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工业污废水池防腐蚀工艺及防腐蚀失效探讨

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-04-23  浏览次数:25
核心提示:(上海富晨化工有限公司 上海 200233)摘要:本文就常见的工业污废水处理池中的防腐蚀工艺进行了总结,包括对材料的选择和工施工
 (上海富晨化工有限公司   上海 200233)

摘要:本文就常见的工业污废水处理池中的防腐蚀工艺进行了总结,包括对材料的选择和工施工艺,同时也对各类常见防腐失效的原因从材料选型及工艺选择、基体要求等方面进行分析与总结。

关键词:工业污废水 防腐蚀 工艺 失效 探讨

 

一、     前言

随着国民经济的迅速发展,大量新的工厂、矿山得以投产运行。由于工艺原因,会产生大量的工业污水和废水,原来相当数量的厂矿企业会直接向自然界排放,而这些未经处理的工业污水或废水均含有大量的腐蚀性或有害性化学物质,不仅污染了自然环境,同时对人类自身健康产生了巨大的威胁,严重影响了可持续发展进程。为保护环境减少污染,国家通过立法要求对工业污废水进行处理,不能未经处理而直接排放,因此许多厂矿均采用先进环保工艺,新建或重建了污水或废水处理设施,对工业污、废水进行合理、有效的处理,达标后排放。

许多厂矿厂家也先后采用了先进环保工艺,新建或重建了污水或废水处理设施,但因为防腐蚀材料选型、防腐方案设计及土建等多重因素,出现一些废水池防腐蚀失效案例,主要问题体现为开裂、脱层、鼓泡、碳化、严重变色等,有局部问题,也有整体失效的,下面就这些问题我们对废水池防腐效原因及工艺选择作一探讨。

 

二、     防腐蚀材料与工艺及常规出现问题

在污废水处理池中,由于污废水中含有大量的腐蚀性介质,如含有废酸、氧化性化学品等,对以混凝土为基础的处理池其腐蚀性是较大的,未经防腐蚀处理的砼处理池,一般情况下,2-3月个就会出现池表面的损坏、强度下降明显。因此,必须对混凝土基础的处理池进行防腐蚀处理,下面就分别介绍几种目前国内比较常见的防腐蚀处理方法及可能出现的问题。

21玻璃钢衬里

这是最常见的防腐蚀处理方法,它是利用玻璃纤维增强塑料(俗称“玻璃钢”或“FRP”)结构在混凝土基础上形成一层防护,玻璃钢衬里具有整体性、抗渗性好和造价合理的特点,同时选用适当的防腐蚀树脂就能够达到良好的防腐蚀效果。在玻璃钢衬里防腐蚀工法中,一般采用玻璃纤维加玻璃纤维短切毡或表面毡的复合结构,厚度一般在1-3mm之间。

2.1.1 树脂的选择

一般情况下许多厂家和工程公司均会选择环氧树脂,因为环氧树脂具有来源广、成本合理、耐腐蚀性能优良、收缩率低的特点,但是环氧树脂本身也有其化学组成等各方面的局限性,下面就分别一般述说:

1)在常规的常温或室温防腐蚀施工工艺中,环氧树脂的固化体系一般情况下会采用胺类固化体系,其固化原理是利用胺基团上的活泼氢与环氧基反应而最后交联,形成三维网状结构,但这个交联结构很容易在酸性的介质作用下分解,导致三维交联结构的解体而引起防腐蚀的失效,所以胺类固化的环氧树脂的耐酸性是较差的,尤其在大于40℃或者更高的作用温度环境中;选用室温下固化环氧树脂的热变形温度(HDT)一般情况下较低,均在60-70之间,因此也不能耐更高的温度,推荐使用温度不能超过75℃;表2.1中列出了环氧树脂的耐腐蚀性能:

2。1 环氧树脂耐介质的浓度和温度

化学介质

浓度(%)

温度(℃)

化学介质

浓度(%)

温度(℃)

硫酸

20

66

盐酸

20

60

硫酸

70

40

盐酸

36

35

氢氟酸

10

20

醋酸

10

66

氢氧化钠

30

40

-

25

苯酚

-

66

氨水

66

甲醛

<40

50

双氧水

29

20

 

2)采用环氧树脂材料,由于选用胺类固化体系的环氧树脂的养护周期较长,客观上要求有较宽裕的施工期限,更重要的是:采用的胺类固化剂的毒性较大,对施工人员的身体危害极大。

