喷涂聚脲在催化裂化烟气脱硫行业的应用

喷涂聚脲在催化裂化烟气脱硫行业的应用

王宏伟 王家骐 陈怀洲 盛明斌
（浙江双屿实业有限公司，浙江 温州 325029）

本文简述了喷涂聚脲技术的现状、材料组成等情况，通过分析催化裂化烟气脱硫行业脱硫塔的工况环境和使用介质条件，介绍了催化裂化湿法FGD装置脱硫的防腐现状和ZSS/PU-525改性聚脲材料的成功开发，为后续类似工程的施工提供一定的参考和依据。

喷涂聚脲 催化裂化 烟气脱硫 脱硫塔 防腐

0 前言

聚脲是一种采用先进喷涂技术成型，快速固化，具有优异理化性能的弹性体材料，具有对湿度不敏感，不需催化剂快速固化等突出特点。聚脲具有高抗冲击性、高拉伸强度、高伸长率，以及卓越的耐磨、耐老化、耐化学腐蚀和防水性能，可以极大地延长钢结构、混凝土的寿命；它既可作为涂料也可作为衬里使用，是一种集塑料、橡胶、涂料、玻璃钢之大成的产品。喷涂聚脲产品的应用范围日益扩大，可广泛应用于钢结构防腐、工业设备防腐、混凝土保护、屋面防水保温、水池防护内衬、工业地坪、城市立交桥防护、港口设施、水电工程、核电工程等领域。我国已经应用喷涂聚脲技术的重要工程有京津高速铁路、国家奥运场馆、洋山深水港、上海世博会场馆、上海外滩交通通道、京沪高铁全线路轨混凝土防护等全面应用了这项先进技术[1]。但在国内外各行业湿法烟气脱硫（FGD）方面一直处于空白状态，由于对环境的日益重视以及对大气污染物排放量的严格控制，FGD装置的高效平稳运行显得尤为重要，而有效的防腐技术和工艺是烟气脱硫装置正常运行的重要保证。

1 聚脲结构组分

喷涂聚脲弹性体（以下简称SPUA）是由异氰酸酯组份（简称A组份）与氨基化合物（简称R组份）反应生成的一种弹性体物质。异氰酸酯既可以是芳香族的，也可以是脂肪族的。其中的A组份可以是单体、聚合体、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物。预聚物和半预聚物是由端氨基或端羟基化合物与异氰酸酯反应制得。其中的R组份一定是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成，在端氨基树脂中，不得含有任何羟基成分和催化剂，但可以含有便于颜料分散的助剂[2]。

与以往喷涂聚氨酯弹性体技术完全不同，SPUA技术使用了端氨基聚醚和液体胺类扩链剂作为活泼氢组分(简称R组分)，与异氰酸酯组分(简称A组分)的反应活性极高，无需任何催化剂，即可在室温(甚至0℃以下)瞬间完成反应(见反应式)，从而有效地消除喷涂聚氨酯弹性体技术中因环境温度和湿度的影响而发泡、造成材料性能急剧下降的致命缺点。

2 催化裂化烟气脱硫项目防腐概况

2.1 湿法FGD脱硫塔防腐概况

脱硫塔的防腐一直是催化裂化烟气脱硫领域中的一项重要的课题，在湿法烟气脱硫工艺中，从余热锅炉到烟囱出口均存在设备腐蚀问题。FGD主要腐蚀环境在烟气吸收系统，据研究，吸收系统的腐蚀主要发生在进气区段、反应区段和烟气离开吸收系统进入烟囱之前的区段[3]。烟灰中含有的SO2、SO3、NOx、盐雾及催化剂等都是腐蚀源，其中SO2、SO3及其盐类是腐蚀主体，在脱硫过程中对钢制设备具有很强的腐蚀性，对防腐衬里具有很强的扩散渗透破坏能力。腐蚀的形式多种多样，主要有:化学腐蚀、电化学腐蚀、结晶腐蚀、磨损腐蚀[4]。因此催化裂化烟气湿法脱硫系统对材质的耐蚀、耐磨、耐温、抗渗要求极为严格，目前国内外FGD脱硫塔普遍采用的防腐材料有:合金钢、玻璃鳞片涂料、橡胶材料、玻璃钢、无机材料等，但各种材料都有自己的特点，目前还没有一种材料能满足整个脱硫系统对材料的要求，无论是金属材料或复合材料，还是有机材料，无机材料及复合材料，都存在着不同的问题[5]。如金属及合金钢防腐材料容易发生点蚀、缝隙腐蚀、电化学腐蚀等，而破坏整个材料，且制造成本高，维护困难；无机类材料防腐耐磨耐温较好，但弊端较多，综合性能差，大面积施工困难；玻璃鳞片涂料的耐蚀耐温等性能取决于合成树脂，国内目前生产这种涂层的技术主要来自日本或美国，我国自己开发的鳞片和树脂与国外还存在一定的差距，同时玻璃鳞片防腐涂层要求每年至少定期检修维护一次，这对长周期运行的催化裂化装置很不现实。

