噴涂聚脲彈性體材料以其優越的材料性能已被國內各行業越來越多的人士所接受，而電力行業是近三五年間聚脲在國內運用領域的推廣最為迅速、最為成功的行業之一，據不完全統計現今80%以上的電廠除鹽水箱內壁防腐采用聚脲彈性體技術。然而，隨著電力鍋爐、發電機組參數的不斷發展和人們認識的提高，該行業對除鹽水水質的控制要求越來越嚴格，關于聚脲彈性體用作除鹽水箱內部防腐材料滲出物影響水質電導率的問題也越來越頻繁地被業內人士提出。聚脲材料究竟是否影響除鹽水電導率的滲出物存在以及有其根本原因何在等一系列問題一直困擾著聚脲界和電力界的相關人士，加之聚脲在實際的工程運用中也出現了不少問題，對聚脲產品在電力行業的應用和進一步推廣產生了一定程度上的負面影響。筆者基于通過動態模擬試驗的探索，就這一焦點問題形成此文，以供相關人士商榷和參考。
一、電廠除鹽水的特點
電廠除鹽水又叫脫鹽水或超純水，是為防止鍋爐相關部位結垢和產生鍋爐汽水共騰等現象，將原水經過一系列物化制水流程去除水中相應雜質后的成品水。電廠除鹽水在制程末端基本完全去除了原水中原有的諸如Ca2+、Na+、Mg2+、K+、Fe2+、Fe3+…等陽離子和諸如SO42-、NO3-、CO32-、HCO3-、Cl-、SiO32-等陰離子以及水中絕大部分的溶解氣體。
從原水到除鹽水的常見的制程可以簡單地描述如下：
成品水進入除鹽水箱前，一般來說其表征指標如下：
電導率（DD）：0.2μS/Cm(優良的制水系統正常運行時，該指標能穩定在0.06-0.08μS/Cm)
酸堿度（PH）：6.5-7.0，其他專業指標，此處不一一羅列。
電廠除鹽水的超純要求是由鍋爐本身的進水要求所決定，在近年日益增多的超臨界、超超臨界機組的運行對鍋爐的進水指標控制要求更為苛刻。雖然除鹽水箱在電廠投資中所占比例很小，但其對鍋爐系統地正常運行中起著很重要的地位，為保證鍋爐得進水純凈合格，防止除鹽水被污染，并提高除鹽水箱的使用年限，除鹽水箱的長期有效的防腐問題越來越得到電廠專業人士的重視。
二、除鹽水箱聚脲材料的滲出物問題的引出
三年前，在國內，聚脲彈性體的商業運用還是處在初步推廣階段，聚脲在除鹽水箱上的運用雖然已有些案例，但真正的市場氣氛乃未形成，也沒有專門針對除鹽水箱內壁防腐所開發的聚脲品種，因此所用的聚脲牌號一直是根據供應商對工況的理解而推薦型號，但往往會因行業的不同而存在理解上的差異，從而會引發一些問題。
早在2004年上半年，筆者從電廠水處理專業轉行進入某專業聚脲施工公司任公司負責人，該公司應江蘇省常州市某電廠邀請對該電廠的兩個800立方米水箱內壁進行防腐改造（其原有防腐層為環氧玻璃鋼，因為接近十年的使用和修補，內部起泡、脫落較嚴重），筆者和公司其他技術負責人考慮到聚脲材料可能存在對除鹽水的污染問題，于是向各家材料供應商進行咨詢請教相關疑問，得到的回復均為“聚脲彈性體100%固含量，無揮發成份，不存在污染水質問題”。該公司為安全起見，還是委托了上海一家權威的鑒定機構對擬用于此次改造的國內某型號的聚脲進行實驗分析，試驗結果如“表一：某品種聚脲靜態浸泡試驗數據”所示。
表一：某品種聚脲靜態浸泡試驗數據
檢測項目 |
Cl(μg/l) |
TOC(μg/l) |
PH值 |
電導率(μS/Cm) |
0小時 |
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221 |
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0.75 |
浸泡時間168小時后 |
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227 |
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注：
1、試驗溫度為25℃。
2、空白和式樣除鹽水均為1升，浸泡試塊面積12.5Cm2 |
由上述實驗結果，雖然數據變化較大，但浸泡試塊的水樣和空白試樣幾乎沒有差距，鑒于當時無更為權威和動態實驗的檢驗條件和該聚脲材料有過幾例用于除鹽水箱內壁防腐未引發相關爭議的事實，相關人士一致接受使用該聚脲材料進行水箱防腐改造。
該改造工程在一用一施工的情況下完工，工程聚脲噴涂最小厚度1.0mm，平均使用材料1.3Kg/M2，電火花測試5000V全面通過。各除鹽水箱內部改造完成后經沖洗于次日即投入使用。
一周后電廠方運行負責人向該公司反映鍋爐給水泵出口（加藥前）的除鹽水電導率為0.4-0.7μS/Cm，混床出口水電導率正常運行值在0.1μS/Cm以下，業主方懷疑材料有析出物所導致該情況的發生。筆者和相關負責人趕赴現場，并從各方面對電導率運行差異的產生進行了調查和分析，以整個系統來看導致該情況發生不外乎如下可能因素：
