(5~10t)两台及附属滑轮、钢丝绳、对讲机(或电
话)。其中,吊笼组装件是一个直径小于塔内壁的吊篮,下部为型钢焊接而成的大托盘。组装好后,铺上架板,盖上苇席。在施工时,把施工用料放于吊篮中间,施工人员站在四周。为了安全,吊篮周围必须焊上牢固的围栏。施工中用卷扬机控制吊篮的升降。
4•1•2 塔内组装
(1)于塔内下料斗处搭建一组吊笼的操作平台。平台必须牢固、安全,以确保组装时的安全。
吊笼组件分块由造粒塔下部风罩吊入塔内,用螺丝连接组对成整体,然后再整体加固,铺设好架板并检验架板绑扎是否牢固。
(2)在塔上部钢梁处选点挂好滑轮组,把钢丝绳与吊笼连接牢固并确保无任何松动。
(3)吊笼组装好后应满足以下条件:吊笼外径与塔内直径差应≤100mm;吊笼水平面倾斜度应≤
5°;整体平稳、牢固,配载各物无松滑现象。吊笼组装完毕后,吊具应安装齐备并检查确定后,要试运行2~3个行程,在运行过程中检查各个环节,有问题及时解决处理,以确保以后施工的
安全。
4•2 施工工艺
造粒塔内防腐蚀施工过程基本为:塔内表层清理→刷环氧底漆1道→打环氧腻子抹平,找齐塔内壁凹凸不平之处,并在较大拐角处抹出均匀、平整的倒角→旋转喷头以上部位连续贴环氧玻璃钢两层,再连续贴环氧呋喃玻璃钢两层→旋转喷头以下部位(6~8m处)连续贴环氧呋喃玻璃钢4层→塔内其他部位连续贴4层环氧树脂玻璃钢→整体修整→刷3道环氧树脂面漆。另外,造粒塔内壁清理工序及环氧腻子的调配介绍如下。
(1)对于旧塔,首先要喷石英砂处理内表面,打掉内壁酥松、含尿素高的已腐蚀表面,直至暴露出坚硬的混凝土结构为止,然后用清水彻底冲洗1~2遍,自然晾干或烘干。因是旧塔,被尿素长时间侵蚀较严重,晾干或烘干后还会有部分地方有尿液结晶析出现象,这就要进行人工喷烤塔内壁,即火焰喷烤。具体作法为用喷灯(煤油或酒精)或气焊喷枪沿塔壁仔细喷烤(注意不能把混凝土结构烤坏,同时要十分注意防火防爆)。这种方法既可使塔内壁含水量达到施工要求的<6%,又能使塔内壁表层微小的尿素结晶经高温分解掉,从而保证贴玻璃钢后的施工质量;
(2)对于新塔,施工方法为:自制洗碱液2~3t (此料可根据本地化工原料情况酌情配置,但酸
浓度不能太高),冲洗1~3次,再用清水冲洗2~3次。使新的混凝土结构表面泛碱现象得以消除,并确保洗碱液冲洗干净,以免影响施工质量。然后让塔壁自然晾干或烘干;
(3)调配环氧腻子时,应在组分中加入足够的填料,其量为树脂的2~2•5倍,这样可以降低树脂的收缩,减少或避免应力开裂,并增加涂料与基体之间的粘结力。有条件时还可以加入石棉绒、短切有机纤维及玻璃纤维作增强材料,以防应力开裂与脱层。
4•3 施工用料
(1)树脂: 6101#环氧树脂、呋喃树脂。
(2)固化剂:己二胺(工业品)、703#聚酰胺树脂固化剂。
(3)稀释剂;丙酮或乙醇。
(4)填料; 80 ~ 90目石英粉、140目辉绿岩粉。
(5)玻璃布; ew500 (无碱无捻布-500)或国产无碱无捻纱-8-40/60玻璃丝布。这里,也可以用性能更优越的低弹膜树脂代替普通环氧树脂。低弹膜树脂是近年来冶金部建筑研究总院研究的新产品,是在普通环氧树脂中添加含官能团的高聚物所组成。这种高聚物既与树脂有良好的相容性,又能与环氧树脂起反应,并能成为固通环氧树脂玻璃钢的应力集中现象得到缓解,而应力传递能力却大大提高,其抗变形、抗断裂等能力比普通环氧树脂有较大的提高。河北兴隆化肥厂1992年新建9m造粒塔即采用这种树脂,至今完好无损。若在湿度较大或温度较低的环境里施工,固化剂可使用t- 31,其可以在高温(相对湿度>80%)及低温(0℃左右)的环境下使环氧树脂良好固化。
