Кратко о защите от коррозии дымоходов и труб при экстремально высоких температурах

Коррозионная защита дымовых каналов и дымовых труб — если речь идёт лишь о воздействии влажного, горячего и кислотного коррозионного агента, то в Китае эта проблема уже успешно решена. За период с 2000 года и до сегодняшнего дня основным решением стала система на основе эпоксидной смолы с винилэфирными добавками и стеклянными чешуйками. Конечно, существуют также такие варианты, как KPI и облицовка кирпичом или плиткой; однако при средних и низких температурах, а также при обычных высоких температурах, система с покрытием из стеклянных чешуек на основе эпоксидной смолы с винилэфирными добавками уже получила широкое признание. Хотя это решение не всегда является самым идеальным, с точки зрения соотношения цена-эффективность и срока службы, именно система с внутренним покрытием из стеклянных чешуек на основе эпоксидной смолы с винилэфирными добавками представляет собой оптимальный выбор.

Инженерные компании в Китае, занимающиеся проектированием и строительством ФК-систем, всё чаще сталкиваются с более сложными проблемами: это первичные дымовые каналы/дымовые трубы электростанций и первичные дымовые каналы/дымовые трубы котлов. Оба этих объекта подвергаются экстремально высоким температурам — мгновенные температуры превышают 200 градусов, а средние долгосрочные температуры также приближаются к 180 градусам. Кроме того, основания этих конструкций могут быть как стальными, так и бетонными. В процессе эксплуатации часто наблюдаются резкие колебания температуры, а условия эксплуатации характеризуются значительными перепадами температур.

В целом, в стране сейчас много инженерных компаний и поставщиков материалов, занимающихся этим направлением; предложения, которые они выдвигают, весьма разнообразны. Однако практически нет успешных примеров, подтверждённых реальной эксплуатацией в условиях окружающей среды на протяжении более пяти лет. Ниже Оуян подробно проанализирует преимущества и недостатки всех предложенных в отечественной коррозионной защите решений в данной области, чтобы помочь заинтересованным лицам принять обоснованное решение.

В настоящее время основными антикоррозионными решениями для дымовых труб и дымоходов, работающих при экстремально высоких температурах, являются: эпоксидно-винилэфирная смола (VER) с стеклянной чешуйчатой штукатуркой; композитные материалы из VER-штукатурки и стеклопластика; внутренняя облицовка из VER-штукатурки с затиркой между кирпичами и плитками (например, из витрифицированного керамогранита BinGode, кислотостойкого кирпича, кислотостойкой керамики и других материалов); кислотостойкая KPI-штукатурка; внутренняя облицовка из KPI-штукатурки с затиркой между кирпичами и плитками; покрытие OM; сплавы на основе титана и хастеллоя и другие аналогичные решения. В настоящее время на рынке уже появляются некоторые новые подходы, однако практически отсутствуют практические реализации — даже те случаи, которые имеются, не проработали и двух лет: это такие решения, как система «Хуньюань» и гибридный материал на основе циклосиликоновых полимеров и металлов.