1、使用的聚脲材料含有析出物，該析出物以離子形態存在于除鹽水中，表征為水質電導率的上升。
2、除鹽水箱與外界相連，導致空氣進入水箱，空氣中以CO2為主的氣體溶解于除鹽水中，進而電離成CO32-、HCO3-等離子而造成。
3、系統中管道、水泵等其他部位有空氣進入，如上2條原因導致該情況的發生。
4、系統管道改造過程中，可能有其他影響因素（如罐體和管道中有灰塵等雜物）的存在所造成。
5、以上各可能情況的累計疊加作用所導致。
從理論上分析，如果是材料滲出物為主要原因造成除鹽水的電導率偏大，根據聚脲材料的特性和其與在以往除鹽水箱內部使用成熟的環氧玻璃鋼材料相比分析，聚脲對此的影響會隨著運行時間的延長而降低。在檢查和修正系統的其他影響因素和隨著系統運行時間的延長，該指標在隨后的三四個月后已正常。
三、聚脲滲出物問題的試驗探究
從上述案例來看，雖然電導率的表征值比混床出口擴大了5-10倍，但從專業的角度來說是屬于微量變化所導致。如果是聚脲在除鹽水中有微量滲出物所致，根據理論和實際經驗分析可知，這種微量影響在靜態浸泡實驗里，因為實驗過程中與空氣的接觸，空氣的溶入的影響將材料的微量析出的反映覆蓋了，靜態實驗的結果已不能反應材料的析出物問題。
本著自身的愛好和對以后相關工程選料的負責，筆者決定通過做動態模擬實驗對聚脲材料溶出物問題一探究竟，試驗圍繞著聚脲材料以下3點疑問：
1、一般的聚脲彈性體品種是否存在在純水中有影響其電導率的滲出物問題？
2、如果聚脲在除鹽水中有的微量影響電導率的滲出物，易讓人想到的顏色是否是主要原因？是否還有其他影響因素？
3、哪些品種在實際工程中使用后在水箱運行初期其影響就可以被人們所接受，或者換句話說其影響可以忽略不計。
確定的動態模擬實驗方法必須滿足如下條件：
1、持續、流量穩定的除鹽水水流，并避免空氣的接觸對實驗的影響。
2、實驗系統進出口靈敏可靠的在線電導率監控器。
3、相對穩定的除鹽水溫度和環境溫度及易于拆卸的試驗容器。
基于以上試驗條件的1和2項，該試驗如果要購買試驗設備投資很大，當時我們得到一外資企業公用設施部的負責人的支持，該實驗就安排在該公司電廠化學水處理車間生產現場進行。我們正好采用其運行著的混床（除鹽水制程末端設備，帶電導率在線監控儀）出口水的取樣管作為實驗系統的進口，使用備用列的混床出口電導率在線監控儀作為實驗系統的出口監控。因該運行系統的制程末端混床進水中時常有電廠處理后的冷凝水并入，除鹽水出水水溫在23-55℃之間，并且在冷凝水線運行和停運時，除鹽水溫相對穩定，這有利于我們對聚脲滲出物問題進行相關的定性分析。
具體實驗模型簡述如下：
注：
1、容器采用現成的鍋爐水取樣用的離子交換柱容器，材料為PVC，中間的連接管采用實驗室常用的半硬塑膠管。
2、容器進水采用下進上出的以克服偏流和進入空氣的影響。
該模擬試驗計算如下：
以常見的800M3的除鹽水箱運行工況為試驗模擬對象，水箱內表面積550M2，因溢流口以上不接觸除鹽水，實際在水中的面積小于500 M2，我們按500 M2計算，假設除鹽水箱的水流理論置換時間為12小時。
假設試驗的置換時間不變，我們可以計算2升的試驗容器里相對于800 M3除鹽水箱聚脲的工作表面積如下：500M2/800 M3= XM2/0.002 M3X=0.00125M2=12.5Cm2
根據除鹽水箱設計的理論置換時間12小時，我們可以計算2升容器應控制水流量如下：
Y= 0.002 M3/ 12 H = 2000ml/12×60min≈2.78ml/min
考慮到在線電導率檢測儀正常工作要求的最小流量必須在400 ml/min以上，我們通過成正比地增加實驗中聚脲的工作面積來抵消工作置換時間縮短的問題，假設流動的試驗除鹽水流量為500ml/min，則縮短的置換時間倍數N為：N=500 ml/min/2.78ml/min≈180
如果聚脲的滲出物對電導率有影響，則在除鹽水置換流量為500ml/min的2升的容器里，放入如下面積的聚脲試塊，其對電導率的影響應等同于800 M3除鹽水箱運行中的表征：S=12.5CM2×180=2250 CM2=0.225 M2
在該試驗中，我們況且稱該面積為“
標準當量面積”。該試驗的影響因素：
1、只有一套試驗裝置的情況下，試驗除鹽水水溫雖然可以穩定在相對高和相對低兩階段，但無法得到絕對一致的溫度值。
2、不可避免的試驗裝置對電導率的影響隨試驗水溫的變化而變化。
3、若聚脲有滲出物問題，其滲出物對除鹽水電導率的影響隨試驗的進行應有所減弱的變化。
