一、前言

    造粒塔是化肥生產過程中制造粒狀化肥（如尿素、硝銨）的大型鋼筋混凝土構筑物。其結構重要由以下幾部分組成：主體塔身、操作間、刮粒漏斗、集料漏斗。

    尿素造粒塔為直立圓筒型鋼筋混凝土設備。直徑20m，高65m，在高5.8m位置有一刮料平臺。溫度140℃的熔融尿素從距平臺50余米高的造粒噴頭噴下。熔融尿液液滴在降落過程中，被從塔下壁百葉窗進入而由塔上壁排出的空氣冷卻，凝結成Ф1.8mm左右的小顆粒。落到平臺上的顆粒尿素溫度約60—70℃，隨即被旋轉的刮料機刮板刮入平臺中部鋼制的小料槽，由槽下皮帶運輸機運往散裝倉庫。

    它是粒狀化肥生產中的主要設備之一，具有使用溫度高、介質腐蝕性強、連續運轉周期長、維修難度大等特點。多年來，一直是捆饒化肥生產的難點問題。本文就在各高性能材料在化肥造粒塔中的成功應用經驗基礎上，進行充分的總結，以供設計單位和生產廠家參考使用。

    二、 造粒塔內側的腐蝕機理

    干燥尿素對混凝土無腐蝕。但造粒過程中常帶微量氨、碳酸鹽和水蒸氣，尿素還會吸潮。故尿素溶液呈堿性。在梅雨天氣，尿素吸潮更嚴重。而造粒塔的砼基體為多孔結構，尿素水溶液可發生滲入---結晶（膨脹）---潮解滲入—再結晶（膨脹）……的過程，當熔融態或吸濕后的尿素或硝銨滲入砼基體的微孔后，會由于結晶而發生體積膨脹，這種膨脹力足以破壞砼基體的強度，影響造粒塔的結構安全。這種結晶腐蝕作用使混凝土粉化、剝落、開裂。氨水對水泥的滲透力也極強，腐蝕性相當嚴重。含氨和碳酸鹽的尿素水溶液以及從水泥中溶下的鹽份、溶氧，使鋼筋很快銹蝕，鐵銹形成過程中體積膨脹，也造成混凝土開裂。特別是刮料平臺，雖然刮料機板下端與平臺表面保持20mm間隙，生產過程平臺表面總積存一層尿素，新鮮尿素顆粒只與這尿素表面接觸。但當造粒噴頭發生故障，熔融尿素不能造成液滴，出現“拉稀”現象時，平臺表面將直接與高溫堿性熔融尿素接觸，形成結疤。

    選用塔內壁防腐蝕材料，必須具備：自身壽命長，耐溫度急變性好、抗滲性能強、粘結強度高、防腐蝕效果突出。塔外表面材料應能抗紫外線、耐腐蝕性好、對刮料平臺還得考慮具有抗沖擊性能。

    三、腐蝕與防護

    3.1外壁防護

    由于煙囪、造粒塔是化肥生產中的兩大重要建筑物，外壁均受著重腐蝕性的工業大氣腐蝕作用，同時也會由于地域原因等可能受酸雨、紫外光線等作用，容易導致直接裸露在大氣中的砼基礎煙囪會發生粉化等現象，因此有必要對于外壁進行良好的耐腐蝕防護，這一般情況下通過選用涂料形式解決，要求涂料具有耐化工大氣腐蝕、耐候性能均優良的品種，下面就羅列了幾種比較常用的涂料。一般情況下，選擇下列任何一種均可，但在實際應用中，聚氨酯涂料、高氯化聚乙烯（HCPE）等采用的較多。

表3.1 適用外壁的涂料性能指標

    3.2內壁防護

    考慮到尿素顆粒的腐蝕屬鹽的結晶、溶脹，因此首先提高塔體的抗滲等級（抗滲等級≧1.2Mpa），防止尿液滲透就可進行防護。主要措施是在澆塔過程中，對混凝土加減水劑、密實性、阻銹劑等水泥外加劑。個別的對塔內表面噴涂養護劑，或局部刷些涂料，以利提高塔身的防腐蝕效果。但由于密實劑等化工材料的生產技術以及施工過程比較復雜，加之操作等原因，往往容易造成缺陷，影響塔體使用壽命和效果，因此有必要對尿素造粒塔進行充分的防腐蝕，下面就幾種常見的防腐蝕形式并結合我們的產品應用經驗進行總結：