При проектировании антикоррозийных решений для дымовых каналов и дымовых труб, работающих при экстремально высоких температурах, ключевое внимание уделяется следующим аспектам: антикоррозийная стойкость, водонепроницаемость и устойчивость к отслаиванию. Антикоррозийная стойкость определяется стойкостью материала самого покрытия к кислотам, особенно в условиях высоких температур; водонепроницаемость в основном зависит от толщины антикоррозийного слоя и плотности затвердевших органических и неорганических компонентов; устойчивость к отслаиванию в первую очередь обусловлена качеством выполнения работ, эффективностью подготовки основания, уровнем стойкости самого антикоррозийного материала к резким перепадам температур, а также характеристиками устойчивости антикоррозийного покрытия к изменению напряжений.
А. Схема высокотемпературной стеклянной чешуйчатой штукатурки
Речь идёт о стеклянной чешуйчатой штукатурке с высокой степенью сшитости, способной выдерживать температуру до 180 градусов в течение длительного времени.
Преимущества решения: отличная кислотостойкость, исключительная водонепроницаемость, удобство монтажа, низкая общая стоимость и высокая экономичность.
Недостатки (или сложности) схемы: требование к термостойкости грунтовки также должно соответствовать уровню стойкости до 180 градусов, при этом грунтовка должна обладать определённой гибкостью — это пока остаётся одной из наиболее сложных задач в отрасли винилэфирных смол. Сама же шпаклёвка обладает недостаточной пластичностью и легко становится хрупкой; особенно сильно это проявляется при резких перепадах температур, когда адгезионные свойства слоя шпаклёвки снижаются, и она начинает отслаиваться — особенно часто это происходит при недостаточной подготовке основания. При резких температурных перепадах возникающие локальные напряжения приводят к последующему сосредоточению напряжений, что представляет собой довольно труднорешаемую проблему (данная схема недостаточно устойчива к изменениям напряжений). Основная причина всех вышеперечисленных недостатков заключается в том, что после полимеризации конечный защитный слой на основе шпаклёвки FC имеет коэффициент линейного теплового расширения, отличающийся от коэффициента основания, что особенно заметно при экстремально высоких температурах. В условиях высоких температур адгезия между шпаклёвкой и основанием не может быть надёжно обеспечена. Полярные связи в винилэфирных смолах, представленные гидроксильными группами, недостаточно эффективны для достижения такого же уровня адгезии, как эпоксидные связи. Кроме того, требования к подготовке основания весьма высоки, тогда как на практике строительные организации зачастую относятся к этой процедуре формально и поверхностно.
Решение по изготовлению клеевой массы, устойчивой к температуре 180 градусов в течение длительного времени, легко реализовать. Например, можно использовать фенольную винилэфирную смолу с высокой плотностью сшивания, дополнив её стеклянными чешуйками и другими добавками — таким образом получится клеевая масса данного типа. Следует обратить внимание, что вязкость подобных смол обычно довольно высока. Если при изготовлении клеевой массы добавить слишком много разбавителя — стирола, это приведёт к тому, что конечный продукт станет хрупким и утратит свои теплостойкие характеристики. Поэтому при подготовке клеевой массы нельзя чрезмерно увеличивать содержание стирола ради улучшения технологичности процесса; также не стоит бездумно снижать долю неорганических наполнителей, таких как стеклянные чешуйки, лишь для облегчения технологических операций. Лучше всего сочетать оба подхода: конечная клеевая масса должна содержать несколько большее количество смолы по сравнению с обычной ВЭР-клеевой массой, но при этом, если это не мешает выполнению работ на месте, следует стараться не добавлять избыточное количество стирола.
Высокотемпературная грунтовка с определённой гибкостью — на сегодняшний день практически нет производителей в Китае, способных предложить такую грунтовку, которая бы идеально решала эту проблему. В настоящее время подавляющее большинство компаний на рынке поступают следующим образом: они добавляют высокоплотные сшивающиеся смолы типа VER или аналогичные полимеры вместе с высоко полярными разбавителями, такими как акриловая кислота, метакриловая кислота и метилметакрилат, которые способны участвовать в процессе сшивки и отверждения, чтобы получить грунтовочную основу. После нанесения первого слоя грунтовки добавляют небольшое количество порошкового наполнителя (чаще всего это кварцевый порошок) и затем наносят ещё один очень жидкий слой шпаклёвки. Затем наносят средний и верхний слои специальной высокотемпературной шпаклёвки. То есть, в действующей практике не используется специально разработанная грунтовка; вместо этого берут виниловую смолу, устойчивую к высоким температурам, разбавляют её полярными мономерами и сразу применяют в качестве грунтовки.
Конечно, в настоящее время в стране уже появилась грунтовка на основе виниловой смолы с добавлением органического кремния, обладающая высокой термостойкостью. Однако пока что эта грунтовка остаётся преимущественно в стадии опытных испытаний в исследовательских лабораториях различных компаний и не получила широкого применения в реальной практике. Введение органических кремниевых смол значительно повышает температурный предел устойчивости грунтовки. Также уже предпринимаются новые попытки разработки грунтовок на основе полиуретаново-модифицированных виниловых смол с высокой термостойкостью, однако до сих пор не было представлено ни одного случая их успешного внедрения в промышленную практику.
Чтобы снизить текущий коэффициент теплового расширения винилэфирных смоляных стеклянных чешуек, применяемых в герметизирующих составах, добиться более тесного сцепления с основным материалом, а также улучшить прочность и ударостойкость самого состава, эффективно предотвратив отслаивание при резких перепадах температур и недостаточную устойчивость к изменению напряжений, на рынке уже начали экспериментировать и использовать некоторые модификаторы для изменения существующих VER-герметиков. Основные направления таковы: 1. Добавление порошков термопластичных полимеров, таких как ПЭТ, ПП, ПЭ и АБС; эти вещества в составе герметика выступают в роли средств снижения усадки, что позволяет не только уменьшить усадку, но и повысить общую прочность покрытия. Таким образом, с другой стороны, улучшается устойчивость покрытия к резким перепадам температур и изменению напряжений, что снижает вероятность отслоения (некоторые производители, ранее занимавшиеся изготовлением красок, теперь также выпускают VER-герметики на основе стеклянных чешуек и активно работают в этом направлении; Оуян уже встречался с инженерами таких компаний); 2. Добавление специальных высокотемпературных веществ или добавок на основе органических силиконов, что повышает общий температурный диапазон устойчивости покрытия (Оуян также уже встречался с инженерами таких компаний); 3. Введение в состав герметика чешуек или других веществ с более низким коэффициентом теплового расширения (например, металлических чешуек), что позволяет значительно повысить твердость и прочность конечного покрытия и приблизить коэффициент теплового расширения покрытия к аналогичному показателю неорганических или металлических оснований, что также способствует устранению проблемы недостаточной устойчивости покрытия к резким перепадам температур и изменению напряжений, из-за чего оно может легко отслаиваться. Все три вышеупомянутые методики уже активно применяются в реальных случаях многими компаниями в Китае.