我們的試驗器皿雖然都通過嚴格的化學清洗，并將其進行空白運行達一個月之久，以降低其基礎影響，但仍對試驗有一定的較為穩定的基礎影響，根據試驗中我們收集到在不放入聚脲試塊時試驗系統的空白值數據如“表二：試驗裝置對除鹽水質電導率的基礎影響數據”中所示。
表二：試驗裝置對除鹽水質電導率的基礎影響數據
進口溫度℃ |
進口電導率μS/CM
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出口溫度℃
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出口電導率μS/CM
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進出口電導率差μS/CM
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備注 |
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24.0 |
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因室內溫度比水溫高，故出口溫度比進口的高 |
24.4 |
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24.7 |
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因室內溫度比水溫高，故出口溫度比進口的高 |
26.2 |
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26.1 |
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34.1 |
0.08 |
29.8 |
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48.3 |
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44.5 |
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50.7 |
0.06 |
47.0 |
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53.4 |
0.08 |
49.6 |
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54.0 |
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50.1 |
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0.11 |
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試驗時，車間冷凝水生產線停運時，試驗進口除鹽水水溫可以相對穩定在23℃-26℃之間，而該生產線投運時也可以將水溫相對穩定在因以上的數據中50℃-55℃之間，其它水溫段屬過渡段變化較快，我們不對其作試驗取值。
從上表可知，實驗系統在相對低水溫時對試驗值得基礎影響穩定在0.04±0.01μS/CM，而相對高水溫時其值為0.10±0.01μS/CM。
我們根據試驗目的不同，測試了大量聚脲品種的相關數據，以下所列僅為各試驗目的中的代表數據之一。
試驗例一：某聚脲生產廠家提供的一個系列配方相同但顏色不同混合體聚脲四種試塊的測試數據（厚度1-1.5mm）如“表三：動態模擬試驗數據之一”所示。
表三：動態模擬試驗數據之一
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1標準當量面積 DD(μs/cm) |
5標準當量面積DD(μs/cm) |
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0.11±0.01 |
0.12 |
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從上述數據中，我們可以得出下面的結論：
1、 試驗的聚脲材料存在影響除鹽水電導率的事實。
2、 顏色可能會是影響因素之一，但不是主要影響因素。
3、 聚脲材料的用量與影響程度成一定的正比關系。
4、 材料在23-26℃相對低溫時其影響除鹽水電導率的滲出物較少，影響程度較低；材料在度51-55℃相對高溫時其影響除鹽水電導率的滲出物較多，影響程度較大。