综上所述，催化裂化湿法FGD装置脱硫塔防腐条件恶劣，防腐环境复杂，必须从材料和工艺上进行升级和提升。而被誉为一种新型“万能”涂装技术的喷涂聚脲技术近年来在国内外众多行业得到了广泛应用和迅速发展，但在烟气脱硫脱硝方面一直处于空白状态，它全面突破了传统环保型涂装技术的局限，继承了RIM技术的撞击混合原理，具有瞬间固化、防腐、防水、热稳定性能好，施工简便快捷等优势[1]。浙江双屿实业有限公司自2007年率先将喷涂聚脲弹性体技术成功应用于上海吴泾化工厂110t/h锅炉烟气石灰法脱硫脱硝项目脱硫塔内防腐。后经多年的开发与试验，现已成功应用于国内十多套催化裂化湿法FGD装置脱硫塔内防腐。

2.2 湿法FGD脱硫塔腐蚀介质

湿法FGD脱硫塔腐蚀介质主要分为气相介质和液相介质。催化裂化装置再生烟气中含有大量的SOx、NOx以及催化剂粉尘；而目前国内催化裂化湿法FGD装置主要采用钠法工艺，各典型项目液相循环介质见表1。

从表1可以看出，脱硫塔循环浆液盐含量极高，固含量高，部分介质含有有机物，SO、SO、S、23C1-、F-的腐蚀，脱硫剂多次循环，高位冲刷，使用温度多达60 ～ 80℃等，所有可能接触到饱和烟气、冷凝液、循环液的塔体均处于该腐蚀环境。同时由于催化裂化装置运行检修周期一般为4年，一旦脱硫塔内防腐材料破损脱落，无法及时停车维修，造成塔壁腐蚀穿孔，循环泵堵塞等作业事故。所以要求它的材料应该具有足够的强度、良好的塑性、良好的抗腐蚀性以及耐磨损能力。

3 SPUA在催化裂化烟气脱硫行业应用现状

得益于2007年SPUA技术在上海吴泾化工厂110t/h锅炉烟气石灰法脱硫脱硝项目的成功应用，结合长期以来对应用项目的数据跟踪和调查研究，2012年-2014年，我们先后在中石化胜利油田有限公司，中石化沧州分公司，中石化青岛石油化工有限责任公司，中石化武汉分公司，中石化荆门分公司，中石化九江分公司，中石化广州分公司等单位催化裂化湿法

表2 加拿大某公司聚脲材料力学性能表

图1 循环泵堵塞

图2 聚脲层脱落

图3 聚脲层鼓泡

图2 聚脲层脱落

FGD装置采用喷涂聚脲弹性体（SPUA）技术进行脱硫塔防腐。聚脲材料采用加拿大某公司原装进口，该材料力学性能详见表2。

设备开车运行约3-5个月，各催化裂化FGD装置均不同程度出现了循环泵堵塞现象（图1所示），开启人孔发现，塔内聚脲层严重脱落（图2所示）、鼓泡（图3所示），液体循环部位聚脲层开裂，分层（图4所示）。

经过多方技术分析，最终认定造成本次同类装置大面积聚脲涂层脱落的原因为加拿大进口材料本身存在质量问题，具体表现为:①如塔检查发现，聚脲涂层与塔体钢壳间附着力不高，后经现场试板检测结果:附着力为2.24-3.28MPa（均值3.0 MPa），完全达不到材料本身所要求的10.3MPa；②从表2伸长率及撕裂强度参数可知，聚脲层应该具有非常好的柔韧性，但脱落的聚脲涂层表观现象有发脆、有裂纹等现象。