Композитное решение из стеклянных чешуек B VER и стеклопластика FRP
Это также один из наиболее широко используемых сегодня решений; за рубежом, особенно в Японии, уже достаточно признано решение, обладающее высокой термостойкостью.
Преимущество данного решения по сравнению с чисто глиняным вариантом заключается в том, что под слоем глины устроен изоляционный слой из FRP; при наличии соответствующих условий можно даже использовать изоляционный слой из стеклопластика с углеродным волокном (толщиной 1–2 мм). Этот изоляционный слой отлично выполняет функцию переходного звена между глиной и основным материалом, значительно повышая общую прочность и ударостойкость. При соблюдении требований к термостойкости, кислотостойкости и водонепроницаемости данный вариант лучше справляется с резкими перепадами температур и изменениями напряжений по сравнению с первоначальным решением. Однако, строго говоря, это лишь устранение симптомов, а не коренного решения проблемы; его недостатки аналогичны тем, что были упомянуты выше. Если требуется улучшение, то методы и принципы остаются теми же, что описаны ранее.

Цементная затирка C VER для облицовки кирпичными плитами внутри (включая пеностеклянные плиты Бингао Дэ, кислотостойкий кирпич, кислотостойкую керамику и т.д.)
Схема с кирпичной или плиточной облицовкой, пожалуй, является одной из наиболее распространённых в стране; особенно это касается компаний в районе Яньчэн, специализирующихся на высотных антикоррозионных работах — многие их проекты именно такого типа.

Кирпичная облицовка, как правило, применяется в условиях экстремально тяжёлой коррозионной среды, где предъявляются особые требования к устойчивости к температуре, давлению и износостойкости. По сравнению с антикоррозийной облицовкой из стеклопластика или из глиняного раствора, её стоимость выше.
Преимуществами кирпичной облицовки являются её устойчивость к температурным воздействиям (особенно к резким перепадам температур), коррозионная стойкость, износостойкость, способность выдерживать давление и низкая теплопроводность. Однако у неё есть недостатки: недостаточная ударопрочность, плохая устойчивость к ударам; при неправильном выборе материала для швов легко возникают протечки; а при неправильном использовании связующего материала для изоляционного слоя кирпичные плиты могут отслаиваться.

Основные исходные материалы для облицовки кирпичными плитами делятся на две категории: во-первых, кирпич и плиты; во-вторых, связующие материалы.

В настоящее время наиболее широко используются следующие виды кирпичей и плит: кислотостойкие керамические материалы (включая плиты и кирпичи различных размеров и типоразмеров), литые каменные плиты (изготовленные из таких материалов, как зелёный туф, базальт и промышленные шлаки), кислотостойкий кирпич различных размеров и типоразмеров, природные кислотостойкие каменные материалы (в основном гранит), графитовые материалы, пропитанные термореактивными смолами, а также графитовые материалы, пропитанные жидким стеклом.

Конечно, при эксплуатации в высокотемпературных дымовых каналах обычно используются кислотостойкие угольные кирпичи, кислотостойкая промышленная керамика и пеноглазурованные кирпичи Бингоуд (эти материалы чаще всего применяются для антикоррозийной защиты высокотемпературных дымоходов). Среди связующих материалов основное значение имеет штукатурная масса, которая используется главным образом для затирки швов, заполнения зазоров и склеивания; иногда она также непосредственно служит изоляционным слоем. Основные виды таких масс включают: силикатную штукатурную массу на основе водного стекла (наиболее широко применяемая сейчас — KPI, причем калиевое водное стекло обладает лучшими характеристиками); фенольную штукатурную массу (практически не используется); фурановую штукатурную массу (нуждается в предварительной грунтовке эпоксидной смолой); эпоксидную штукатурную массу (для высокотемпературных дымовых каналов обычно применяется эпоксидная смола, модифицированная полисилоксаном); штукатурную массу на основе ненасыщенных смол (широко применяется); а также особо устойчивую к высоким температурам штукатурную массу на основе фенольно-винилэфирной смолы с высокой плотностью сшивания (наиболее часто используемая). Здесь следует отметить, что выбор связующего материала во многом зависит от условий эксплуатации конечной футеровки: от устойчивости к температуре, кислотам, щелочам и других факторов, а также от свойств базового материала — таких как прочность сцепления, пластичность и степень усадки. Помимо оценки характеристик при комнатной температуре, особенно важно учитывать, сохраняет ли связующий материал отличную прочность, пластичность, устойчивость к кислотной и щелочной коррозии, а также стойкость против проникновения даже при высоких температурах или в условиях определённой температурной среды (ведь если изделие будет использоваться именно в таких условиях, зачем тогда выбирать такую дорогостоящую футеровку?). Независимо от вида штукатурной массы, штукатурная масса, приготовленная методом вакуумной диспергации, несомненно, будет гораздо качественнее той, что просто замешана на месте.

Еще раз остановимся на устройстве изоляционного слоя. Помимо затирки швов и заполнения зазоров, часто дополнительно устраивается изоляционный слой. Выбор изоляционного слоя требует особого внимания: если необходимо обеспечить быструю теплопроводность, чаще всего для этого используют металлические материалы, однако их стоимость довольно высока; также широко распространены изоляционные слои из резины; ещё более популярны изоляционные слои из стеклопластика — они обладают отличной адгезией и предоставляют широкие возможности выбора смол. Поверхность кирпичной или плиточной футеровки, казалось бы, напоминает возведение стен при строительстве дома, однако, если углубиться в детали, окажется, что здесь есть немало нюансов, требующих внимания. Особенно тщательно следует подходить к укладке в таких специфических местах, как углы и другие нестандартные поверхности.