試驗例二：另一聚脲廠家提供的兩種牌號聚脲試塊（厚度1-1.5mm）實驗數據如“表四：動態模擬試驗數據之二”所示。
表四：動態模擬試驗數據之二
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1標準當量面積 DD(μs/cm) |
5標準當量面積DD(μs/cm) |
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0.11±0.01 |
0.11 |
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為驗證聚脲彈性體滲出物隨運行時間的延長，其對除鹽水電導率的影響會降低，我們對試驗例二中的聚脲試塊作了長達半個月的23-55℃的除鹽水沖洗后，對其作了二次試驗，試驗數據如“表五：動態模擬試驗數據之三”：
表五：動態模擬試驗數據之三
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1標準當量面積 DD(μs/cm) |
5標準當量面積DD(μs/cm) |
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0.11±0.01 |
0.12 |
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從以上實驗結果與表四中動態模擬試驗數據之二對比分析可知：隨著聚脲材料滲出物的不斷析出，其對除鹽水的電導率影響會越來越低。
在筆者做相關動態模擬實驗的同時通過電子郵件的方式與美國聚脲發展協會（PDA）聯系，探討了聚脲在除鹽水箱內部防腐材料的相關選擇和實際運用問題，協會有關專家的回復意見是：在美國，一些純聚脲在水箱內部防腐的運用是良好的，并有多年的運行實例。
隨后筆者將試驗和調查的相關信息反饋給國內的聚脲供應商和廠家，得到了他們的積極配合，并按筆者的厚度要求提供了他們純聚脲產品試塊，我們分別對他們提供的純聚脲試塊作了驗證試驗，試驗的數據如下：
型號 |
|
廠家或供應商 |
進口溫度℃ |
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出口電導率μS/CM |
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青島海洋化工研究院 |
27.6 |
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26.1 |
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0.16 |
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0.25 |
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50.3 |
0.15 |
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0.07 |
51.0 |
0.34 |
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上海一山陶氏聚脲 |
34.0 |
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54.0 |
0.07 |
50.2 |
0.25 |
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上海一山陶氏聚脲 |
31.3 |
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53.6 |
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HT101 |
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上海信貿國際貿易有限公司
SPI聚脲 |
24.4 |
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24.7 |
0.10 |
31.4 |
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|
0.15 |
52.9 |
|
