VEGF-FR化學(xué)阻燃玻璃鱗片膠泥性能及應(yīng)用研究

（上海富晨化工有限公司，上海，200235）

摘要：今年來我國的煙氣脫硫脫硝工作進(jìn)入新階段，但是安全形勢也更嚴(yán)峻，時(shí)有吸收塔火災(zāi)發(fā)生。本文從安全事例出發(fā)，引出安全生產(chǎn)和材料安全的重要性，進(jìn)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(xué)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(chǎn)工藝比較簡單，生產(chǎn)成本也比較低，但是耐腐和力學(xué)性能比較差，不適合脫硫設(shè)備，酸池等重防腐領(lǐng)域；反應(yīng)型的阻燃鱗片膠泥在力學(xué)性能，防腐性能，阻燃性能都比較優(yōu)異，能夠滿足脫硫系統(tǒng)、化工設(shè)備等重防腐的工況要求。最后給出化學(xué)阻燃型膠泥(VEGF-FR)應(yīng)該成為脫硫系統(tǒng)的首選材料的建議，為我國的脫硫防腐領(lǐng)域的阻燃型鱗片膠泥選擇提供重要參考。

關(guān)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(jìn)展，先后從國外引進(jìn)了各種類型的煙氣脫硫技術(shù)，并已投入運(yùn)行。但隨著從國外引進(jìn)的各種類型的煙氣脫硫技術(shù)中的脫硫及脫硝系統(tǒng)的投入應(yīng)用，濕法煙氣脫硫技術(shù)目前廣泛應(yīng)用于各大、中型火電廠，是國內(nèi)外火電、鋼鐵、有色冶煉及水泥等行業(yè)煙氣脫硫的主導(dǎo)工藝技術(shù)，從國內(nèi)外較長的工程應(yīng)用實(shí)踐來看，脫硫塔，煙道，煙囪等設(shè)備采用碳鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)襯鱗片膠泥的防腐形式已經(jīng)成為首選^[1]。但隨著對于安全生產(chǎn)的重視和工程案例的累積，逐漸顯露出我國的相關(guān)安全生產(chǎn)知識和經(jīng)驗(yàn)相對不足，同時(shí)也顯露出脫硫和脫硝系統(tǒng)本身存在的問題，需要不斷的對其進(jìn)行改進(jìn)。脫硫技術(shù)最早應(yīng)用于電廠煙氣，濕法煙氣脫硫技術(shù)是目前電廠應(yīng)用最多的脫硫技術(shù)^[2]。為了除去煙氣中的二氧化硫以及氮氧化物，目前出現(xiàn)了很多較為成熟的脫硫脫硝一體化技術(shù)，而脫硫吸收塔是脫硫一體化的重要建筑結(jié)構(gòu)。在脫硫檢修過程中，吸收塔筒壁內(nèi)壁有防腐層，防腐材料多為玻璃鱗片膠泥（VEGF），在進(jìn)行塔體修復(fù)焊接作業(yè)時(shí)極容易引起火災(zāi)；在管路作業(yè)時(shí)，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(fā)，燃點(diǎn)很低的物質(zhì)，膠板也是易燃物質(zhì)，稍有疏漏，就會發(fā)生火災(zāi)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全國已發(fā)生了脫硫吸收塔失火事故二十多起，既造成了重大經(jīng)濟(jì)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(yè)的廣泛應(yīng)用，針對近些年出現(xiàn)的一些鱗片膠泥著火事故。電廠、鋼廠等業(yè)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(yīng)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(xué)性，優(yōu)異的防腐蝕和耐高溫性能^[3]。目前在多個(gè)行業(yè)均得到廣泛的應(yīng)用，尤其在電力環(huán)保行業(yè)，更是被廣泛認(rèn)可。

經(jīng)過較長周期的運(yùn)行后，很多脫硫設(shè)備存在檢修，維護(hù)，技改擴(kuò)建情況。而這些工程施工過程中，因交差作業(yè)導(dǎo)致鱗片膠泥著火的事故經(jīng)常發(fā)生。僅僅在2017年5到11月短短半年之內(nèi)，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(yī)藥高新區(qū)濱某企業(yè)在建脫硫塔著火；

2017年11月2日，西安某熱力脫硫塔發(fā)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(jì)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(shù)電廠都已采用取消旁路的運(yùn)行方式。這樣煙囪與吸收塔串聯(lián)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(yán)密性的限制，脫硫系統(tǒng)的吸收塔內(nèi)部在停運(yùn)檢修期間多為負(fù)壓狀態(tài)，因此聯(lián)通至吸收塔的管路在焊接作業(yè)時(shí)，當(dāng)有焊渣或產(chǎn)生明火時(shí)極容易被吸入到吸收塔內(nèi)的易燃物上，如除霧器模塊（FRP材質(zhì)易燃）、除霧器沖洗管路（FRP材質(zhì)易燃）、塔壁防腐（玻璃鱗片）、氧化風(fēng)管路（環(huán)氧樹脂易燃），而在塔外施工的檢修人員不容易及時(shí)發(fā)現(xiàn)，從而導(dǎo)致火災(zāi)的發(fā)生。