D Кислотостойкая KPI-цементная замазка
Основным компонентом клея KPI является силикат калия, дополненный другими неорганическими ингредиентами. Его преимущества: высокая стойкость к органическим растворителям, особенно заметная при средних и низких температурах; отличная термостойкость (при добавлении таких пигментов, как титановая белила, термостойкость клея KPI может превышать 600 градусов; однако при таких высоких температурах адгезионные свойства клея KPI к основанию также ухудшаются); низкая цена. Недостатки: значительно хуже механической прочности и адгезионных свойств по сравнению с клеем FC, стеклопластиком и кирпичной облицовкой; хуже стойкости к кислотам по сравнению с клеем VER; особенно сильно уступает клею FC с玻璃ными чешуйками в плане водонепроницаемости. При контакте с влажными дымовыми газами ситуация становится ещё сложнее (поэтому, если использовать клей KPI, его толщина при нанесении должна превышать 10 мм).

Решение с использованием КПИ-глины ранее довольно широко применялось в низкокачественных антикоррозионных работах, однако сейчас его используют всё реже. Сейчас крайне редко можно встретить применение КПИ-глины для антикоррозионной защиты дымоходов, поскольку после отверждения основная часть КПИ-глины состоит из неорганических компонентов. Таким образом, это решение в определённой степени решает проблемы термостойкости и устойчивости к резким температурным перепадам; однако оно неэффективно справляется с задачами антикоррозионной защиты и предотвращения просачивания.

E KPI Цементный раствор для затирки швов, внутренняя облицовка из керамической плитки
Этот вариант, несколько лет назад использовавшийся в некоторых проектах по антикоррозийной защите высотных дымовых труб в Яньчэне и Пекине, в последние годы стал применяться крайне редко. По сравнению с вариантом C, единственное изменение заключается в замене герметика VER на герметик KPI. Хотя проблема термостойкости решена, всё же остаются нерешёнными вопросы устойчивости к проникновению влаги и коррозии. Вариант C фактически является производным от раннего метода заделки швов с использованием герметика KPI.

F Краска OM
Некоторые различия между покрытием OM и стеклянной чешуйчатой шпаклёвкой на основе винилэфирной смолы (один из видов FC):
1 Разница в составе: OM — чисто органический, а VER-FC — органико-неорганический композитный материал; после отверждения коэффициент теплового расширения и сжатия (линейный коэффициент теплового расширения) VER-FC ближе к основному материалу (огнеупорный кирпич, кирпич, металлическая основа) по сравнению с ОМ-краской на чисто органической основе, что определяет многие характеристики данного материала.
2 Разница в адгезионной способности к кирпичу: VER-FC значительно лучше OM;
Способность к адгезии с металлической подложкой: VER-FC значительно лучше, чем OM;
Особенно после периодических циклов изменения температуры от высокой до низкой разница в адгезионной способности становится ещё более очевидной.
Толщина эффективной антикоррозионной защиты 3 FC значительно больше, чем у OM, и её стоимость также существенно выше. До 2005 года OM широко применялась для антикоррозионной защиты дымовых каналов и дымовых труб в Китае. Однако начиная с 2005 года, особенно после того как такие компании, как SGL Wuhan и японская Jingjiang Prince, внедрили технологию VER-FC в китайские электростанции с мокрым методом сероочистки, использование OM стало сокращаться. В то же время количество применений VER-FC растёт. Это не означает, что случаев, когда VER-FC давала сбои, не было — они были. Однако по сравнению с этим на рынке сейчас более легко принимаются решения, основанные на технологии VER-FC или на глубокой переработке VER-FC (например, использование штукатурной смеси VER-FC для заделки швов в кирпичной облицовке является одним из видов такой глубокой переработки).
4. Устойчивость к температурным колебаниям и резким перепадам температур — VER-FC значительно превосходит OM;
5. Что касается водонепроницаемости, VER-FC значительно превосходит OM;
6. В плане износостойкости и устойчивости к абразивному воздействию VER-FC значительно превосходит OM.
При антикоррозионной защите дымоходов необходимо учитывать следующие факторы: 1 — кислотостойкость; 2 — водонепроницаемость; 3 — термостойкость; 4 — адгезию с основным материалом; 5 — износостойкость; 6 — стойкость к резким перепадам температур и изменению напряжений. Практически ни один из этих факторов ОМ не способен решить надёжно, поэтому ОМ практически вышел из сферы тяжёлой антикоррозионной защиты дымоходов и труб.

При высокой температуре дымовая труба, если система FGD не работает, напрямую выбрасывает газы внутрь трубы, и температура в ней становится очень высокой; особенно высокой может быть температура на входе — она может превышать 200 градусов (в этом случае газ уже, разумеется, сухой). В такой ситуации ОМ тем более не способен решить указанные выше ключевые проблемы, особенно это касается дымовых труб с металлической внутренней оболочкой.