3)一般工程中采用的6101(E-44)的粘度较大,尤其是在冬天室温或北方施工时,树脂已凝结成固体或半固体状,给现场施工等带来了极大的不便,所以一般采用非活性稀释剂(如丙酮、二甲苯等)的添加以降低树脂的粘度以方便施工,但这会给环境和施工质量带来负面的影响,这些溶剂极易挥发、气味非常具有刺激性,在给现场施工人员造成身体上的伤害的同时,也造成了环境的污染,并容易起火或发生爆炸。更为重要的,是由于挥发性的非活性稀释剂的挥发造成了固化物的不致密,势必影响玻璃钢的抗渗性,从而导致耐腐蚀效果的下降。

4)环氧树脂(包括以环氧树脂为主要成份的其它防腐材料)的耐候性相对较差,而众所皆知,一般情况下,污废水池均是室外的,尤其在一些高原地区,长期受太阳光紫外线的曝晒,涂层或防腐蚀结构极易受到这方面因素的影响而最后失效,表现为粉化等情况。

所以,目前在国外已经很少采用环氧树脂用于防腐蚀工程制作了,一般情况下会采用环氧树脂改性的乙烯基酯树脂,乙烯基树脂正逐渐成为防腐蚀材料的首选材料。环氧乙烯基酯树脂是由环氧树脂与甲基丙烯酸通过开环加成化学反应而制得。它保留了环氧树脂的基本链段,又具有不饱和聚酯树脂的良好工艺性能,而这些特殊的化学结构赋予了乙烯基树脂较环氧树脂更好的工艺特性、耐腐蚀性和耐候性。目前常规的双酚A型乙烯基树脂的室温固化收缩率为3%左右,而我们推出的一低收缩891乙烯基树脂的收缩率<1%,较环氧树脂的线收缩率也低,这种树脂更具有高耐蚀性、与填料良好的浸润性的特点,尤其适合胶泥的制作或者玻璃钢内衬制作。目前,在国内我们利用环氧乙烯基树脂在各种电子工厂(如中芯国际等)、化学工厂(金光纸业等)均有成功的应用案例。

2。2 891环氧乙烯基酯树脂耐介质的浓度和温度

化学介质

浓度(%)

温度(℃)

化学介质

浓度(%)

温度(℃)

高氯酸

10

65

氯化钾

100

100

草酸

100

100

硫酸铜

ALL

100

盐酸

32

65

次氯酸钠

15

65

铬酸

20

40

氢氧化钠

10

75

氢氟酸

10

49

氢氧化钠

50

85

硝酸

35

40

氨水

25

55

硫酸

70

70

海水

-

90

 

2.3 902芳烃树脂耐介质的浓度和温度

化学介质

浓度(%)

温度(℃)

化学介质

浓度(%)

温度(℃)

硫酸

<70

60

氨水

饱和

常温

硝酸

10

80

硝酸

<30

常温

盐酸

31

80

醋酸

<40

常温

氢氧化钠

40

60

硫酸铵

饱和

常温

醛化液

-

80

尿素

饱和

常温

氢氟酸

<30

25

盐酸

<37

常温

铬酸

<30

60

碳酸钠

饱和

常温

另外我们推荐一种高性能的芳烃型树脂(902),这是一种特种不饱和聚酯树脂,含有较多的苯环结构,它在硫酸和硝酸的情况下的性能尤为突出,902树脂较常用的环氧树脂具有低毒、更好的工艺性的特点外,更具有与环氧树脂相比的低成本。

2.1.2 施工过程及要点

1> 封底层:在经过处理的基层表面,均匀地涂刷封底料,不得有漏涂、流挂等缺陷,自然固化不宜少于24 h。

2> 修补层:在基层的凹陷不平处,应采用树脂胶泥料修补填平,自然固化不宜少于24 h。

3> 间歇法树脂玻璃钢铺衬层的施工,应符合下列规定:

1、玻璃纤维布应剪边,涤纶布应进行防收缩的前处理。

2、先均匀涂刷一层铺衬胶料,随即衬上一层纤维增强材料,必须贴实,赶净气泡,其上再涂一层胶料,胶料应饱满。

3、固化、修整表面后,再按上述程序铺衬各层,直至达到设计要求的层数或厚度。

4、每铺衬一层,均应检查前一铺衬层的质量,不能有毛刺、脱层和气泡等缺陷。

5、铺衬时,同层纤维增强材料的搭接宽度不应小于50 mm,上下两层纤维增强材料的接缝应错开,错开距离不得小于50 mm。阴阳角处应增加一至二层纤维增强材料。

4>连续法树脂玻璃钢铺衬层的施工,应符合下列规定:

