鄭元培
南京揚(yáng)子石化工程有限責(zé)任公司 江蘇南京 210048
30 萬t/ a 烷基化裝置是揚(yáng)子石化汽油質(zhì)量升級(jí)項(xiàng)目的主體裝置,采用國際先進(jìn)的杜邦Stratco 硫酸法工藝。烷基化反應(yīng)的原理是異丁烷和丁烯進(jìn)料、裝置循環(huán)異丁烷及冷劑共同進(jìn)入反應(yīng)器,在硫酸催化劑的作用下,生成烷基化油。硫酸是烷基化裝置的主要腐蝕劑,生產(chǎn)過程中的流出物如果處理不當(dāng),會(huì)對(duì)裝置內(nèi)的設(shè)備基礎(chǔ)、框架平臺(tái)和地面造成嚴(yán)重腐蝕[1]。因此,對(duì)烷基化裝置中易腐蝕區(qū)域進(jìn)行有效防護(hù),是現(xiàn)場(chǎng)施工的重要控制點(diǎn)之一。
30 萬t/ a 烷基化項(xiàng)目防酸堿區(qū)域原設(shè)計(jì)面積為土建部分4103m2,鋼結(jié)構(gòu)部分731m2,合計(jì)4834m2。參考天津烷基化、齊魯烷基化防酸堿區(qū)域的使用情況,結(jié)合揚(yáng)子烷基化現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,業(yè)主要求針對(duì)活性炭反應(yīng)器、廢酸罐、稀酸罐、冷凝器、轉(zhuǎn)化器及涉酸管道等易產(chǎn)生酸性介質(zhì)泄漏區(qū)域的平臺(tái)及鋼結(jié)構(gòu),增加防酸堿處理面積2830m2,共計(jì)7664m2。
根據(jù)中國石化工程建設(shè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱設(shè)計(jì)單位) 提供的防酸堿腐蝕技術(shù)規(guī)定(文件號(hào):16000CVDP01- 0005),防酸層技術(shù)要求共分四個(gè)部分,見表1。由表可見,烷基化裝置硫酸濃度高達(dá)98%,溫度集中在60~80℃之間。市面上使用的普通防腐涂料,使用溫度一般在100℃以下,基本不耐酸堿,防護(hù)期一般為1~2 年,在烷基化裝置高腐蝕環(huán)境中無法起到防腐作用。
表1 防酸層技術(shù)要求
經(jīng)過與天津烷基化、齊魯烷基化的多次交流,項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)單位提供的設(shè)計(jì)文件與裝置內(nèi)實(shí)際情況不完全一致,例如188 單元高溫酸處理區(qū)域短時(shí)溫度高達(dá)185℃,在實(shí)際使用過程中如果涂料耐熱性能不達(dá)標(biāo),會(huì)導(dǎo)致涂層起泡、脫落,直接影響整體防酸堿層的使用壽命。因此,為保障烷基化項(xiàng)目防酸堿施工質(zhì)量,原材控制和工序控制缺一不可。
根據(jù)揚(yáng)子石化物資采購管理規(guī)定,該批防腐涂料屬于甲供材料。在收到材料計(jì)劃后2 月內(nèi),物資采購中心著手組織防腐漆框架供應(yīng)商進(jìn)行詢價(jià),先后有兩家供應(yīng)商參與,按照設(shè)計(jì)要求提供相關(guān)資料并取樣送檢。與此同時(shí),考慮到該批涂料的特殊性,為保障產(chǎn)品質(zhì)量、推進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度、降低施工成本,項(xiàng)目組提前介入,與設(shè)計(jì)單位推薦的廠家北京天和眾智科技有限公司取得聯(lián)系。經(jīng)了解,中石化已完、在建的烷基化項(xiàng)目防酸堿涂料均由該廠家提供,其在烷基化項(xiàng)目防酸堿領(lǐng)域有著豐富的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
南京祥晟涂料有限公司、江蘇金陵特種涂料有限公司和北京天和眾智科技有限公司(前兩者為框架供應(yīng)商)分別提供以下涂料,酚醛環(huán)氧防腐涂料、酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片和QFSJ 耐腐蝕砂漿。通過廠家提供的產(chǎn)品資料及文獻(xiàn)查閱,將三種涂料性能進(jìn)行了匯總。
2.1.1 酚醛環(huán)氧防腐涂料
