喷涂聚脲弹性体材料以其优越的材料性能已被国内各行业越来越多的人士所接受，而电力行业是近三五年间聚脲在国内运用领域的推广最为迅速、最为成功的行业之一，据不完全统计现今80%以上的电厂除盐水箱内壁防腐采用聚脲弹性体技术。然而，随着电力锅炉、发电机组参数的不断发展和人们认识的提高，该行业对除盐水水质的控制要求越来越严格，关于聚脲弹性体用作除盐水箱内部防腐材料渗出物影响水质电导率的问题也越来越频繁地被业内人士提出。聚脲材料究竟是否影响除盐水电导率的渗出物存在以及有其根本原因何在等一系列问题一直困扰着聚脲界和电力界的相关人士，加之聚脲在实际的工程运用中也出现了不少问题，对聚脲产品在电力行业的应用和进一步推广产生了一定程度上的负面影响。笔者基于通过动态模拟试验的探索，就这一焦点问题形成此文，以供相关人士商榷和参考。
一、电厂除盐水的特点
电厂除盐水又叫脱盐水或超纯水，是为防止锅炉相关部位结垢和产生锅炉汽水共腾等现象，将原水经过一系列物化制水流程去除水中相应杂质后的成品水。电厂除盐水在制程末端基本完全去除了原水中原有的诸如Ca2+、Na+、Mg2+、K+、Fe2+、Fe3+…等阳离子和诸如SO42-、NO3-、CO32-、HCO3-、Cl-、SiO32-等阴离子以及水中绝大部分的溶解气体。
从原水到除盐水的常见的制程可以简单地描述如下：
成品水进入除盐水箱前，一般来说其表征指标如下：
电导率（DD）：0.2μS/Cm(优良的制水系统正常运行时，该指标能稳定在0.06-0.08μS/Cm)
酸碱度（PH）：6.5-7.0，其他专业指标，此处不一一罗列。
电厂除盐水的超纯要求是由锅炉本身的进水要求所决定，在近年日益增多的超临界、超超临界机组的运行对锅炉的进水指标控制要求更为苛刻。虽然除盐水箱在电厂投资中所占比例很小，但其对锅炉系统地正常运行中起着很重要的地位，为保证锅炉得进水纯净合格，防止除盐水被污染，并提高除盐水箱的使用年限，除盐水箱的长期有效的防腐问题越来越得到电厂专业人士的重视。
二、除盐水箱聚脲材料的渗出物问题的引出
三年前，在国内，聚脲弹性体的商业运用还是处在初步推广阶段，聚脲在除盐水箱上的运用虽然已有些案例，但真正的市场气氛乃未形成，也没有专门针对除盐水箱内壁防腐所开发的聚脲品种，因此所用的聚脲牌号一直是根据供应商对工况的理解而推荐型号，但往往会因行业的不同而存在理解上的差异，从而会引发一些问题。
早在2004年上半年，笔者从电厂水处理专业转行进入某专业聚脲施工公司任公司负责人，该公司应江苏省常州市某电厂邀请对该电厂的两个800立方米水箱内壁进行防腐改造（其原有防腐层为环氧玻璃钢，因为接近十年的使用和修补，内部起泡、脱落较严重），笔者和公司其他技术负责人考虑到聚脲材料可能存在对除盐水的污染问题，于是向各家材料供应商进行咨询请教相关疑问，得到的回复均为“聚脲弹性体100%固含量，无挥发成份，不存在污染水质问题”。该公司为安全起见，还是委托了上海一家权威的鉴定机构对拟用于此次改造的国内某型号的聚脲进行实验分析，试验结果如“表一：某品种聚脲静态浸泡试验数据”所示。
表一：某品种聚脲静态浸泡试验数据
检测项目 |
Cl(μg/l) |
TOC(μg/l) |
PH值 |
电导率(μS/Cm) |
0小时 |
|
221 |
|
0.75 |
浸泡时间168小时后 |
|
227 |
|
|
注：
1、试验温度为25℃。
2、空白和式样除盐水均为1升，浸泡试块面积12.5Cm2 |
由上述实验结果，虽然数据变化较大，但浸泡试块的水样和空白试样几乎没有差距，鉴于当时无更为权威和动态实验的检验条件和该聚脲材料有过几例用于除盐水箱内壁防腐未引发相关争议的事实，相关人士一致接受使用该聚脲材料进行水箱防腐改造。
该改造工程在一用一施工的情况下完工，工程聚脲喷涂最小厚度1.0mm，平均使用材料1.3Kg/M2，电火花测试5000V全面通过。各除盐水箱内部改造完成后经冲洗于次日即投入使用。