    3.2.1涂料形式

    涂料品種包括：氯磺化聚乙烯、聚氨基甲酸酯、環氧氨基涂料、PAPI、氨乙烯-偏氯乙烯等。主要目的在于依靠有機涂層，在塔壁表面形成連續、致密的涂膜，防止尿液滲透，但因涂層薄，抗滲效果差，不耐沖刷，而且需要經常重涂，尤其是聚氨基甲酸酯等涂料，雖然耐尿素腐蝕，但與混凝土的膨脹系數有較大差距，涂膜柔韌性欠佳，所以易產生細微裂紋，引起尿液腐蝕，同時有些涂料配套又存在問題，故成功的事例很少。

    另外，屬有機非金屬材料類的各種涂料，基本上為室溫成型，同時含有大量的可揮發性的溶劑。眾所周知，凡是有機非金屬材料在室溫條件下成型，均為非致密體，其中存在大量的空穴及孔隙，更為嚴重的是幾乎所有的材料均是在揮發性溶劑稀釋條件下施工并成型的，而溶劑的揮發使缺陷量一步增大，這就為介質的滲透提供了通道，導致抗滲性較差。當介質沿襯里滲透進入襯里后，因環境狀態的變化，聚集在空穴、孔隙或襯里層間重新結晶，同時體積膨脹，膨脹力導致襯里受力拉伸，進而使原有的缺陷因受力而擴大，甚至產生新的微裂紋。此時由于結晶膨脹體積增大，而介質聚集空間內的蒸汽壓卻下降，從而導致虹吸作用形成。介質在虹吸作用下沿通道加速滲透，進而再結晶、再膨脹、再微破壞、再滲透。而且塔體一旦經過尿液腐蝕污染，會在很深的部位形成結晶、殘留液，直接影響涂層的附著力，同時對新涂層產生背面腐蝕壓力。而引起剝離，因此修復非常困難。所以在現代防腐蝕材料的發展中，很少采用防腐蝕涂料的形式對內壁腐蝕防護。

    3.2.2玻璃鋼（FRP）形式

    玻璃鋼襯里是目前使用最普遍的造粒塔防腐蝕襯里，但在多年的實際應用過程中，經常出現鼓泡、脫粘，甚至大面積脫落等損壞現象，使用效果并不能令人滿意，究其原因，這是由玻璃鋼自身的固有性質、基體材料的選擇及施工工藝所決定的：

    1、由于砼基體為多孔結構，在玻璃鋼襯里施工中，會將大量的空氣封閉在接觸界面，形成空泡，當環境溫度升高時，空泡中的空氣會發生體積膨脹，使襯里與砼基體局部脫離，出現鼓泡、起殼等現象，在國內外的多年防腐蝕中，這個情況經常出現，所以一般情況不推薦玻璃鋼（FRP）襯里的使用溫度高于70℃，而在造粒塔內側的高溫區的溫度一般為80-120℃；

    2、玻璃鋼在固化成型過程中，樹脂所產生的固化收縮力會沿著玻璃纖維連續傳導并疊加，應力方向和襯里與砼基體粘接力方向相反，此外，結晶產生的膨脹力與襯里的固化收縮應力作用方向相同，而均和襯里與基體間的粘接力相反。他們疊加后共同作用于表面，從而使界面的粘接強度降低，在圓筒形的造粒塔內壁上，這種負作用尤為明顯。當積累到一定程度，大于粘接強度時，就會導致襯里鼓泡、脫粘，進而開裂、剝落，使介質直接對砼基體造成腐蝕。

    3、如同在3.2.1所提到的，玻璃鋼施工時膠液中含有較多的溶劑，在施工過程中，溶劑的揮發會在襯里層中形成氣泡和針孔等缺陷，降低襯里的抗介質滲透性，腐蝕介質首先從缺陷處開始滲透，一旦到達砼基體的表面，不但會導致砼基體腐蝕，降低砼基體的強度，影響建筑物的結構安全，而且會發生擴散性底蝕，造成襯里大面積脫粘、起殼，從而使防腐蝕襯里失效。

    4、另外，由于前幾年防腐蝕樹脂的選擇有限，一般情況下會選用環氧樹脂，而在常溫下施工的環氧樹脂中會加入大量的可揮發性的工業溶劑，這不僅會帶來人身傷害和環境污染的問題，同時更易出現上面提到的幾點，但隨著防腐蝕材料的發展，這方面得到了很好的克服，尤其是乙烯基樹脂的應用。乙烯基酯樹脂是綜合性能非常優越的一類高度耐蝕材料，國際上從20世紀60年代末開發此類材料至今一直處于高耐蝕樹脂材料的領先地位。用環氧樹脂作為骨架與甲基丙烯酸聚合制得乙烯基酯樹脂，綜合了環氧樹脂的優點，固化后的性能比環氧樹脂提高很多。它不僅改進了環氧樹脂的操作性、工藝性，其突出特點還在于耐蝕性、韌性、對玻璃纖維的浸潤性能優良。耐溫度性能較環氧樹脂（E44）有較大提高，氣態甚至可達到180-200℃。