酚醛環(huán)氧防腐涂料廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)施中,有著附著力強(qiáng)、收縮率低、綜合防腐性能好的優(yōu)點(diǎn)。但是其耐酸性較差,如果長(zhǎng)期處于酸性腐蝕介質(zhì)中,防腐涂層容易脫落。其產(chǎn)品可耐180℃高溫,耐20%硫酸溶液,附著力為12.7MPa[2]。
2.1.2 酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片
酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片以酚醛環(huán)氧乙烯基酯樹脂為主要成膜物質(zhì),添加耐熱填料與玻璃鱗片。乙烯基樹脂本身具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,而玻璃鱗片的添加使這一防腐襯層形成由連續(xù)的片層填料構(gòu)成的迷宮型密封體結(jié)構(gòu),有效延長(zhǎng)了腐蝕介質(zhì)滲透的途徑,廣泛應(yīng)用于煙道防腐施工,例如熱電廠燃煤鍋爐增設(shè)脫硫裝置項(xiàng)目曾使用類似涂料。當(dāng)溫度為100℃時(shí),其耐80%硫酸溶液;溫度160℃時(shí),耐70%硫酸溶液;溫度180℃時(shí),耐60%硫酸溶液。附著力為7.8MPa[3]。
2.1.3 QFSJ 耐腐蝕砂漿
QFSJ 耐腐蝕砂漿為高分子樹脂活性涂料,采用脂環(huán)胺作為固化劑,利用活性增韌劑實(shí)現(xiàn)無溶化,具有強(qiáng)度大,防腐蝕性能好,耐高溫,無環(huán)境污染等諸多優(yōu)點(diǎn),先后應(yīng)用于石家莊、天津、齊魯、安慶、鎮(zhèn)海等地烷基化項(xiàng)目防酸堿施工。其耐235℃高溫,耐98%硫酸溶液,附著力為8MPa[4]。
江蘇省建筑工程質(zhì)量檢測(cè)中心提供的檢測(cè)報(bào)告顯示,在溫度為21℃~25℃,濕度為45%~55%的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境里,QFSJ 耐腐蝕砂漿的產(chǎn)品性能滿足設(shè)計(jì)要求。
上述三種涂料產(chǎn)品性能總結(jié):
(1)酚醛環(huán)氧防腐涂料耐酸性能不滿足設(shè)計(jì)要求;
(2)QFSJ 耐腐蝕砂漿各項(xiàng)性能均滿足設(shè)計(jì)要求;
(3)酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片耐酸性能與設(shè)計(jì)要求有一定差距,但參考熱電廠燃煤鍋爐增設(shè)脫硫裝置項(xiàng)目,如施工過程中采用玻璃纖維布(FRP)加強(qiáng),該涂料將對(duì)98%的濃硫酸產(chǎn)生優(yōu)異的耐受性。為此,將對(duì)后兩種涂料做進(jìn)一步比選。
2.2.1 施工工序
酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片:面層噴砂除銹+ 涂刷兩道底涂+ 刮涂酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片+ 貼襯玻璃纖維布+ 涂刷兩道面涂。
QFSJ 耐腐蝕砂漿:基層鑿毛+ 清洗找平+ 涂刷錨固涂料+ 涂刷QFSJ 耐腐蝕砂漿(內(nèi)含防滲層)+ 涂刷面層,其結(jié)構(gòu)詳見圖1。
圖1 QFSJ 耐腐蝕砂漿結(jié)構(gòu)圖
由此可見,酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片和QFSJ 耐腐蝕砂漿均有完善的施工工序,施工機(jī)具僅需配備真空攪拌機(jī)、砂輪機(jī)、角磨機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)和常用檢測(cè)設(shè)備,工種僅需配備電工、噴砂工和油漆工,作業(yè)人員手工即可完成涂刷。
2.2.2 成品質(zhì)量
酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片屬于溶劑型涂料,固含量為55%~60%,在催化反應(yīng)時(shí)會(huì)有部分未揮發(fā)溶劑殘留在防酸結(jié)構(gòu)層里,產(chǎn)生氣泡和針孔。而在施工過程中一旦發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象,需采用砂輪機(jī)打磨至底表面,并形成夾角小于15°的坡形過渡;隨后用溶劑清洗,基層表面干燥后重新進(jìn)行底涂和玻璃鱗片施工。出現(xiàn)這種狀況既會(huì)影響施工質(zhì)量,又會(huì)增加施工成本。