在此建議,以上區(qū)域應(yīng)盡可能采用阻燃型材料,尤其塔壁內(nèi)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(fā)的易燃風(fēng)險(xiǎn)。

（2）施工區(qū)未能實(shí)行全封閉式隔離 。以往吸收塔火災(zāi)失事調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在吸收塔周邊10米內(nèi)，在技術(shù)改造或局部維修過程中，沒有實(shí)行全封閉式隔離。周圍有動火工作時(shí)，沒有采取有效隔離措施，致使明火與易燃的揮發(fā)氣體接觸造成火災(zāi)。這中情況屬于工程施工不規(guī)范、技術(shù)控制不嚴(yán)格所造成。

因此,在條件和工期允許的情況下,應(yīng)盡可能的做好隔離工作,避免交叉施工作業(yè)。

（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(jìn)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(rèn)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(zé)任，更沒有制定防止火災(zāi)事故的安全措施。另外、施工人員缺乏安全教育和培訓(xùn)安全監(jiān)察人員和技術(shù)人員沒有對施工人員進(jìn)行安全技術(shù)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(shù)。

由此可見,管理人員的安全意識亟待提高,并應(yīng)高度重視起來,同時(shí)現(xiàn)場監(jiān)管和施工人員的安全教育工作要加強(qiáng)和貫徹落實(shí)。

（4）此外還要提到一點(diǎn)，在脫硫脫硝系統(tǒng)調(diào)試時(shí)還會發(fā)生氨的泄漏問題、氨區(qū)易著火易爆炸問題。對待此類問題應(yīng)加強(qiáng)教育傳授防火防爆防護(hù)知識，氨區(qū)部門工作人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)后才可上崗工作。領(lǐng)導(dǎo)人員應(yīng)做好調(diào)度，組建事故應(yīng)急小組，事故一旦發(fā)生應(yīng)及時(shí)救援減小損失。 

這些著火事故給安全生產(chǎn)造成了極大的財(cái)產(chǎn)、人員傷亡等巨大損失。當(dāng)時(shí)這些項(xiàng)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?yàn)楹附觿踊鸬仍蛞鸬幕馂?zāi)事故。鱗片膠泥的阻燃化已勢在必行，業(yè)主、設(shè)計(jì)院和環(huán)保公司等單位對此也越來越關(guān)注。安全是一，其他一切都是零。只有提供安全穩(wěn)妥的材料，才能保證工程的順利進(jìn)行，同時(shí)也能保證設(shè)備可靠運(yùn)行。由此可見，采用阻燃型鱗片膠泥是非常有必要的，設(shè)計(jì)院、業(yè)主和環(huán)保公司等對此也應(yīng)予以關(guān)注和重視，值得欣慰的是，目前在有些項(xiàng)目的招標(biāo)條文中已作出明文作出規(guī)定,選擇阻燃型玻璃鱗片膠泥作為防腐材料，因?yàn)橹挥刑峁┌踩€(wěn)妥的材料，工程的順利進(jìn)行和質(zhì)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(shí)現(xiàn)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(tuán)，俗稱反應(yīng)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(yīng)型阻燃鱗片膠泥

反應(yīng)型阻燃鱗片膠泥（涂料）VEGF-FR（Fire Resistant）是采用化學(xué)阻燃型乙烯基酯樹脂調(diào)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(jī)填料的加入使鱗片膠泥能更加優(yōu)于原成膜樹脂的阻燃性。成膜樹脂是采用溴化環(huán)氧乙烯基酯樹脂合成（如FUCHEM892A樹脂，主體結(jié)構(gòu)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(shí)生成的鹵素自由基具有非揮發(fā)性和低遷移性，容易在燃燒的表面對氧氣產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(shí)，溴元素的引入更是提高了較常規(guī)的鱗片膠泥更好的防腐蝕性能。這類型樹脂作為原料生產(chǎn)出了鱗片膠泥相比較常規(guī)的鱗片膠泥，無機(jī)填料沒有增加，玻璃鱗片的比例沒有降低，有效保證了力學(xué)強(qiáng)度和耐腐蝕性。

表1 FUCHEM892樹脂的阻燃特性

Table 1 Flame retardancy of FUCHEM892 VER

這一類型阻燃鱗片膠泥的優(yōu)點(diǎn)是，阻燃性能優(yōu)，力學(xué)強(qiáng)度好，防腐、抗?jié)B透性能佳。 該類產(chǎn)品不僅具有常規(guī)的乙烯基玻璃鱗片的特點(diǎn)，主要具有以下特點(diǎn):

(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(huán)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(huán)氧樹脂涂料高6-15倍，比普通環(huán)氧FRP高4倍。

(3)鱗片涂層具有較強(qiáng)的粘結(jié)強(qiáng)度，不僅指樹脂基體與其中的玻璃鱗片之間的粘結(jié)強(qiáng)度較高，而且鱗片涂層與基材之間的粘結(jié)強(qiáng)度高，同時(shí)鱗片涂層不易產(chǎn)生龜裂、分層或剝離，附著力和沖擊強(qiáng)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(shù)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(shù)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(huán)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(kuò)散趨勢小，易于修復(fù)。

