Есть мнение Антикоррозийные покрытия Защитные покрытия

Защитные покрытия

Противокоррозионная защита промышленных дымовых и вентиляционных труб

Б. А. Немировский¹, В. А. Белов², А. О. Егоров²

Рассмотрены основные виды конструкций и химически стойких материалов систем противокоррозионной защиты промышленных дымовых и вентиляционных труб, а также методы изготовления и монтажа новых видов конструкций зашиты труб. Описан опыт отечественного и зарубежного трубостроеиия, приведены результаты обследования состояния труб типовых конструкций, показаны наиболее перспективные пути развития противокоррозионной техники при сооружении труб.

Ввытяжные трубы промышленных предприятий поступают газы различного состава, в основном кислые и кислотообразующие. Поэтому защита от коррозии дымовых и вентиляционных труб имеет важное значение, в основном определяющее сроки их эксплуатации. Большинство труб запроектировано для удаления газов и паровоздушных смесей с температурой выше 100 ⁰С (при которой они мштоагрессивны) и сравнительно небольшой относительной влажностью. Исключение составляют окисляющие газы типа хлора или оксидов азота, весьма агрессивные даже при низкой относительной ачажности воздуха (50...60 %).

На некоторых производствах выхлопные газы подвергаются мокрой очистке. При этом значительно увеличивается их влажность, что приводит к образованию конденсата и росту агрессивного действия газов.

Наиболее агрессивен по отношению к строительным конструкциям вытяжных труб комбинированный режим работы в газовой среде (сухой и влажной), возникающий, например, при выключении или ремонте мокрой газоочистки и при эвакуации через трубы газов с повышенной температурой.

В настоящее время строятся установки для очистки газов, где температура отводимых газов колеблется от 50 до 250 °С. Кроме того, за счет интенсификации технологических процессов меняется состав агрессивных примесей, а в результате неправильной эксплуатации установок и смены нагрузки в котлах теплоэлектростанций (для дымовых труб) меняется весь режим работы. Эти факторы усиливают агрессивное воздействие газов на трубы.

По данным фирмы "Хёхст" (ФРГ), при существующих скоростях движения отводимых газов в трубах отсутствует динамическое давление, способствующее проникновению газов и паров в толщу ствола трубы или его футеровку. Поэтому основной причиной коррозии труб является конденсат кислот, образующихся при взаимодействии компонентов газа (SO2, SO3, Сl2, HF и др.) с влагой. Температура и относительная влажность, исключающие возможность образования точки росы для чистых водяных паров, могут способствовать возникновению в трубах конденсата кислот. Например, газы, содержащие до 0,15 % S02, до 0,09 % SO, и до 0,17 г/м³ тумана H2S04, при температуре 30...38 ⁰С и относительной влажности 8... 12 % образуют в стволе трубы конденсат 59...67 %-ной серной кислоты.

В связи с этим в настоящее время предъявляются повышенные требования к противокоррозионной защите промышленных дымовых и вентиляционных труб. Надежность защиты труб от химически агрессивных воздействий является основным фактором, определяющим сроки их эксплуатации. В настоящей статье рассмотрены основные виды конструкций и химически стойких материалов систем противокоррозионной защиты промышленных дымовых и вентиляционных труб, методы изготовления и монтажа новых видов конструкций защиты труб.

Основные конструкции труб с противокоррозионной защитой

В настоящее время применяются в основном две конструкции дымовых труб, работающих в условиях воздействия агрессивных сред: типа "труба в трубе" и трубы из железобетонной оболочки с кирпичной футеровкой на консолях.

Конструкция дымовых труб "труба в трубе" состоит из железобетонной оболочки с внутренними газоотводяшими стальными стволами, имеющими снаружи теплоизоляцию. К этому типу конструкции относятся также трубы из железобетонной оболочки с противокоррозионной зашитой по внутренней поверхности и внутренним газоотво-дящим стволом из кирпича или блоков железобетонной шахты, имеющей снаружи теплоизоляцию. При этом между стволом и железобетонной оболочкой оставляется вентилируемый зазор. Во всех случаях при их эксплуатации ветровые нагрузки воспринимаются наружной несущей оболочкой.