QFSJ 耐腐蝕砂漿屬于無溶劑涂料,固含量高達(dá)97.1%,涂刷時(shí)對(duì)底材濕潤性好,流平性及豐滿度佳,不易產(chǎn)生氣泡和針孔。該涂料固化后收縮率低,經(jīng)過錨固層粘結(jié),附著力高達(dá)8MPa。并且填料加入特種砂粒,耐磨性能、抗沖擊強(qiáng)度均優(yōu)于市面一般防腐涂料[5]。
綜上述,QFSJ 耐腐蝕砂漿在成品質(zhì)量方面優(yōu)于酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片。
酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片在25℃下表干時(shí)間為4h,實(shí)干時(shí)間為72h。結(jié)合熱電廠項(xiàng)目施工經(jīng)驗(yàn),一套完整的工藝需耗時(shí)124h,具體耗時(shí)情況見圖2。
圖2 酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片施工時(shí)間
QFSJ 耐腐蝕砂漿使用脂環(huán)胺作為固化劑,在25℃下表干時(shí)間為1h,實(shí)干時(shí)間為5h。結(jié)合天津、齊魯烷基化現(xiàn)場(chǎng)施工情況,一套完整的工藝需耗時(shí)53h,遠(yuǎn)低于前者,具體耗時(shí)情況見圖3。
圖3 QFSJ 耐腐蝕砂漿施工時(shí)間
由此可見,QFSJ 耐腐蝕砂漿具有較好的固化性,可以有效提高施工效率,縮短施工工期。
根據(jù)30 萬t/ a 烷基化項(xiàng)目概算內(nèi)容,防酸堿處理單價(jià)為500 元/ m2(包含人工費(fèi)、材料費(fèi)和機(jī)械費(fèi),下同),處理區(qū)域?yàn)?0800m2,總費(fèi)用為540 萬元。
參考熱電廠燃煤鍋爐增設(shè)脫硫裝置項(xiàng)目,原概算單價(jià)為600 元/ m2。在施工過程中,為確保材料性能滿足生產(chǎn)要求,采用比原設(shè)計(jì)性能更佳的玻璃鱗片+ 玻璃纖維布材料,實(shí)際成本為1400 元/ m2。如果將類似材料運(yùn)用于烷基化裝置,項(xiàng)目將面臨超概風(fēng)險(xiǎn)。
參考鎮(zhèn)海、九江和齊魯烷基化項(xiàng)目,QFSJ 耐腐蝕砂漿綜合單價(jià)為530.71~585 元/ m2,以實(shí)際工作面積7664m2測(cè)算,總費(fèi)用不超過450 萬元,符合概算指標(biāo)。
由此可見,QFSJ 耐腐蝕砂漿費(fèi)用較低,滿足烷基化項(xiàng)目成本需求。
2.5.1 安全性能
酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片屬于易燃易爆品,作業(yè)區(qū)域需采取全封閉式隔離措施,并在隔離防護(hù)墻四周懸掛嚴(yán)禁動(dòng)火的標(biāo)志。同時(shí),出入口需設(shè)置安保,確保入場(chǎng)作業(yè)人員佩戴合格的防護(hù)用品,嚴(yán)禁穿化纖衣物、攜帶非防爆機(jī)具進(jìn)入作業(yè)區(qū)。
QFSJ 耐腐蝕砂漿不含揮發(fā)性及易燃性的危險(xiǎn)溶劑,即使在密閉環(huán)境或通風(fēng)不良處亦可安全地操作,只需在作業(yè)區(qū)域5m 范圍內(nèi)禁止動(dòng)火作業(yè)便可確保安全。由此可見,QFSJ 耐腐蝕砂漿不需投入過高的安全防護(hù)成本,在作業(yè)點(diǎn)密集的烷基化裝置內(nèi)具有良好的適用性。
2.5.2 環(huán)保性能
酚醛環(huán)氧乙烯基酯玻璃鱗片屬于溶劑型涂料,含有大量的有機(jī)溶劑,揮發(fā)物包括甲苯、二甲苯、混合芳烴和乙二醇丁醚等,直接影響作業(yè)人員的身體健康,并對(duì)大氣造成污染。因此,在中和池等密閉空間使用時(shí),需對(duì)可燃性氣體濃度和有毒氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并設(shè)置換氣風(fēng)機(jī),防止因揮發(fā)物濃度過高,引起施工人員中毒。同時(shí),在涂刷作業(yè)前需對(duì)全體作業(yè)人員進(jìn)行安全技術(shù)交底,嚴(yán)禁患有慢性皮膚病或有過敏反應(yīng)者參加。