В настоящее время на рынке наиболее распространёнными решениями для высокотемпературных дымоходов и труб остаются три варианта: стеклянная чешуйчатая штукатурка, композитная система из стеклянной чешуйчатой штукатурки и ФРП, а также внутренняя облицовка из кирпича с затиркой на основе стеклянной чешуйчатой штукатурки. Главные преимущества этих трёх решений заключаются в их высокой коррозионной стойкости, отличной термостойкости и превосходных гидроизоляционных свойствах. Если частота перепадов температур невелика, резкие изменения температуры не слишком интенсивны, а напряжения в конструкции не достигают значительных уровней (особенно это касается сверхвысоких дымовых труб, где колебания могут вызывать серьёзную концентрацию напряжений), то эпоксидно-винилэфирная смола с добавлением стеклянной чешуйчатой штукатурки можно считать довольно идеальным решением. Однако при возникновении вышеупомянутых особо сложных условий, даже если дополнительно вводить в стеклянную чешуйчатую штукатурку термопластичные модификаторы, силиконовые добавки, металлические чешуйки или какие-либо другие укрепляющие слои из углеродного волокна и тому подобное, это будет лишь поверхностным решением, которое лишь незначительно улучшит ситуацию; в таких случаях ни одно из указанных решений нельзя назвать совершенно идеальным.

В последнее время в стране появились два относительно новых антикоррозионных решения, предназначенных для условий экстремально высоких температур и влажных дымовых газов с частыми колебаниями напряжений и температур (возможно, об этом уже слышали): антикоррозионное покрытие «Хуньюаньти» и антикоррозионное покрытие на основе гибридных полимеров. Сначала поговорим о первом из них. В настоящее время оба этих решения применяются в реальных случаях слишком недолго, поэтому пока можно лишь обсудить их возможности.