Трубы аналогичного типа применяются и за рубежом. В США распространены трубы, состоящие из самонесущей кирпичной футеровки и наружного железобетонного ствола. Такая конструкция впервые была использована при создании труб высотой 120... 135 м. Толщина у основания 6 м, на выходе — 2 м. Межтрубное пространство постоянно вентилируется. Применяется также стальной самонесущий ствол в железобетонной оболочке. Газоотволяший ствол изготавливается из легированной или углеродистой стали, защищенной лакокрасочным покрытием. В железобетонном стволе сталь и железобетон связываются компенсаторами, обеспечивающими их равные деформации.

В Германии фирмой "Вайс Фрайтанг" для тепловой электростанции была сооружена дымовая труба тина "труба в трубе" высотой 200 м. Труба имеет две оболочки — наружную конической формы из железобетона и внутреннюю цилиндрическую из фасонного кислотоупорного кирпича. Внутренняя оболочка имеет постоянный минимальный диаметр, что снижает стоимость строительства и облелгает контроль за состоянием трубы. С наружной стороны кирпичная труба защищена тепловой изоляцией. В некоторых случаях две оболочки связываются между собой шарнирно, что позволяет исключить воздействие наружного ствола на внутренний при ветровых нагрузках.

Особое внимание уделяется футерованным железобетонным трубам и условиям образования точки росы; отмечается также необходимость расчета футеровох на температурное напряжение (при температурах выше 80 ⁰С).

В Англии труба такой конструкции сооружена по проекту фирмы "Холет". Это — уникальная труба высотой 198,5 м, состоящая из четырех стальных стволов в железобетонной шахте. Невысокие трубы (до 100 м) в Англии сооружают из сборных железобетонных наружных и внутренних футеровочных царг, воспринимающих воздействия среды. Для этой цели используют также взаимозаменяемые блоки из кислотостойкого материала. Между наружными и внутренними кольцами предусматривается теплоизоляционный слой. Стыки между царгами заделываются во время сборки трубы. Толщина стенки наружной царги 150 мм, высота 1000 мм. В царгах наружного ствола, воспринимающего силовые воздействия, располагаются пучки напряженной арматуры (в нижней части 24 пучка, в верхней — 8). Две верхние царги не обжимаются. Внутренние футеровочные кольца обычно выполняются из кислотоупорного бетона на калиевом жидком стекле. Толщина их стенки 80 мм. Футеровочные кольца, как правило, армируются.

Подъем и установка блоков производится при помощи кран-балок, смонтированных на подъемной шахте. После монтажа первого участка ствола трубы высотой 12,7 м производится натяжение арматуры — четырех пучков дтиной 12,7 м, после монтажа второго участка (до отметки 22,7 м) натягиваются еще 8 пучков длиной 22,7 м и т. д. Количество пучков уменьшается по высоте, что соответствует эпюре изгибающих моментов от ветровой нагрузки. Такие трубы применяют дчя удаления газов, содержащих более 0,2 % S03 при температуре 80... 120 ⁰С.

В настоящее время разрабатывается конструкция труб высотой до 120 м из полуколец, собираемых из отдельных кислотоупорных элементов. Диаметр выходного отверстия таких труб не менее 3 м.

В конструкции труб, состоящей из железобетонной оболочки с кирпичной футеровкой на консолях, в вентилируемом зазоре между ними может создаваться противодавление. Железобетонный ствол в ряде случаев выполняется с противокоррозионной защитой в виде лакокрасочного покрытия, наносимого на его поверхность. Применяются также трубы, состоящие из железобетонного ствола с противокоррозионной защитой, кирпичной футеровкой и естественного вентиляционного зазора между ними (с подогревом воздуха в зимнее время).

Дымовые трубы с консольно-опорной футеровкой.
В последние годы за рубежом, в том числе в США, широкое распространение получили конструкции железобетонных труб высотой 150...200 м (в том числе дня сейсмических районов) с футеровкой на консолях, толщина которой не превышает 100 мм. Впервые эту конструкцию применило управление электростанций в шт. Теннеси. Труба футеруется кирпичом особой формы, выложенным со стороны ствола асбестовым шнуром. Укладывается кирпич в основном на силикатных замазках. Между железобетонным стволом и футеровкой прокладывается теплоизоляционный слой из стекловолокна.