(6)具有適中的造價(jià)。與當(dāng)前FGD裝置中的其它選材：鈦復(fù)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(jià)比。

(7)工藝性較好。由于鱗片涂層的固體成份和添加劑根據(jù)需要可以調(diào)節(jié)配比，使涂料能適應(yīng)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(shí)間的長短。

(8)阻燃性能優(yōu)異。 完全滿足UL-94標(biāo)準(zhǔn)的V0級阻燃性能。

3.2 添加型阻燃鱗片膠泥

目前，一些國內(nèi)廠家由于考慮因素和技術(shù)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(diǎn)：實(shí)現(xiàn)阻燃性能的原材料成本較低，生產(chǎn)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(shù)達(dá)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(xué)強(qiáng)度，缺少了玻璃鱗片的迷宮效應(yīng)，降低了抗?jié)B透性能；同時(shí)在高溫和化學(xué)作用下，填料可以分解或被腐蝕。其跟硫酸的反應(yīng)方程式為：

2Al(OH)₃ +3H₂SO₄ = Al₂(SO4)₃ + 3H₂O

氫氧化鋁的加入，導(dǎo)致這一類型的鱗片膠泥在酸性環(huán)境下耐腐蝕性能比較差，不適合作為脫硫系統(tǒng)內(nèi)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(dá)到配制化學(xué)阻燃鱗片膠泥，但這些助劑是游離型的，不參加化學(xué)反應(yīng)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(xué)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(jià)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(guī)玻璃鱗片膠泥、反應(yīng)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(guān)性能的檢測數(shù)據(jù)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

綜合表2中的檢測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，再結(jié)合三種類型玻璃鱗片膠泥的成本，總結(jié)不同類型鱗片膠泥的特點(diǎn)如表3。

表3 不同類型鱗片膠泥特點(diǎn)對比

Table 3   Advantages and disadvantages of different types of VEGF

綜上分析研究表明：常規(guī)鱗片膠泥的防腐和力學(xué)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(chǎn)工藝比較簡單，生產(chǎn)成本也比較低，但是耐腐和力學(xué)性能比較差；不適合脫硫設(shè)備，酸池等重防腐領(lǐng)域。反應(yīng)型的阻燃鱗片膠泥在力學(xué)性能，防腐性能，阻燃性能都比較優(yōu)異；能夠滿足脫硫系統(tǒng)、化工設(shè)備等重防腐的工況要求。

5 結(jié)  論

目前在環(huán)保高壓態(tài)勢下，環(huán)保項(xiàng)目正緊鑼密鼓的開展。防腐蝕施工作為環(huán)保項(xiàng)目中重要的一環(huán)。在保證防腐材料的耐腐質(zhì)量，緊盯施工質(zhì)量的同時(shí)，施工的安全極為重要。選擇防腐質(zhì)量可靠，又具備阻燃性的防腐材料尤為重要。化學(xué)阻燃型膠泥(VEGF-FR)應(yīng)該成為脫硫系統(tǒng)的首選材料。目前這一類型的材料在國內(nèi)的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛。光筆者調(diào)研了解的在廣東汕尾某電廠脫硫和濕電系統(tǒng)，廣東茂名某電廠脫硫和濕電系統(tǒng)，江蘇南通某電廠脫硫和濕電系統(tǒng)，河北邯鄲某鋼廠的燒結(jié)機(jī)脫硫系統(tǒng)中成功使用。

另外即使脫硫項(xiàng)目中選擇了阻燃的鱗片膠泥，在項(xiàng)目管理工作也應(yīng)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?jiǎng)踊?。為確保萬無一失，施工過鱗片膠泥的部位進(jìn)行動火，也應(yīng)該按照施工規(guī)范先打磨掉做好的涂層，設(shè)定合理的安全隔絕距離，在做好完善的防火措施后再進(jìn)行動火作業(yè)，徹底杜絕火電廠脫硫吸收塔等的各類火災(zāi)事故。 

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[5] 朱汝菁. 添加型阻燃不飽和聚酯樹脂的性能研究[D]. 東華大學(xué), 2013.

STUDY ON PROPERTIES AND APPLICATION OF VEGF-FR CHEMICAL FLAME-RETARDANT GLASS FLAKE PASTE

Deng Mingjie, Pan Hanchun, Wang Tiantang, Zeng Shao

(Shanghai Fuchen Chemical Co., Ltd., Shanghai, 200235)

Abstract: China's flue gas desulfurization and denitrification work has entered a new stage this year, but the security situation is even more serious. Starting from safety cases, the importance of safety production and material safety is pointed out, and the necessity of increasing flame-retardant function of glass flake clay is further explained. The flame-retardant scale paste has chemical flame retardancy and flame retardant type. Through the analysis and study of these two kinds of flame retardants, the chemical flame retardant plaster (VEGF-FR) should be the first choice for the desulfurization system, which provides an important reference for the selection of flame-retardant scale film in the field of desulfurization and corrosion prevention in China.

Key words: VEGF-FR; Anticorrosion of FGD; flame-retardant glass flake clay