    5、由于常規的玻璃鋼的耐磨損特性相對較差，在尿素液的長期沖刷作用下，可能導致表面等的磨損而最后導致耐腐蝕失效。

    由此可見，由于玻璃鋼襯里的本身固有特性，不能很好地解決造粒塔的防腐蝕問題。

    3.2.3玻璃鱗片膠泥形式

    玻璃鱗片襯里技術是專門為解決非金屬襯里的物理腐蝕而研制的，鱗片的平行排列結構使其具有優異的抗滲透性能、特有的施工工藝使其具有孔隙率低、結構致密、成型殘余力小、與砼基體的界面粘接強度高等特點，因此我們認為玻璃鱗片襯里技術是解決造粒塔腐蝕問題的最佳方法。用乙烯基酯樹脂作為主要成膜物質，開發、生產的乙烯基酯樹脂玻璃鱗片涂料（Vinyl Ester Glass Flake Compound,簡稱“VEGF”），不僅抗滲耐磨，而且保留了成膜樹脂的耐蝕特性和力學性能，一次成膜厚度可以達到100μm，以上。乙烯基酯樹脂與鱗片涂料復合，可以解決單一材料難以對付的腐蝕問題。這種復合技術，國外有過不少報道，表3.2中列出了乙烯基酯玻璃鱗片膠泥（VEGF）與玻璃鋼形式的對比：

表3.2 鱗片膠泥復合構造防護特點

    根據造粒塔內溫度的分布情況和介質狀態的不同，我們將塔內壁分為高溫區和低溫區，分別采用不同的腐蝕結構。

    1、高溫區

    噴淋頭以上2米至噴淋頭以下8米的塔內壁及操作間外壁為高溫區，該區域溫度在80-120℃之間，腐蝕介質主要為高溫物料及蒸汽，因而也會產生較強的熱應力，影響腐防腐內襯的本體強度和與砼基體的粘接強度，同時由于該區域溫度高、介質活性大、腐蝕性強、熱應力影響大，因此在底部加一道玻璃短氈增強層，以提高整個襯里層的整體強度。之所以采用能夠短切氈作為增強層，采用VEGF-1型高溫玻璃鱗片膠泥與短切氈的復合結構，如圖1。

    其中采用短切氈玻璃鋼層的原因：

    A、短切氈中的玻璃纖維是不連續的短纖維，不會產生固化收縮影力和熱應力的連續傳導；B、短切氈的吸樹脂能力很強，成型后的結構樹脂飽滿、致密度高；C、與砼基體的貼合性好，不易產生氣泡等缺陷。

    在施工中VEGF鱗片層的施工厚度為2.0±0.2mm，這樣可以有效地防止介質的滲透，鱗片膠泥層完成后，應對表面的流淌痕、料滴等進行打磨處理，使表面平整，然后涂刷面漆兩道，以提高整個襯里層的表面光潔度，這樣能大大減輕尿素掛壁現象而防止運行時塔壁粘料對襯里層的影響。

    2、 低溫區

    高溫區以外的溫度均低于80℃，定為低溫區，因此均采用VEGF-2型中溫玻璃鱗片膠泥，施工厚度為2.5±0.2mm.

    在玻璃鱗片膠泥施工中，在應力集中的陰陽角區域，襯里容易因尖角應力產生開裂，所以應在玻璃鱗片膠泥層上加兩道玻纖進行局部增強。

    采用樹脂鱗片膠泥涂層的方案，不但兼顧了貼布、復合材料等特點，而且在提高施工可操作性、加速工程進度、有利控制工程質量等方面，顯出優越性。

    3.3塔底防護

    在尿素造粒塔的底部，由于沖刷、偏堿性尿素的作用等作用，所以也應該對底部進行防腐蝕，考慮到各方面的因素，可以采用整體砂漿地坪形式或者塊材砌筑的形式，基體樹脂一般采用低收縮型高防腐蝕的乙烯基樹脂等，如891樹脂等。

    4、總結

    尿素作為一種優質氮肥，同時作為動物飼料、樹脂、醫藥、增塑劑的原料，在我國具有特別重要的地位，隨著農業的進一步發展，尿素的需求量會不斷增加，從而應用前景十分廣闊。而尿素造粒塔的防腐蝕是設計中的一個重要內容，應引起足夠的重視，因此對于造粒塔內外壁的防腐蝕的設計及施工中，采用新材料、新工藝、新產品、新技術是重要措施，文中所涉及的材料等各方面可能于設計者、廠方和施工部位均有參考意義。

    另：國家標準《尿素造粒塔工程施工及質量驗收規范》 GB 51138-2015已于2016年6月1日開始實施，上海富晨為該國標參編單位。

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org

責任編輯：王元

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414