1、 平面、立面一次连续铺衬层数或厚度,以不应产生滑移,固化后不起壳、脱层为限。

2、 铺衬时,上下两层纤维增强材料的接缝应错开,错开距离及阴阳角处做法同上。

3、 固化后,再进行下一次连续铺衬层施工,达到设计要求的层数或厚度。

5>树脂玻璃钢封面层的施工,应均匀涂刷面层胶料。当涂刷两遍以上时,待第一遍固化后,再涂刷下一遍。

2.1.3 虽然玻璃钢衬里在污废水池的防腐蚀工艺中作为一种很成熟的工艺形式,但也出现了大量的失效案例,这些失效案例部分是由于施工技巧有待于进一步提高外,更多是其它方面的因素,综合以往案例,我们进行了失效原因的总结与分析,除了对混凝土基础的防腐蚀施工基本要求外,还有以下因素:

1>在设计时,最好在接触混凝土层要采用短切毡或者表面毡层,以防止分层或者脱层的情况出现,同时在设计上符合“二次粘接”(Secondary bonding)的设计要求;

2>增强材料的选择、如在含氟介质的条件下,增强材料不应该选用玻璃纤维,此时应该选用有机纤维(绦纶、锦纶等)或碳纤维;在碱性介质作用情况下,应该选择耐碱性优异的纤维材料(如丙纶等)或者碳纤维等。

3>树脂材料的选择是失效的主要关键因素,一是要选择防腐蚀性能优异的乙烯基树脂;二是要尽量要选择低收缩的乙烯基树脂。因在混凝土基础上施工中,要求树脂的收缩率不能太大,否则可能会导致在玻璃钢衬里工艺时,出现由于树脂的固化收缩造成的内应力而导致“脱壳”的现象,而引起防腐蚀失效。

4>虽然玻璃钢衬里一种经济实用的防腐蚀形式,但也有其应用局限性,一般情况下,在特大面积应用过程中,会有脱层等腐蚀失效的隐患,除非施工公司有一些“Know-how”技巧去解决实际问题;另外在些长期使用温度超过80℃的工况下,建议最好不要采用玻璃钢衬里形式;同时,如污废水中含有大量的粉料冲刷作用情况下,玻璃钢衬里形式的适用性也要慎重考虑。

22 VEGF鳞片衬里

22.1材料介绍

所谓的VEGF鳞片材料,就是将具有一定片径和厚度的玻璃鳞片,分别与高耐防腐蚀乙烯基树脂等混合,经专用机械配制而成的材料,VEGF材料有不同的工艺方式以供选择,包括刷涂、喷涂或者是镘涂等工艺。目前市场上存在一部分厂家为了成本上因素考虑选择环氧树脂作为树脂基体的。相对而言,乙烯基树脂鳞片材料的综合性能包括耐腐蚀性能和耐温性能均优于环氧鳞片材料,前几年很多厂家或工程公司出于不同的目的把环氧树脂鳞片材料当成乙烯基酯鳞片材料用而发生了很多防腐蚀案例失效,这是材料选型的问题。VEGF材料具有以下特点:

1) 耐腐蚀性能好:由于VEGF鳞片材料采用的基体树脂是高性能的乙烯基酯树脂,该类型树脂具有较环氧树脂更好的耐腐蚀性能;

2) 较低的渗透率:VEGF鳞片材料的抗水蒸汽渗透率比普通环氧树脂涂料高6-15倍,比普通环氧FRP高4倍;

3) VEGF鳞片材料具有较强的粘结强度,因而VEGF鳞片材料涂层不易产生龟裂、分层或剥离,附着力和冲击强度较好,从而保证较好的耐蚀性;

4) 耐温差(热冲击)性能较好:涂层中由于含有许多玻璃鳞片,因此消除了涂层与基材之间的线膨胀系数的差别,以避免由于温差等因素而造成的脱层情况。

5) 耐磨性好:VEGF鳞片材料在固化后的硬度较高,比普通醇酸漆高2-3倍,耐磨性较好,VEGF涂层在受外机械损伤时的破坏是局部的,其扩散趋势小,只需在该处作简单的处理即可进行修复,并不影响使用性能,具有修补性好的特点