В последнее время в трубах этой конструкции обнаружен сильный износ стекловолокнистой изоляции, особенно при скоростях газа порядка 28 м/с, когда происходит переход от отрицательного давления в трубе к положительному. В связи с этим стали прибегать к созданию гибкого газонепроницаемого уплотнения.

Для свободностоящей на консоли футеровки на высоте 68 м устраивается гибкое соединение между футеровкой и первым уступом (полоса из материала витон), которое перекрывает по окружиности стык между футеровкой и специальным кирпичом уступа. Для сравнительно низких труб (до 90 м на электростанциях при значительном содержании S02 в отходящих газах) наиболее экономичной признана самонесущая стальная труба, футерованная методом торкретирования (торкрет-массу приготавливают с использованием жидкого стекла и кислотостойких наполнителей). Толщина слоя до 60 мм. В Германии железобетонные стволы футеруют фасонной кислотоупорной керамикой с подслоем или без него. В качестве подслоя применяют эластичные покрытия. При этом звенья футеровки высотой 15...25 м опираются на кольцевые бaлки из сборных элементов, а банки — на консоль в теле трубы. В Англии большинство дымовых труб для удаления агрессивных газов сооружается из железобетона и футеруется фасонным кислотоупорным кирпичом. Верхняя часть в зоне окутывания (оголовок) обычно выполняется целиком из кислот упорного кирпича. Высота труб 130...200 м.

Наибольшее распространение получили коне рукции вентиляционных труб башенного тиг многослойные трубы и типа "труба в трубе".

Вентиляционные трубы башенного типа представляют собой металлический решетчатый каркас со свободно висящей трубой (стволом) внутри. Подвесной ствол трубы выполняется из отдельных царг из металла, дерева, винипласта, фаолита стеклопластиков и других материалов.

Из металлических труб в России наиболее широко применяются трубы конструкции института ГИАП высотой 100... 120 м, предназначенные ддя отвода газов, содержащих оксиды азота. К ним относятся трубы с жесткой опорой, например, свареные трубы диаметром 1,95 м, высотой 100 м и толщиной стенки 3...5 мм из легированной стати марки 1Х18Н9Т с ребрами жесткости и линзовыми компенсаторами. Нижней частью труба опирается на специальную подставку, установленную на отдельном фундаменте, и жестко крепится на отметке 38 м. Каркас высотой 90 м имеет переменное квадратное сечение со стороной квадрата от 14 м в нижней части и до 3 м в верхней.

Монтаж таких труб осуществляется двумя способами — поэлементно или целиком. В первом случае монтаж каркаса ведется с помощью мачтового крана, который передвигается вместе с башней вверх. Все элементы башни монтируются последовательно снизу вверх на высоту вышележащей площадки. Монтаж самой трубы ведется с помощью полиспастов укрупненными секциями сверху вниз.

При втором способе сборка трубы с каркасом производится на земле (в горизонтальном положении). Подъем и установка осуществляется с помощью двух решетчатых мачт высотой по 50 м. При этом способе монтажа требуется расчет на прочность всех элементов каркаса до подъема в собранном виде. В отдельных случаях при подъеме необходимы дополнительные конструктивные элементы, усиливающие каркас.

Аналогично монтируются трубы в стальном каркасе из других материалов. Для отвода газов сероулавливающих установок применяются трубы такой же конструкции с внутренним стволом из алюминиевого сплава. Например, на Магнитогорском металлургическом комбинате по проекту института Гипрогазоочистка смонтированы и эксплуатируются с 1987 г. две трубы высотой 100 м. Стоимость ствола из алюминиевого сплава в -3,2 раза дороже стального ствола (без учета его защитной окраски).