G Схема Хуньюаньти
Хуньюань-тэ: это термин, введённый одним производителем из Фошаня, Гуанчжоу, и, по сути, весьма точен. О том, что такое структура Хуньюань-тэ, можно узнать, заглянув на их сайт. Принцип Хуньюань-тэ заключается в следующем:
Бетонное основание:
Первый этап: вещества, проникающие в бетонную основу, которые Синьлу сам называет восстановителями — как именно они называются, не имеет значения. Давайте проанализируем их основные компоненты: эпоксидная смола низкой молекулярной массы плюс активный разбавитель плюс эпоксидный отвердитель класса T31, отверждаемый при комнатной температуре. Возможно, существуют также водные варианты эпоксидных смол — ведь в их документации утверждается, что они подходят для работы по влажным основаниям и даже под водой.
Второй слой: армирующий слой. Эпоксидная (основа) + высокотемпературная органическая силиконовая смола + парафин + отвердитель;
Третий слой: ремонтный слой. Эпоксидная смола + активный разбавитель + кварцевый порошок + отвердитель класса T31;
Четвёртый слой: армирующий слой. Эпоксидная смола + полисилоксановый модификатор + алифатический эпоксидный отвердитель + разбавитель;
Пятый слой: глазурный слой. Это смесь полимеризованного растительного масла (в основном), смолы, отвердителя и инертного разбавителя (такого как бензол, ксилол, эфиры, спирты).
При этом четвёртый этап можно усилить с помощью волокнистой ткани. Вопросы, касающиеся ключевых моментов этого решения, заключаются в следующем:
1) Активный разбавитель должен проникать в основу, тогда как верхний слой — неактивный; именно поэтому в конечном итоге толщина покрытия может быть не более 1,5 мм. Если в верхнем коррозиестойком покрытии содержится слишком много активного разбавителя, это приведёт к ухудшению таких характеристик эпоксидного покрытия, как термостойкость и коррозиестойкость.
2) Чтобы обеспечить проникновение в основу, вещество должно обладать очень малой молекулярной массой и крайне низкой вязкостью, а также быть способным вступать в реакцию в самой основе, тем самым ещё прочнее скрепляя её компоненты. Без добавления активных разбавителей добиться такой высокой проникающей способности невозможно — вязкость неизбежно будет слишком высокой. Вероятность использования эпоксидной смолы марки E51 или аналогичных продуктов выше, поскольку они обеспечивают лучшую адгезию. Конечно, можно также использовать другие соединения, содержащие эпоксидные группы; их молекулярная масса будет ещё меньше, однако их адгезия и технологичность отверждения труднее контролировать.
3) В качестве армирующего слоя используется смола с добавлением силиконовой смолы, что повышает термостойкость.
4) В ремонтный слой добавлены неорганические вещества, такие как кварцевый порошок, чтобы улучшить расположение стеклянных чешуек в глиняной массе;
5) Армирующий слой должен быть основным антикоррозионным слоем (хотя в их документах утверждается, что проникающий в него базовый материал сам по себе обладает коррозионной стойкостью; на деле же в него добавлено так много разбавителей, а основная смола — эпоксидная, поэтому достижение высоких показателей термостойкости и коррозионной стойкости просто невозможно);
Преимущество схемы «Хуньюань» заключается в том, что:
1) Между основанием и антикоррозионным покрытием действительно применена технология проникающего слоя, взятая за основу современных методов антикоррозионной защиты поверхностей. Этот подход аналогичен тому, как некоторые компании, занимающиеся устройством полов, сегодня используют так называемые ремонтные составы для бетонных оснований в случаях, когда соотношение воды и песка слишком велико, бетонное основание начинает выкрашиваться и теряет прочность. Благодаря такой технологии качество основания действительно улучшается.
2) Затем наносится ремонтный слой и укрепляющий слой; по сути, принцип их нанесения аналогичен шпаклевке при выполнении напольных работ. Цель состоит в том, чтобы создать промежуточный слой с более плавным переходом между антикоррозионным покрытием и основанием, увеличивая адгезию к основанию.
3) Вещества, проникшие внутрь, смешиваются с исходным основным материалом, что обеспечивает более прочное сцепление; одновременно между ними и покрытием образуется более толстый переходный слой с большей длиной переходного участка. Это позволяет лучше соединить основной материал и покрытие — два материала с сильно различающимися коэффициентами линейного теплового расширения. Такой переходный эффект способен снижать вероятность плохого сцепления покрытия с основным материалом при резких перепадах температуры и изменении напряжений.
4) В отличие от текущих решений, таких как глиняные смеси, кирпичная облицовка, стеклопластик, OM и KPI, решение на основе системы «Хуньюань» по-другому подходит к проблеме отслаивания и отделения конечного антикоррозионного слоя от основы — оно уделяет больше внимания обработке самой основы (их восстановительный и ремонтный слои являются лишь разновидностью обработки основы в широком смысле этого понятия). Действительно, в современной практике антикоррозионной защиты высокотемпературных дымовых каналов строительные компании редко прибегают к такой глубокой обработке основы; обычно они ограничиваются лишь пескоструйной обработкой для придания поверхности шероховатости. По сравнению с подходом системы «Хуньюань», в широком смысле обработка основы даёт совершенно иной результат.
Проблемные моменты схемы «Хуньюаньти»:
1) Что касается выбора эпоксидных смол, то, с точки зрения технологической реализуемости данного решения, нижний слой содержит смолы с низкой эквивалентной массой, тогда как верхний слой — смолы с высокой эквивалентной массой, вплоть до фенольных эпоксидов и даже высокоэквивалентных многофункциональных эпоксидов. Благодаря такому подходу нижний слой обеспечивает проникновение, а верхний слой гарантирует твердость, прочность и водонепроницаемость конечного покрытия. Использование отвердителя на основе фенольных аминов T31 и алкильных отвердителей для постепенной полимеризации позволяет надёжно контролировать плотность сшивания; однако в результате этого невозможно одновременно добиться высокой термостойкости, прочности и коррозионной стойкости конечного покрытия (особенно стойкости к воздействию сильных кислот при высоких температурах). Добавление силиконовых смол действительно повышает термостойкость, но не способствует улучшению коррозионной стойкости. Таким образом, в реальности данный вариант по своим динамическим характеристикам в области коррозионной стойкости и термостойкости несомненно уступит стеклянной чешуйчатой штукатурке VER.
2) Использование эпоксидной смолы обеспечивает отличную конечную адгезию к основному материалу и высокую общую ударопрочность. Кроме того, между эпоксидной смолой и основным материалом образуется переходный слой. Действительно, высокая ударопрочность и устойчивость к деформациям и напряжениям — это главные преимущества данного решения. Однако при армировании стекловолоконной тканью внутри содержится разбавитель. Такой подход не исключён, но требует очень тонкого нанесения, чтобы разбавитель не испарялся. Если он не испаряется, это серьёзно скажется на конечной термостойкости и коррозионной стойкости; если же разбавитель всё-таки испаряется, то механизм образования плёнки будет аналогичен механизму акриловых красок на основе растворителей типа ксилола: возникнет разница между толщиной мокрой и сухой плёнки. Полностью растворитель не может испариться полностью — в отличие от радикальной полимеризации, где стирольный растворитель способен участвовать в реакции сшивания. В данном случае неиспарившаяся часть инертного разбавителя, оставшаяся после нанесения верхнего глазурованного слоя, при дальнейшем воздействии высоких температур неизбежно приведёт к расширению или другим негативным эффектам, таким как набухание эпоксидной смолы.
3) Износостойкость: глазурованный слой делается очень гладким и не задерживает на себе загрязнения — это, безусловно, хорошо. Однако в конечном счёте эффективность против коррозии в большей степени зависит от твёрдости антикоррозионного слоя. Почему в некоторых случаях добавляют микросиликат? Уверен, что это не просто так: наличие микросиликата обязательно имеет своё объяснение. Однако если здесь использовать неживой разбавитель, то добавление любых порошков или чешуек значительно повлияет на вытекание разбавителя; поэтому можно применять лишь материалы типа сплошной ткани из волокон с определённым зазором между нитями.