表3 美国某公司聚脲材料力学性能表

后经各方研究决定，剥落原聚脲衬里，更换材料，采用美国某公司原装进口聚脲材料对脱硫塔重新喷涂施工，该材料力学性能详见表3。

从表3可以看出，美国进口材料的各项性能指标明显提升了许多，但设备在重新施工完开车运行约6-8个月，聚脲涂层再次不同程度的出现了鼓泡，撕裂，剥落等现象，但脆化、开裂等现象明显得到了改善，损坏面积明显减少。

经过上述多次的工程问题，我们深刻的知道传统的SPUA技术已经不适用于催化裂化湿法FGD装置脱硫塔的防腐，同时我们发现脱硫塔内聚脲涂层鼓泡里存在大量的游离态水，在高温运行时，体积膨胀，导致聚脲涂层的抗渗透能力降低，引起与塔壁附着力下降，长时间的脱硫浆液循环冲刷，最终导致涂层撕裂，脱落。

通过对国内外十多家聚脲生产商的市场调研和交流，并同时提取样品进行模拟工况试验，制取平行试板对其邵氏硬度、拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、附着力等主要性能指标进行检测，发现很难有一种材料能很好的满足催化裂化湿法FGD装置脱硫塔的介质环境。因此传统的聚脲必须经过改性，提高其高温环境下涂层密度、致密性，防止水分子渗透穿过；保证了不同温度区间涂层与钢板的附着力。但同时又不能改变其原有的强度、耐磨、耐蚀性能。浙江双屿实业有限公司经过长达10个月的研究试制，并坚持不懈的试验，开发了改性聚脲材料，编号:ZSS/PU-525，其力学性能指标详见表4。

表4 改性聚脲（ZSS/PU-525）力学性能表

如表4所述，改性聚脲与钢板的附着力达到了10MPa，并有效的提高了涂层密度和致密性，增强了涂层的抗渗透能力，同时保持了优异的耐交变温度，耐磨损，耐冲击等性能。改性聚脲材料于2015年8月在中石化沧州炼化、中石化青岛石油化工有限责任公司、中石化武汉分公司催化裂化湿法FGD装置喷涂施工完成，至今运行良好，涂层无鼓泡，脱落，撕裂等现象发生，表现出优异的防腐性能。

综上所述，SPUA技术应用于催化裂化湿法FGD装置脱硫塔防腐以传统的聚脲喷涂技术为基础，同时也有其特殊性和适用性，浙江双屿实业有限公司根据其多年的工程实践经验，成功开发了ZSS/PU-525系列改性聚脲材料及其喷涂方法，解决了进口材料应用初期所出现的不良现象。日后工作中，需密切跟踪关注现有各脱硫塔的聚脲涂层使用工况及效果，为ZSS/ PU-525系列改性聚脲材料性能的提高和新材料的研发提供有效的现实依据。

4 结语

SPUA技术在短短20年间就以其优异的综合性能而被全世界各行各业广泛应用，成功案例比比皆是，显示了其强大的实用价值和经济效应。由于催化裂化行业烟气脱硫脱硝项目脱硫塔的工况环境相对比较恶劣，使用介质极为复杂，因此喷涂聚脲在该行业所使用的材料和施工技术要求也比较严格，ZSS/PU-525系列改性聚脲材料的成功开发，从根本上解决该环境下脱硫塔的防腐问题。本文通过分析脱硫塔的工况环境和使用介质条件，介绍了催化裂化湿法FGD装置脱硫的防腐现状和ZSS/PU-525改性聚脲材料的成功开发，为后续类似工程的施工提供一定的参考和依据，打破了以往脱硫塔只能依附鳞片涂料、衬胶、玻璃钢涂层等传统防腐技术，提高了施工效率，降低了材料成本和施工费用，为催化裂化行业环保事业的快速发展提供了强有力的生命线。

[1] 陈遒昌. 喷涂聚脲体技术在国内外的发展[J].上海涂料，2005，47（11）:21-24

[2] 黄微波. 喷涂聚脲弹性体技术[M].北京:化学工业出版社，2005:2

[3] 王天堂, 陆士平. VEGF鳞片胶泥在烟气脱硫装置中的应用[J].电力环境保护.2002.18（4）:42-45

[4] 骆文波, 丘纪华. 沙角A电厂烟气脱硫系统设备的防腐选择[J].电站系统工程，2003，（1）:4-5

[5] 王海宁, 蒋达华. 湿法烟气脱硫的防腐机理及防腐技术[J].能源环境保护，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

王宏伟（1986-），男，甘肃庆阳人，工程师，本科，主要从事烟气脱硫脱硝及污水处理工程的设计及施工管理工作。