При высокой агрессивности отводимых газов внутренняя поверхность стволов из алюминиевых сплавов защищается покрытием на основе полимерных смол. Аналогичные трубы диаметром 4 м и высотой 120 м используются на установках сероулавливания агломерационных фабрик металлургических комбинатов. Трубы защищены пятислойным покрытием из композиции на основе каменноугольной и эпоксидной смолы ЭД-5. Каждую трубу, состоящую из девяти отдельных царг, окрашивали на нулевой отметке. Царги монтировали "методом подращивания": защищенную первую царгу поднимали башенным краном, под нее подводили вторую царгу, которую приваривали к первой, защищали, затем поднимали две сварные царги и в шахту подвозили третью и т. д. После сборки пяти царг их поднимали на проектную высоту. Аналогично защищали оставшиеся четыре царги, после чего осуществляли их общий подъем, сварку стыка и его защиту.

В некоторых случаях трубы башенного типа сооружают из более дорогостоящих и дефицитных высоколегированных сталей и сплавов. Так, в 1987 г. на Волховском алюминиевом заводе для отвода газов и паровоздушных смесей, содержащих фтористоводородные соединения, смонтирована труба-башня со стволом из стали ЭИ-943 диаметром 2.3 и высотой 120 м. Толщина стенки ствола 6 мм. В настоящее время оголовок трубы, работающий в зоне окутывания, в результате интенсивной коррозии находится в аварийном состоянии.

Результаты обследования состояния таких труб показали, что они являются дорогостоящими, сложными в изготовлении и недолговечными. Поэтому создание новых видов конструкций вентиляционных труб, работающих в сильно агрессивных средах, является в настоящее время проблемой, актуальность которой возросла в связи с необходимостью экономии высоколегированных нержавеющих сталей.

За рубежом также наблюдается уменьшение объема строительства вентиляционных труб с применением коррозионно-стойких статей и дефицитных сплавов. В США сооружено более десяти труб, сваренных из биметалла титан-сталь с толщиной стенки 10 мм (толщина титана 1 мм). Эти трубы смонтированы в решетчатом каркасе и имеют высоту 80...100 м. Трубы из биметалла выпускаются фирмой "Лукенс стилл" (США); стоимость биметалла 2,5 долл./фунт.

В Германии в последние годы применяются трубы большой высоты из обычной углеродистой стали с последующим нанесением многослойного защитного покрытия (в основном лакокрасочной композиции). Трехствольная металлическая труба высотой 220 м эксплуатируется в условиях агрессивной среды, содержащей 0,5 % SO2 и 0,01 % SO3. В стальном каркасе этой конструкции имеются три стальные трубы, состоящие из отдельных секций высотой по 9 м. Между трубами смонтирован лифт. Поврежденные секции легко заменяются новыми. В нижней части внутренняя поверхность труб покрыта свинцом. Снаружи по всей высоте трубы имеется теплоизоляционное покрытие с кожухом из оцинкованного железа. В течение семи лег эксплуатации коррозии труб не наблюдаюсь.

В некоторых случаях применяются трубы башенной конструкции с использованием деревянных стволов, которые монтируются в стальном каркасе (в основном па предприятиях синтетических волокон для эвакуации низкотемпературных газов). Деревянные элементы ствола (доски и брусья) пропитывают составами, предохраняющими от возгорания и гниения. Наиболее эффективной является пропитка древесины производными фурфурола. В целях повышения коррозионной стойкости стальной каркас выполняется не из спаренных уголков, а из трубчатых элементов. Трубы такой конструкции имеют высоту до 120 м.

Перспективно применение труб из фаолита, особенно на предприятиях с агрессивными средами, содержащими фтористоводородные соединения (заводы двойного суперфосфата и др.). В настоящее время в России эксплуатируется одиннадцать труб с текстофаолитовым стволом. Большая часть их сравнительно небольших размеров (высота 40...75 м, диаметр 1 ...2,6 м). Башня с текстофаолитовой трубой длительное время работает на Челябинском металлургическом заводе (высота трубы 60 м, внутренний диаметр 1,5 м). Она служит для отвода газов и паров травильного отделения стана 350/450. Основными компонентами агрессивной среды являются S03 (0,1 %) и пары серной кислоты (0,05...0,10 %); температура 50...65 °С. Эта труба состоит из девятнадцати отдельных царг с раструбом на одном конце для соединения их между собой в процессе монтажа. Длина царги 3,1 м, толщина стенки 20 мм с утолщением на концах до 30 мм. Труба выполнена из фаолита марки Т с межсловным армированием бязью, пропитанной бакелитовым лаком.