6) 工艺性较好:由于VEGF鳞片材料的固体成份较高,可以一次性成较厚的涂层,对于一些工期较紧的工程项目,可以采用大面积无气喷涂的施工,最大限度的缩短工期。

所以综上所述,VEGF鳞片衬里不失为一种相对经济而有效的防腐蚀形式,VEGF衬里不仅可以提供有效的防腐蚀保障,更可以降低综合成本(包括材料成本和施工成本),同时也没有特别高的施工要求或难度,可以很好的适用于一些玻璃钢不是特别适用的工况,如使用温度相对较高、大面积施工或含大量粉尘冲击的腐蚀环境。

22.2 VEGF涂层施工过程及要点

在工业污废水处理池等混凝土基层上施工的方法及过程相当简单,具体的使用过程如下:

① 基础混凝土要求养护期不少于28天,表面含水率应<6%。首先中和去掉表面的碱性物质,并之后利用喷砂或其它机械方法去除混凝土表面浮灰,清理干净后,然后用VEGF封闭底涂打底充分浸透,(很多公司没有这种材料,基面强度不够出现涂层剥离);固化后施工VEGF底涂一两道,干后施工下一工序;

② 用手工泥刀刮镘刮(镘刮每道厚1mm左右)或滚涂、刷涂、喷涂工艺,硬化后进行下层施工,直至达到规定厚度。一般在每涂1mm厚度时进行检测,以确认涂层是否有针孔及其它瑕疵;

③ 凹凸部位,适当增加厚度,或用FRP复合使用;用VEGF树脂罩面一至二道;

 

2.2.3如选用VEGF鳞片材料作为内衬材料时,在施工得当的前提下,防腐蚀性能是可以保证的,但也出现了一些失效案例,主要是一些混凝土基础强度不够或者是对混凝土基础处理不得当而致。对选VEGF材料做防腐内衬时还要对下面的一些事宜加以注意,否则就会出现防腐失效。

1)如混凝土基础强度不够,这对任何防腐蚀形式而言均是一种隐患,所以很有必要对基础进行补强处理,VEGF鳞片材料有配套的混凝土封闭底涂,在砼体上加刷2-3道封闭底涂,可大幅度的提高混凝土的强度,之后方可进行后续的防腐蚀施工。

2)结合VEGF鳞片涂层与玻璃钢层的各方面特点,在一些特定工况场合下,我们可以在VEGF涂层上复合1-2层的FRP层,一是可以克服玻璃钢衬里的相对局限性;二是可以提高衬里的综合防腐蚀特性。

23耐酸块材砌筑

    但是在许多工业场合中,刚排放的污(废)水的腐蚀性能较强,温度较高(有的达120℃),或者固体粉粒的含量较高,如热轧车间的含酸废水(达到180℃);钛白粉生产中的含硫酸废水等更具有腐蚀性。在这种情况下,用玻璃钢衬里或者VEGF衬里就不能解决这种既要求耐高温耐腐蚀,又要求耐磨耗的情况,这种腐蚀条件下一般用耐酸块材砌筑的方式来解决。选用的耐腐蚀块材有耐酸砖、各类耐腐蚀石材(如花岗石、石英石等),这些耐腐蚀块材的基本成份是二氧化硅,具有优良的耐酸性能,同时由于结构致密,吸水率小,耐磨耗性好。表3。1中耐酸砖的部分耐腐蚀情况。

3。1 耐酸砖的腐蚀性能

化学介质

浓度(%)

温度(℃)

化学介质

浓度(%)

温度(℃)

硫酸

98

70

尿素

任意

沸点

硝酸

任意

低于沸点

氯化钠

任意

沸点

盐酸

37

70

甲醛

任意

沸点

氢氧化钠

20

70

丙酮

100%以下

沸点

醋酸

任意

低于沸点

硫酸铵

任意

沸点

 

2.3.1 施工过程及要点

1> 铺砌块材时,基层的表面应均匀涂刷封底料,待固化后再进行块材的铺砌。在某些情况下,基层上可采用玻璃钢隔离层,此时宜先涂刷一遍与衬砌用树脂相同的胶料,然后进行块材的铺砌。

2> 块材结合层厚度、灰缝宽度和灌缝或勾缝的尺寸,均应符合表3.2的规定。

3> 块材在铺砌前先进行试排;铺砌时的顺序应由低往高,先地坑、地沟,后地面、踢脚板或墙裙。阴角处立面块材应压住平面块材,阳角处平面地材应盖住立面块材,块材铺砌不应出现十字通缝,多层块材不得出现叠缝。