QFSJ 耐腐蝕砂漿屬于無溶劑涂料,在固化成膜過程中不會(huì)向大氣排放揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs),對(duì)人體基本無害,屬于環(huán)境友好型涂料[6]。
由此可見,QFSJ 耐腐蝕砂漿對(duì)人體和環(huán)境危害較小,符合涂料“綠色化”的發(fā)展趨勢(shì)和中石化環(huán)保要求。
結(jié)合上述內(nèi)容,由北京天和眾智科技有限公司提供的QFSJ 耐腐蝕砂漿具有優(yōu)秀的產(chǎn)品性能和成熟的施工工藝,并在工期、成本、安全、環(huán)保等方面顯現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)。
最終經(jīng)過各方共同確定,采用QFSJ 耐腐蝕砂漿作為烷基化防酸堿施工涂料,并按規(guī)定辦理甲供材料轉(zhuǎn)乙供材料審批手續(xù),通過施工總承包單位實(shí)施獨(dú)家采購。
QFSJ 耐腐蝕砂漿屬于專利產(chǎn)品,北京天和眾智科技有限公司提出,為保障現(xiàn)場(chǎng)防酸堿施工質(zhì)量,需由其提供專業(yè)的施工隊(duì)伍負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)施工。經(jīng)過業(yè)主、項(xiàng)目組、監(jiān)理組三方審查,該單位施工資質(zhì)和技術(shù)力量滿足現(xiàn)場(chǎng)需求。參考該單位提供的施工方案和以往防腐涂料施工經(jīng)驗(yàn),特將烷基化防酸堿施工質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。
為增加基層附著力,現(xiàn)場(chǎng)以2m×2m 按塊劃分,使用角磨機(jī)從左至右依次打磨,剔除劈裂的混凝土塊、夾雜物和空鼓等,確?;炷帘砻娲蚰テ秸驁A滑過渡。同時(shí),鋼結(jié)構(gòu)表面焊瘤、焊渣、飛濺物均需打磨平整,并用目測(cè)法對(duì)表面進(jìn)行檢驗(yàn)。
待基層打磨平整后,使用板刷清理混凝土、鋼結(jié)構(gòu)表面殘留的浮塵、油污等雜物,并使用毛刷或輥刷配合專用清洗劑對(duì)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行搭接清洗。如清洗過后的基層表面仍存在高低不平、坑洞密集的現(xiàn)象,應(yīng)采用涂刷膩?zhàn)拥姆绞竭M(jìn)行找平。
首先進(jìn)行錨固材料(專利產(chǎn)品)涂刷,厚度約0.2mm。該涂層可使耐腐蝕砂漿附著力增加2~3MPa。涂刷時(shí)應(yīng)確保厚薄均勻,一次成型,該處不設(shè)置停檢點(diǎn)。
12h 后進(jìn)行兩道防滲層+ 耐腐蝕砂漿層涂刷,以2m×2m 按塊劃分,依次用抹刀單向均勻地將耐腐蝕砂漿涂抹在錨固層上。施工縫處采取搭接方式,搭接寬度大于100mm。每道涂料涂刷的時(shí)間間隔為5h,涂刷方向相互垂直。兩道涂料涂刷完成24h 后,由項(xiàng)目組、監(jiān)理組共同進(jìn)行外觀檢查,保證成品質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。
最后進(jìn)行兩道面層涂刷,每道間隔時(shí)間為12h,要求厚薄均勻,防止產(chǎn)生面料堆積、流淌現(xiàn)象,對(duì)整體視覺效果造成影響。待完全干燥后由業(yè)主、項(xiàng)目組、監(jiān)理組三方共同驗(yàn)收,包含外觀檢查、厚度檢查和回粘測(cè)試等。
(1)施工環(huán)境溫度應(yīng)控制在5℃以上,空氣濕度在35%~85%之間。如現(xiàn)場(chǎng)延續(xù)至冬季施工,應(yīng)增加空氣加熱設(shè)備,使作業(yè)區(qū)域溫度升至10℃以上方可作業(yè)。
(2)涂層在未完全干燥和固化前,應(yīng)采取隔離覆蓋措施,防止表面污染和人員踩踏。
(3)為防止地基不均勻沉降,應(yīng)在已完成的防酸堿區(qū)域切割伸縮縫,并涂刷黃色伸縮料,增加伸縮度,提升視覺美感。
綜上所述,烷基化項(xiàng)目防酸堿施工方案經(jīng)過多方比選,采用QFSJ 耐腐蝕砂漿作為防酸堿涂料,滿足項(xiàng)目質(zhì)量、安全、進(jìn)度、成本和環(huán)保方面要求。并在施工過程中依據(jù)產(chǎn)品特性,嚴(yán)格把控每道工序,成功控制了防酸堿施工質(zhì)量,為烷基化裝置的平穩(wěn)運(yùn)行提供了有力的保障。