Для формовки царг изготовлено четыре комплект шаблонов, представляющих собой разъемные металлические каркасы, обшитые деревом. Перед формовкой шаблон собирают при помощи болтовых соединений. В центре его устанавливают металлическую трубу, которая является осью и позволяет вращать шаблон при его обкладке сырым фаолитом. Шчблон помешают на тарелку с упорами для его поворота. Верхнюю часть шаблона покрывают бумагой для предотвращения слипания фаолита с деревянной обшивкой. Листы фаолита укладывают насухо. Соединение листов между собой осуществляют бакелитовым лаком.

Уложенный первый слой фаолита промазывают бакелитовым лаком, и на него укладывают слой миткаля, который также пропитывают бакелитовым лаком. Затем укладывают второй слой фаолита. На листы перед укладкой наносят два слоя бакелитового лака. Формовку оставшейся части царги производят путем поворота шаблона. Чтобы исключить отставание фаолита от шаблона, отформованную часть царги покрывают кровельным железом и усиливают рейками, прибитыми гвоздями к деревянной обшивке шаблона.

После окончания формования царгу на тележке помещают в полимеризационную печь. Оптимальный режим полимеризации следующий: выдержка 14 ч при температуре 18...20 ⁰С, термообработка в течение 60 ч при 70 ⁰С, нагревание в течение 10 ч от 70 до 120 ⁰С со скоростью 5⁰/ч, выдержка в течение 48 ч при 120 ⁰С, плавное снижение температуры в течение 10 ч от 120 до 20 ⁰С со скоростью 10⁰/ч. После полимеризации рейки и кровельное железо снимают, царгу покрывают слоем бакелитового лака и вновь помещают в печь для полимеризации лака.

Царги монтируют после установки башни-кар каса. Монтаж осуществляется сверху вниз. Соеди няют царги бесфланцевым способом (в раструб места стыков заполняются специальной углегра фитовой замазкой на фенольной основе. Хорошие результаты достигаются также при заделке стыке шнуровым асбестом, пропитанным фенолфор мальдегидной смолой. Металлический каркас за щищают перхлорвиниловой окраской (в 6 слоев Такой способ соединения царг повышает дефор мационную способность ствола и компенсируе температурные напряжения, возникающие при колебаниях температуры во время эксплуатации.

Недостатком фаолитовых труб, как и больший ства пластмассовых, является относительно низ кая теплостойкость, не превышающая 100...110 ⁰С

Перспективно также применение состоящих и царг труб, изготовленных из винипласта и арми рованных снаружи стеклопластиком.

Заслуживает внимание конструкция вентиля ционной башни-трубы из винипласта, армированного металлом (металл-кор.). Монтаж таких труб осуществлен в нескольких странах итальянское фирмой S.C.E.A. (Милан).

На Красноярском заводе искусственного волокна до настоящего времени успешно эксплуатируется труба из армированного винипласта, смонтированная этой фирмой и предназначенная для отвода газов и паров кислотной станции кордного производства. Высота башни 120 м, диаметр трубы 7 м. Газы содержат сероводород и сероуглерод (до 0,5 %), пары H2S04 (до 0,1 %) и SO, (0,5 %). Температура 35...40 ⁰С.

Труба состоит из отдельных элементов армированного винипласта (изогнутых в плане) размером 4008*916 мм, являющихся 1/25 частью одной секции (царги). Секции состоят из сварной металлической рамки, обложенной винипластом (толщиной 6 мм), прикрепленной к рамкам с помощью алюминиевых или медных заклепок (диаметром 5 мм). Элементы соединяют между собой болтами (диаметром 12 мм). При монтаже установленное снизу дополнительное кольцо из уголка размером 75 х 50 х 5 мм закрепляют вертикальными подвесками, после чего к нему подвешивают на болтах 25 элементов первой нижней царги. В вертикальных стыках элементы также крепят между собой болтами. Стыки промазывают кислотоупорной замазкой или заделывают асбестовым шнуром с битумом.