4•4 玻璃钢衬贴方法
造粒塔内壁玻璃钢衬贴一般采用多层连续衬贴工艺方法①,将“三无”玻璃布裁成1•5m长的段以备用,把调配好的树脂胶液均匀涂刷在衬贴部位,然后采用鱼鳞式横向搭接法贴衬玻璃布,每块玻璃布搭茬半幅,这样衬贴下来就相当于贴两层了。上下搭茬在100mm/m左右,自上而下依序贴衬。衬贴应注意使树脂浸透纤维布,并从布的中间向两边赶出气泡,贴实衬布且不允许衬布有褶皱和白点存在,同时上茬口压下茬口不能出现毛茬或翘边现象。整体衬贴完毕后,应涂刷1道面漆,这时面漆中要多加一些石英粉或辉绿岩粉,等头道面漆固化后,再涂刷第二道面漆,第二道漆要少加一些填料,第三道面漆不加填料。
4•5 塔内最上层封边的处理
造粒塔顶部封边,过去多采用铝板向下延伸,遮盖一部分玻璃钢,这种方法经长时间观测,存在
很大的弊端。因为铆焊铝板时,首先应预埋铝铆固筋,一般造粒塔都为一次性预埋,以后很少更换,也不易更换,而铝为两性金属,只适用于4•5<ph<8•5的范围内,一般混凝土的ph值都大于8•5。这样,经长时间腐蚀,铝铆固筋就会失去强度,造成铝板脱落,进而造成粘塔,撕脱玻璃钢。同时,预埋铝固筋腐蚀后,必然会出现裂缝隙,使尿素进入,加速混凝土结构的腐蚀。因此,应把预埋件及铝板改成不锈钢件。
5 造粒间、造粒塔顶部及造粒塔外壁的防腐蚀这些部位虽然不直接接触尿素,但其壁面及沿
口处经常存积尿素粉尘,长时间积累,吸湿、雨水溶解,都会造成对混凝土结构的腐蚀破坏。对于这些部位的防腐蚀,目前国内一般有两种方法。第一种是在其外表壁直接涂刷6道氯磺化聚乙烯涂料。这种方法的优点是施工较方便,也便于以后及时修补脱落的防腐蚀层。缺点是耐蚀时间较短。兖矿鲁南化肥厂第一氮肥厂造粒塔用此方法,通过对其观察,耐蚀时间约4~6年,涂层即脱落,部分混凝土结构有尿素结晶渗出现象。这一时期后,必须重新防腐蚀。第二种方法为采用阳离子氯丁胶乳防腐蚀沙浆抹面。阳离子氯丁胶乳是近年来在构筑物防腐蚀方面推广应用的新材料,由青岛生产。以2•5份清水和425号普通硅酸盐水泥混合,然后加适量的氯丁胶配置的防腐蚀沙浆涂抹混凝土结构表面,其在混凝土表面有很强的附着力。混合物沙浆经脱水氧化后,逐步完成交链与混凝土形成一个完整的橡胶网膜,从而封闭混凝土内部的毛细孔,有效地阻止尿素水溶液的浸入,起到防腐蚀的作用。对于新建造粒塔,可在土建施工时完成乳胶沙浆的防腐蚀抹面,一般为10mm左右,也可采用涂抹乳胶之后再涂刷防腐蚀涂料(涂料各类型不一)的作法,进一步加强防腐蚀效果。另外,也可采取浇注塔体时加入“ri-i系钢筋阻锈剂”的方法。该阻锈剂是冶金部建筑研究总院研制的。将阻锈剂按2%~4%掺入混凝土中,可起以下作用:
(1)具有减水、密实和提高混凝土强度的综合效能,改善和提高混凝土的自身防护能力,可取代
其他品种的混凝土减水剂。
(2)使钢筋表面钝化,延缓钢筋锈蚀速度6倍左右。
(3)采用该阻锈剂,造粒塔壁密实度可明显提高,其外壁无须刷防腐蚀涂料,可减少一次性防腐蚀投资50%~70%,简化了施工工艺,大大加快工程进度。
工的一般介绍,这些方法较普及,施工相对简单、效果较好、耐蚀时间较长。当然,国内外还有一些较先进的防腐蚀施工方法,其科技含量较高,耐蚀时间更长,但成本较高,施工工序较复杂工期长,在此不多述。
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