Смешанное тело на стальной основе
Грунтовка, наносимая при обработке основы, может вступать в реакцию с ржавчиной, образуя защитную мембрану, что позволяет значительно сократить объем работ по пескоструйной очистке от ржавчины. Остальные слои — упрочняющий и глазурный — аналогичны тем, что описаны выше. Анализ:
1) Несмотря на то, что смолы обладают гораздо лучшей ударопрочностью и вязкостью по сравнению с другими вариантами, коэффициент линейного теплового расширения между неорганическими и металлическими материалами — то есть степень усадки материалов из-за теплового расширения и сжатия — всё же сильно различается. К тому же, в данном варианте содержится разбавитель; поэтому решить эту проблему исключительно за счёт покрытия с таким высоким содержанием органических веществ крайне сложно.
2) Устойчивость очень хорошая; если даже добавить в состав ещё и термопластичный порошковый материал, это действительно может улучшить эффект памяти при изменении температуры и напряжений. Однако теоретически нельзя полностью утверждать, что это решит проблему в корне.
3) Если использовать термореактивные смолы на основе эпоксидов, то, исходя из текущего распространённого применения таких материалов, как эпоксидные, ненасыщенные, виниловые, фенольные, фурановые, бисмалеиновые, меламиновые, полиуретановые, силиконовые смолы, полисульфоны и термопластичные полимеры (в основном общепромышленные пластики, инженерные пластики и фторсодержащие пластики), при соблюдении соответствующего механизма образования плёнки обеспечить коррозионную стойкость при обычных температурах вполне возможно. Однако при высоких температурах использование только эпоксидных смол всё же затрудняет одновременное достижение высокой антикоррозионной стойкости и устойчивости к повышенным температурам.
Предложение о концепции «хуньюаньской структуры» является очень хорошим — по крайней мере, оно может предложить специалистам в области тяжёлой антикоррозионной защиты новый направление, заслуживающее более пристального внимания: помимо тяжёлой антикоррозионной стойкости и термостойкости, можно рассмотреть вопрос с точки зрения широкого подхода к обработке основы. Необходимо найти оптимальный баланс между такими характеристиками, как тяжёлая антикоррозионная стойкость, термостойкость, устойчивость к резким перепадам температур, ударопрочность и устойчивость к напряжениям. Для этого инженерам-специалистам в области тяжёлой антикоррозионной защиты и строительным работникам необходимо ещё теснее сотрудничать и обмениваться опытом — только так можно добиться гармонии.
H-циклический силиконовый полимер гибридная схема
Также известен как гибридное полимерное покрытие APC; это органическо-неорганический гибридный полимерный материал — высокоплотная трёхмерная пространственная антикоррозионная структура с высокой степенью сшивки.
Преимущества: высокая термостойкость, отличная коррозионная стойкость, хорошая износостойкость, высокая гибкость, огнестойкость; при увеличении толщины обеспечивается также отличная герметичность; хорошая устойчивость к резким перепадам температур и изменениям напряжений; лучше противостоит старению по сравнению с органическими материалами (но уступает титановым сплавам).
Недостатки: невозможно одновременно обеспечить высокую водонепроницаемость и низкую технологическую стоимость; адгезионные свойства к основанию требуют улучшения; технология строительства и её стоимость слишком высоки.
　　В настоящее время примеры применения гибридных полимерных покрытий APC в дымовых трубах и дымоходах электростанций имеются в США; в Китае такие примеры отсутствуют.
Ключевые моменты данного плана:
1) В составе органических компонентов, в отличие от обычных антикоррозионных покрытий, обычно используемые органические компоненты могут быть нанесены и сформированы при комнатной температуре; большинство из них содержат гидроксильные группы или эфирные связи, такие как эпоксидные смолы, винилэфирные смолы и фенольные смолы. (Конечно, не исключены также некоторые растворительные пленкообразующие лаки неконверсионного типа, которые не содержат гидроксильных групп и эфирных связей.) В то же время основные органические компоненты в слое гибридных полимерных структур практически не содержат гидроксильных групп и эфирных связей; они в основном соединены эфирными связями, связывая многочисленные функциональные группы, способные участвовать в сшивании или полимеризации. Такие циклосиликоновые полимеры в настоящее время в Китае пока остаются лишь на стадии лабораторных исследований (проводятся Институтом наук Китая), осуществляется их производство малыми партиями. Основной органический компонент, используемый в Chemline 784 компании APC из США, также относится к этому же типу материалов.
2) Данное решение не основано на концепции «хуньюаньского тела», а скорее опирается на общую концепцию обработки основы с использованием металлических подложек, что позволяет снизить коэффициент линейного теплового расширения покрытия до уровня, близкого к таковому у металлической подложки.
3) Для достижения эффекта, описанного в пункте 2), помимо органических компонентов, в данную формулу дополнительно введены неорганические компоненты, такие как хлопья нержавеющей стали, кварцевый порошок, керамический порошок карбида кремния, модифицированные углеродные волокна (обладающие лучшей адгезионной способностью на границе раздела по сравнению с обычными углеродными волокнами) и титановый белила.
4) В качестве отвердителя используется сочетание циклоалкиламина и ароматического амина, что обеспечивает высокую термостойкость и плотность сшивания конечной покровной структуры;
5) Контролируя содержание неорганических компонентов, отвердителей, разбавителей и других веществ, можно получать различные покрытия, близкие по свойствам к бетонным, железобетонным и металлическим основаниям.
Ключевые преимущества:
1) С точки зрения коэффициента линейного теплового расширения, задача состоит в том, чтобы сделать тепловое расширение и сжатие защитного слоя максимально близкими к тепловому расширению и сжатию основного материала. Этот подход является фундаментальным для композитных антикоррозионных покрытий (сочетание органических и неорганических компонентов). Однако данный вариант идёт ещё дальше: в клеевую массу добавляются не только стеклянные чешуйки и порошковые наполнители, но и титановые белила, керамические порошки и углеродные волокна — даже металлические чешуйки. Несмотря на высокую стоимость, можно предположить, что такой подход гарантированно поможет решить проблему коэффициента линейного теплового расширения. В настоящее время распространено лишь добавление таких материалов, как карбид кремния и кварцевый песок, чтобы снизить коэффициент линейного теплового расширения всего конструкционного слоя; добавление же металлических чешуек встречается гораздо реже.
2) Введение борных и углеродных волокон неизбежно приводит к увеличению стоимости, однако это также делается с целью снижения коэффициента линейного теплового расширения всего покрытия.
Вопрос о целесообразности:
1) Растворители на основе органических растворителей, содержащие циклогексанон, спирты, даже нефтяной эфир и нафталиновые растворители, испаряются при образовании пленки. При контакте с волокнистой тканью это не вызывает проблем; аналогичная ситуация наблюдается и при контакте с металлическими чешуйками. Однако при контакте с титановым белым, особенно если его содержание в смеси велико, испарение растворителей затрудняется. Именно поэтому не добавляют стеклянные чешуйки — ведь их добавление ещё больше усугубляет проблему с испарением растворителей.
2) Как предотвратить оседание и накопление металлических чешуек?
3) Если слой не сделать достаточно толстым, как тогда обеспечить водонепроницаемость? А если каждый раз делать слой толщиной минимум 5–10 мм, то какие же будут запредельные затраты? 4) Растворитель должен испаряться, а при этом требуется сделать слой толстым — в таком случае возникают проблемы с технологией нанесения и интервалами между слоями.
5) Причина, по которой сложно сделать слой смешанного тела толстым, заключается в проблеме испарения растворителя (конечно, стоимость также играет роль). Тогда каким образом этот метод может гарантировать, что при увеличении толщины большая часть растворяющего масла всё же успеет испариться?
6) Полимеры на основе циклосиликонов, такие как chemline784, стоят очень дорого и при этом должны иметь толщину от 5 до 10 мм. Поэтому стоимость такого решения наверняка окажется просто заоблачной. Если уж готовы платить такую высокую цену, то почему бы не сделать сразу инвестицию в титановый сплав или сплав Хастеллой?