Дополнительные кольца с шагом — 4008 мм по высоте крепят после установки царги к основным кольцам (швеллер № 30). С помощью основных колец осуществляется подвеска трубы к каркасу башни, кроме того, они вместе с кольцевыми фланцами трубы образуют через 4008 мм кольца

жесткости от ветровых нагрузок. Через 10 м по высоте кольца трубы дополнительно крепятся к кольцам каркаса башни с помощью уголков размером 90x60*6 мм. К конструкциям башенного типа относятся трубы, монтируемые из гуммированных стальных царг.

По проекту института Гиредмет и ПКБ треста "Монтажхимзащита" на Верхнеднепровском горно-металлургическом комбинате сооружена труба высотой 125 м и диаметром 5,5 м для очистки газов титаномагниевого производства. Труба состоит из железобетонного стакана высотой 10 м, ствола из 27 стальных царг, монтируемых на фланцах с резиновыми прокладками, и каркаса-башни из уголков, швеллеров и листового металла, в котором подвешены царги ствола. Каждая царга может заменятся новой, так как самостоятельно крепится к каркасу. Удаляемые газы содержат хлор и хлористый водород (0,1...0,5 %), температура 40... 50 ⁰С.

До монтажа царги трубы гуммируют в три слоя резинами различных марок: резиной 1976 (к металлу) толщиной 1,5 мм, резиной 2169 (промежуточный слой) толщиной 3 мм и резиной 1976 (со стороны агрессивной среды) толщиной 1,5 мм. Общая толщина покрытия 6 мм. Снаружи трубу и металлоконструкции защищают перхлорвиниловым покрытием в восемь слоев (два слоя грунта, три слоя эмали и три слоя лака). До нанесения покрытия металлическую поверхность грунтуют хлорнаиритовым грунтом, состоящим из раствора резиновой смеси на основе наирита марки А и хлорнаирита в соотношении 1:3 в смешанном растворителе (76 % сольвента, 19 % скипидара и 5 % бутилового спирта.

В течение первых двух лет эксплуатации трубы на фланцевых соединениях обнаружились обильные потеки соляной кислоты и разрушение наружной многослойной окраски.

Опытным заводом стеклопластиков (г. Тверь) для ремонта этой трубы была изготовлена верхняя царга высотой 4 м и диаметром 5,5 м из стеклопластика на основе полиэфирной смолы ПН-1. В качестве армирующего материала использована стеклоткань АСТТ. Царга состоит из 12 продольных частей, которые собираются и стыкуются на строительной шющалке. На стыки стеклопластика наклеиваются полосы стеклоткани на эпоксидной смоле ЭД-5. Смонтировано несколько аналогичных гуммированных труб, но все они находятся в аварийном состоянии. За рубежом гуммированные трубы применяют только при незначительной их высоте (до 20 м); в этом случае значительно облегчаются контроль за их состоянием и ремонт.

Многослойные вентиляционные трубы состоят из кирпичного или железобетонного ствола. Для противокоррозионной защиты в большинстве случаев железобетонный ствол оклеивают в два слоя тканью, пропитанной хлорсульфированным полиэтиленом, либо листовым или рулонным полиизобу-тиленом марки ПСГ на клее 88-Н с последующей сваркой швов. Затем ствол футеруется кислотоупорным кирпичом на силикатной замазке.

Трубы с такой защитой обычно работают в температурном интервале 60... 180 ⁰С. Между оклеенным слоем и футеровкой обычно располагают теплоизоляционный слой (минераловатный войлок, асбест и др.). При футеровке труб кислотоупорным кирпичом его укладывают не менее, чем в два слоя, при этом толщина футеровки в нижней части достигает 70...80 см.