            3.2  结合层厚度、灰缝宽度和灌缝或匀缝的尺寸         

材料种类

铺 砌 (mm)

灌缝 (mm)

勾缝(mm)

结合层厚度

灰缝宽度

缝宽

缝深

缝宽

缝深

 耐酸砖、   耐酸耐温砖

厚度≤30mm

4~6

2~3

6~8

10~15

厚度>30mm

4~6

2~4

6~8

15~20

天然石材

厚度≤30mm

4~8

3~6

8~12

15~20

8~12

15~20

厚度>30mm

4~12

4~12

8~15

满灌

                         

2.3.2块材的铺砌,还应符合下列规定否则也会出现防腐失效:

1.   耐酸砖和厚度≤30mm石材的铺砌,宜采用树脂胶泥揉挤法施工;平面上铺砌厚度>30mm石材,宜采用树脂砂浆座浆、树脂胶泥灌缝法施工;立面上铺砌厚度>30mm石材,宜采用树脂胶泥揉挤法砌筑定位,其结合层应采用树脂胶泥灌缝法施工。结合层和灰缝的胶泥或砂浆应饱满密实,块材不得滑移 。

2.   立面块材的连续铺砌高度,应与树脂胶泥的固化时间相适应,砌体不得变形。

3.   当铺砌块材时,应在胶泥或砂浆初凝前,将缝填满压实,灰缝的表面应平整光滑。

4.树脂胶泥的灌缝与勾缝,应在铺砌块材用的胶泥、砂浆固化后进行。

5。灌缝或勾缝前,灰缝应清洁、干燥。灌缝与勾缝时,宜分次进行,缝应密实,表面应平整光滑。

 

三、应用举例

1> 在一目前国内最大的芯片集成电路制造厂的工业污水处理池中,含有一些废酸,其中包括一些氢氟酸,在这个工程中采用了891乙烯基酯树脂玻璃钢结构,已经运行4年,效果良好,其玻璃钢结构是2层04布再加一层表面毡的结构,总厚度约为2mm。

2> 在湖南一石油化学品公司的工业废水处理池中,由于池的面积较大,同时废水又含有大量的烃类等化学介质,对化水处理池最后采取VEGF树脂鳞片材料结构,以确保整个防腐蚀内衬层的整体性和抗渗性,另外在砼基础上加衬一层04玻纤布。

3> 在浙江一家农药厂,排放的废水中含有一些三氟乙酸、硫酸等强腐蚀性的化学介质,同时刚排放的废水温度较高,部分达到90℃甚至更高,最后在有关专家的建议下,并结合外方在国外同类工厂的防腐蚀经验,最后选取耐酸砖衬里,沟缝用胶泥采用耐高温898乙烯基酯树脂胶泥,防腐蚀效果不错。

 

Discussion of anti-corrosion technology and default probing in sewage waste tank

Dengmingjie  Wangtiantang  Lushiping

Shanghai Fuchen Chemicals Corp; Shanghai 200233)

AbstractThis article sums up several anti-corrosion technologies in industrial wastewater treatment tank. Meanwhile on the basis of plentiful default cases, some tips and know-how experience are concluded, which cover anti-corrosion material’s choice and its handling technique technique, base pretreatment as well.

KeywordsIndustrial waste water  anti-corrosion  technology  default discussion

 

参考文献:

[1] 陆士平,等.建筑防腐蚀材料设计与施工手册.北京:化学工业出版社,1996.

[2] 陈平,等。环氧树脂。北京:化学工业出版社,1999。 

[3] 王天堂,等.VEGF鳞片泥在烟气脱硫装置中的应用。中国环保产业,2002,2 :70-72。

[4] 李国莱,等.重防腐涂料.北京:化学工业出版社,1999.

[5] 李国莱.合成树脂及玻璃钢.北京:化学工业出版社,1995.

[6] 卢绮敏.石油工业中的腐蚀与防护.北京:化学工业出版社,2001.

[7] 秦国治,等.防腐蚀技术应用实例.北京:化学工业出版社,2001.

[8] 乔光辉,玻璃钢/复合材料在湿法烟气脱硫装置中应用的可行性研究

[9] 奥田聪,耐腐蚀塑料及其耐腐蚀性研究的新动向,化学工业出版社 1982

[10] 国家标准《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046

 
 
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