I Титановый внутренний цилиндр, напыление титанового сплава, сплав Хастеллой
Преимущества этих решений заключаются в том, что они одновременно обеспечивают устойчивость к температурным воздействиям, резким перепадам температур, изменению напряжений и коррозии (частично).
К недостаткам относятся высокая стоимость. В Европе и США действительно немало случаев, когда для изготовления сверхвысокотемпературных дымоходов и труб непосредственно используют сплавы; однако в настоящее время в Китае таких примеров можно пересчитать по пальцам одной руки.
Титановые сплавы в условиях высоких температур уступают хастеллой по стойкости к воздействию влажных кислотных туманов; именно поэтому некоторые производители уже перестали использовать титановые сплавы.
Сам Оуян мало разбирается в металлических материалах и не любит спешить с выводами; тем более он мало знает о сплавах, поэтому ему неловко высказываться подробнее здесь. Надеемся, что друзья, занимающиеся антикоррозийной защитой сплавов, прочитав это, активно поделятся своими мнениями.

Таким образом, как можно одновременно решить столь сложные задачи, как высокая коррозионная стойкость, устойчивость к нагреву, способность выдерживать резкие перепады температур, ударопрочность и устойчивость к напряжениям? Ранее применявшиеся решения — будь то ОМ, KPI, лакокрасочные материалы или нынешняя на рынке схема на основе винилэфирной смолы с стеклянными чешуйками, используемая в 95% случаев — все они позволяют решить лишь некоторые из этих проблем, но ни одно из них не способно полностью и идеально справиться со всеми сразу. Нельзя сразу же полностью отвергать любое из этих решений, равно как и считать их панацеей. Поэтому Оуян рекомендует сторонам — заказчику, инженерно-технической организации и поставщику материалов — активнее взаимодействовать между собой, собраться за одним столом и на основе реальных эксплуатационных условий заказчика комплексно оценить выбор материалов. Кроме того, следует взаимно заимствовать опыт, особенно в области обработки оснований и подходов, направленных на сближение коэффициентов линейного теплового расширения основания и покрытия. Применение таких идей в нынешней схеме на основе винилэфирной смолы с стеклянными чешуйками может привести к неожиданным результатам. Конкретно можно попробовать следующие направления:
Первое: в широком смысле обработка основания — для бетонных оснований необходимо работать с грунтовкой, с пропиточным составом и с общей обработкой основания;
Второе: Снизить коэффициент линейного теплового расширения уже застывшего слоя глиняного покрытия до более низкого значения, приближающего его к характеристикам основного материала. При этом, сохраняя технологическую реализуемость, можно适量 добавлять в существующую глину такие компоненты, как углеродные волокна, керамические порошки, кварцевый порошок и металлические чешуйки.
В-третьих, необходимо снизить усадку существующей глиняной массы и улучшить её ударопрочность и пластичность. При этом, сохраняя технологическую реализуемость процесса отверждения, можно внести в существующую глиняную массу в соответствующих пропорциях такие низкоусадочные добавки, как порошки термопластичных пластиков.
Четвёртое: повысить термостойкость существующей глиняной массы; при сохранении коррозионной стойкости использовать винилэфирную смолу с высокой плотностью сшивания и повышенной термостойкостью. Также можно рассмотреть добавление высокотемпературных силиконовых смол или добавок, особенно для грунтовочных смол.