При наличии кислого конденсата в качестве кладочного раствора в основном применяют силикатные замазки (андезитовую или диабазовую). При переменном воздействии воды и кислоты или кислоты и щелочи швы футеровки дополнительно "расшивают" кислотоводощелочестойкой замазкой арзамит-5. В отдельных случаях на этой замазке укладывают слой футеровки, находящийся непосредственно в контакте с агрессивной средой.

Обследование состояния кирпичных футерованных труб показало, что большинство из них находятся в аварийном состоянии. В наихудшем положении находится труба высотой 130 м и диаметром 3,2 м на Челябинском цинковом заводе. Отходящие газы содержат 0,2 % SO, и 0,1 % SO2, температура 60...90 ⁰С. В течение четырех лет эксплуатации образовался зазор между футеровкой и стволом трубы, швы кладки ствола из красного кирпича в отдельных местах, особенно в зоне, расположенной выше отметки + 80 м, влажные. Футеровка не предохранила ствол от проникновения газов и конденсата. Кроме того, резкие перепады температуры в трубе вызывают миграцию агрессивных газов и паров или конденсата из трубы в зазор между футеровкой и стволом.

В несколько лучшем состоянии находятся трубы многослойной конструкции с железобетонным стволом. Результаты обследования большинства эксплуатируемых железобетонных футерованных труб показати, что 50 % из них находится в неудовлетворительном состоянии.

На одном из титаномагниевых заводов железобетонная футерованная труба высотой 120 м и диаметром 3.5 м работает в условиях воздействия среды, содержащей, мг/л: 0,03...0,15 НСl; 0,12...0,16 Сl2; 0,05...0.08 SO2,. Температура газов 50...90 ⁰С. Кроме того, состав газов в стволе трубы сильно меняется в результате химического взаимодействия межлу составляющими и влагой, а также зависит от выделения конденсата.

На отметке 55 м обнаружены следы НС1 и H2S03. Пары и газы проникают в зазор между футеровкой и бетоном ствола через трещины и неплотности в силикатных швах футеровки, возникающих в результате температурных и механических напряжений. С наружной стороны ствола, особенно в рабочих швах бетонирования, обнаружены подтеки. Головка трубы выполнялась из чугунного или стального колпака из кислотостойких марок стали. Головку также можно изготовить целиком из кислотоупорного кирпича с перекрытием зазора между стволом и головкой.

Кроме воздействия агрессивной среды, важным фактором разрушения футеровки является ее низкая деформационная способность, особенно при резких температурных перепадах в условиях работы керамической футеровки в жесткой системе "железобетонный ствол—футеровка". При этом большое значение имеет различие коэффициентов линейного термического расширения футеровки (0,6 х1(Г5) и железобетона. Резкие и многократ-ные температурные колебания (особенно в зимний период) в связи с низкой термостойкостью керамики могут привести к ее разрушению. Проникновение в трещины и сколы кислого конденсата и агрессивных паров ускоряет процесс разрушения. Кроме того, набухание футеровки при действии кислоты в иных случаях вызывает значительные внутренние напряжения.

Поэтому рекомендуется применять футеровку с лучшими деформационными свойствами. Один из таких видов футеровки на полимерсиликатной замазке разработан во "ВНИПИТеплопроекте". Снижение модуля упругости кладочного раствора при некотором увеличении его прочности достигается путем добавки в силикатную замазку 5 % от массы жидкого стекла дивинилстирольного латекса СКС-65ГП. При этом начальный модуль упругости при центральном сжатии футеровки снижается до 28 %.

Другим важным фактором повышения надежности футеровки является уменьшение ее газо- и водопроницаемости. Для этой цели применяют смолу ФФ-1Ф (фурилфенолформальдегидная смола, стабилизированная фуриловым спиртом), которую вводят в жидкое стекло перед приготовлением силикатной замазки.

Применяемые за рубежом многослойные конструкции труб принципиально не отличаются от отечественных. Представляет интерес широкий ассортимент используемых материалов. Для футеровки труб применяют расширяющиеся кислотоупорные растворы и мастики на жидком стекле с повышенной плотностью и водостойкостью. Например, французские фирмы рекомендуют замазки с использованием в качестве инициатора затвердевания цианамида свинца в количестве до 20 % от массы жидкого стекла. Предложены также силикатные замазки с добавкой 2 % кремнефосфорной кислоты в соотношении SiO2: Р205 =1:4.