49.7 |
0.24 |
我們從以上的試驗數據分析可知：
在試驗面積為1.5-2.3倍的標準當量面積的情況下，扣除試驗系統在該溫度的基礎影響值后，青島海洋化工研究院所提供的SPUA-105兩種顏色的聚脲，上海一山提供的進口陶氏兩種顏色的聚脲以及上海信貿國際貿易有限公司提供的灰色SPI HT101聚脲在除鹽水相對低溫時，電導率檢測儀表征不出其除鹽水導電率的影響，即便是在50℃以上的除鹽水環境中，其影響差值均在0. 1μS/CM以下，根據理論分析，我們即使從較為保守的角度出發也可以對這幾種聚脲材料斷言如下：
單從電廠運行對進鍋爐系統除鹽水電導率的控制要求來說，只要在實際除鹽水箱內部聚脲防腐中平均施工的厚度控制于2mm以內，即使在除鹽水箱正常投運初期，經過該除鹽水箱后的指標一定是合格的。
五、聚脲在除鹽水中影響電導率滲出物的探因
從以上試驗數據，我們可以肯定地說，作為除鹽水箱內壁防腐的聚脲涂層，其對除鹽水水質均有一定程度的影響，只是因聚脲廠家和品種的不同影響的差異較大，一些純聚脲的影響可以忽略。那么，造成聚脲涂層有影響除鹽水電導率的微量滲出物的原因究竟有哪些？
筆者從自身在聚脲施工中的實踐經驗的基礎進行總結和思考，并與青島海洋化工研究院的聚脲專家們進行了相關探討和配方試驗調整確認，總結出聚脲涂層造成電廠除鹽水電導率影響的3方面的如下原因：
1、聚脲生產所必需使用的某些原材料在生產過程有大量金屬離子存在，而其生產工藝的原因致使提純不徹底，尚存的金屬離子帶入到聚脲生產中。
這是聚脲影響除鹽水電導率的主導因素，在混合體聚脲中，該影響更為突出，甚至不止一種原料中存在此類問題，而且其原料的提純水平相對較低。這些原料原因的影響是聚脲生產商無法消除的，只能通過采購加工工藝先進、提純度較高的原料生產商的原料來加以避免。關于此點，在筆者試驗過程中，青島海洋化工研究院的聚脲專家通過配方修改和采購不同的原料廠家而得生產出SPUA-105（除鹽水箱專用聚脲）事實已證實了這一點。
2、聚脲生產中添加的色漿中有金屬離子部分存在，在其接觸除鹽水后有一定的析出。
因為各種原因，聚脲總需添加各種顏色的色漿來滿足客戶的不同需求，而色漿中或多或少的有金屬離子的存在，游離在聚脲涂層表面或淺表的離子，在接觸除鹽水時會進入水中造成相應的影響。據筆者所知，顏料的添加量約為聚脲質量的1-2%，由此我們可知，顏料原因的影響是不會占主要地位的。
3、聚脲在施工過程中的不完全反應，產生一些微小分子單體，在接觸除鹽水后溶解在除鹽水水解成離子從而造成電導率的影響。
從事聚脲行業的人們都很清楚，雖然聚脲按理論上來說是100%固含物，不存在任何揮發成分，但是在實際的工程施工中和施工后，我們或多或少的氣味，甚至在聚脲施工后的罐體中如果存放除鹽水達幾天時間，我們取水就可以聞到氨味，筆者和有關專家探討后認為，這是聚脲噴涂反應過程中，其部分不完全反應產生的單體氨所致，如果是這樣的話，單體氨溶解在水中，必定會產生NH4+和OH-，從而會影響除鹽水的電導率。按理論上講，這種原因的影響會使除鹽水的PH值發生相應的變化，但實際中PH值在中性水附近的微小變化的測量受到取樣時空氣的干擾，精確度較差，基本上沒有跟蹤測量的意義。
在這里筆者想說明的一點是，假如聚脲彈性體不完全反應的產物是單體氨或單體氨占主要地位的話，我們完全可以不用考慮這種原因會對機組造成任何影響，理由是很簡單：在鍋爐給水系統中，為了解決系統的防腐問題，需要控制鍋爐水的PH值在9.5-10.2之間，而為達到水質的這個要求，往往采用的向除鹽水中加入氨和聯胺的方法。另外，嚴格按供應商的要求控制施工條件一定程度上也能減少聚脲的不完全反應的程度。
當然，聚脲涂層對除鹽水電導率的影響是以上三個因素的綜合體現，我們可以采用把聚脲原料和配方為主要控制對象，施工配合控制為輔的手段盡可能的降低聚脲防腐涂層的這些影響。
六、除鹽水箱聚脲防腐的選材建議
從以上的試驗數據證實和理論分析，我們基本能得出如下關于除鹽水箱內部聚脲防腐選材的以下二點建議：
1、混合體聚脲相對來說對影響除鹽水水質的程度較大，基本在使用初期能從水質的電導率監控中能反應出來。而
選材得當的純聚脲對水質的影響微乎其微，其影響在使用初期的電導率表征上就可忽略不計。所以為安全起見，在除鹽水箱內壁防腐用的聚脲選材上，筆者建議盡量使用合適的純聚脲進行施工，以免產生不必要的爭議，在舊水箱的防腐改造上如想要避免投運初期水質電導率超標的問題，這種選擇尤為重要。
2、因材料的使用量與其對除鹽水電導率的影響程度成一定的正比關系，不管我們選用何種聚脲，筆者不建議聚脲涂層的設計平均厚度超過2mm。如果綜合施工和成本的控制的因素，聚脲涂層較為合理的平均厚度為1.0-1.5 mm之間。