Для футеровки от воздействия кислых и нейтральных сред рекомендуются замазки на основе жидкого стекла, в которое предварительно вводится водная эмульсия поливинилхлорида. В США имеется опыт применения замазок Lu-dox с использованием в качестве связующего золя коллоидного кремния. В качестве ускорителя затвердевания в них применяется порошкообразная смесь силикатов щелочных металлов с соотношением R2O : SiO2 = 1 : (1-4,2).

Большинство замазок фирмы "Хёхст" (ФРГ) готовится на основе калиевого жидкого стекла. Эти замазки имеют повышенные водостойкость и высокую адгезию к бетону и стали. Для футеровки труб за рубежом в большом объеме используется керамика, изготовляемая по специальным заказам.

Конструкция "труба в трубе" для вентиляционных труб аналогична этому типу конструкции для дымовых труб. Обычно такие трубы проектируют с учетом разделения функций сопротивления ветровым усилиям и коррозии. Внешний ствол является несушей конструкцией для собственного веса и основных силовых нагрузок, включая вес внутреннего ствола, который иногда подвешивается к внешнему.

Наружная оболочка обычно выполняется из железобетона. Внутренний ствол — из кислотоупорного кирпича, стальной трубы с защитным покрытием внутри (лакокрасочное покрытие или гуммировка) и трубы из нержавеющей стали. Примером такой конструкции может служить железобетонная труба для серно-кислотного производства (см. рисунок).

Конструкция "труба в трубе" имеет некоторое преимущество по сравнению с многослойными трубами с точки зрения сопротивления к накоплению и переносу агрессивных газов и растворов к внутренней поверхности железобетонного ствола при температурном градиенте. Однако надежная защита ствола от коррозии не обеспечивается.

Имеется опыт применения трубы из противокоррозионных материалов (без каркаса и внешней железобетонной оболочки). Единственная труба этой конструкции из кислотоупорного кирпича на андезитовой замазке сооружена на Усть-Каменогорском титаномагниевом комбинате. Высота трубы 120 м, верхний внутренний диаметр 5,5 м. Агрессивная среда состоит из НСl (0,03...0,20 мг/л), хлора (0,1...0,2 мг/л) и S02 (0,05 мг/л). Температура отходящих газов 40...65 ⁰С. Через 2,5 года эксплуатации на наружной поверхности трубы появились интенсивные кислые подтеки в результате проникновения сквозь швы кладки кислого конденсата. Во время ремонта наружную поверхность окрасили перхлорвиниловым защитным покрытием, однако состояние ее не улучшилось, и в настоящее время труба вышла из строя.

Выводы

На основании опыта эксплуатации установлено, что при отсутствии слезниковых колец во внутренней трубе стекающий конденсат воздействует на значительную площадь внутри трубы. Создание устройства для отвода конденсата в нижнем перекрытии позволяет быстро эвакуировать скопившуюся агрессивную жидкость.

При сооружении внутреннего ствола из кислотоупорного кирпича или блоков необходимо создать усиленную противокоррозионную защиту перекрытия в межтрубном пространстве и железобетонного ствола в нижней части трубы, куда попадает кислый конденсат при стекании по наружной поверхности внутреннего ствола.

Наиболее перспективно использование комбинированных труб башенного типа, состоящих из несущего решетчатого стального каркаса и подвешенного к нему вытяжного-ствола. Целесообразно устройство двух и более стволов с учетом временной максимальной нагрузки одного из них при ремонте другого. Для тепловых электростанций и в отраслях промышленности, где выделение агрессивных газов незначительно, рекомендуется применение железобетонных труб с консольной футеровкой и труб типа "труба в трубе".

Отечественный и зарубежный опыт последних лет показал, что решение проблемы экономичности и надежности в области трубостроения связано с разработкой и внедрением новых конструкционных и футеровочных противокоррозионных материалов на основе различных полимеров.