一周后电厂方运行负责人向该公司反映锅炉給水泵出口（加药前）的除盐水电导率为0.4-0.7μS/Cm，混床出口水电导率正常运行值在0.1μS/Cm以下，业主方怀疑材料有析出物所导致该情况的发生。笔者和相关负责人赶赴现场，并从各方面对电导率运行差异的产生进行了调查和分析，以整个系统来看导致该情况发生不外乎如下可能因素：
1、使用的聚脲材料含有析出物，该析出物以离子形态存在于除盐水中，表征为水质电导率的上升。
2、除盐水箱与外界相连，导致空气进入水箱，空气中以CO2为主的气体溶解于除盐水中，进而电离成CO32-、HCO3-等离子而造成。
3、系统中管道、水泵等其他部位有空气进入，如上2条原因导致该情况的发生。
4、系统管道改造过程中，可能有其他影响因素（如罐体和管道中有灰尘等杂物）的存在所造成。
5、以上各可能情况的累计叠加作用所导致。
从理论上分析，如果是材料渗出物为主要原因造成除盐水的电导率偏大，根据聚脲材料的特性和其与在以往除盐水箱内部使用成熟的环氧玻璃钢材料相比分析，聚脲对此的影响会随着运行时间的延长而降低。在检查和修正系统的其他影响因素和随着系统运行时间的延长，该指标在随后的三四个月后已正常。
三、聚脲渗出物问题的试验探究
从上述案例来看，虽然电导率的表征值比混床出口扩大了5-10倍，但从专业的角度来说是属于微量变化所导致。如果是聚脲在除盐水中有微量渗出物所致，根据理论和实际经验分析可知，这种微量影响在静态浸泡实验里，因为实验过程中与空气的接触，空气的溶入的影响将材料的微量析出的反映覆盖了，静态实验的结果已不能反应材料的析出物问题。
本着自身的爱好和对以后相关工程选料的负责，笔者决定通过做动态模拟实验对聚脲材料溶出物问题一探究竟，试验围绕着聚脲材料以下3点疑问：
1、一般的聚脲弹性体品种是否存在在纯水中有影响其电导率的渗出物问题？
2、如果聚脲在除盐水中有的微量影响电导率的渗出物，易让人想到的颜色是否是主要原因？是否还有其他影响因素？
3、哪些品种在实际工程中使用后在水箱运行初期其影响就可以被人们所接受，或者换句话说其影响可以忽略不计。
确定的动态模拟实验方法必须满足如下条件：
1、持续、流量稳定的除盐水水流，并避免空气的接触对实验的影响。
2、实验系统进出口灵敏可靠的在线电导率监控器。
3、相对稳定的除盐水温度和环境温度及易于拆卸的试验容器。
基于以上试验条件的1和2项，该试验如果要购买试验设备投资很大，当时我们得到一外资企业公用设施部的负责人的支持，该实验就安排在该公司电厂化学水处理车间生产现场进行。我们正好采用其运行着的混床（除盐水制程末端设备，带电导率在线监控仪）出口水的取样管作为实验系统的进口，使用备用列的混床出口电导率在线监控仪作为实验系统的出口监控。因该运行系统的制程末端混床进水中时常有电厂处理后的冷凝水并入，除盐水出水水温在23-55℃之间，并且在冷凝水线运行和停运时，除盐水温相对稳定，这有利于我们对聚脲渗出物问题进行相关的定性分析。
具体实验模型简述如下：
注：
1、容器采用现成的锅炉水取样用的离子交换柱容器，材料为PVC，中间的连接管采用实验室常用的半硬塑胶管。
2、容器进水采用下进上出的以克服偏流和进入空气的影响。
该模拟试验计算如下：
以常见的800M3的除盐水箱运行工况为试验模拟对象，水箱内表面积550M2，因溢流口以上不接触除盐水，实际在水中的面积小于500 M2，我们按500 M2计算，假设除盐水箱的水流理论置换时间为12小时。
假设试验的置换时间不变，我们可以计算2升的试验容器里相对于800 M3除盐水箱聚脲的工作表面积如下：500M2/800 M3= XM2/0.002 M3X=0.00125M2=12.5Cm2
根据除盐水箱设计的理论置换时间12小时，我们可以计算2升容器应控制水流量如下：
Y= 0.002 M3/ 12 H = 2000ml/12×60min≈2.78ml/min
考虑到在线电导率检测仪正常工作要求的最小流量必须在400 ml/min以上，我们通过成正比地增加实验中聚脲的工作面积来抵消工作置换时间缩短的问题，假设流动的试验除盐水流量为500ml/min，则缩短的置换时间倍数N为：N=500 ml/min/2.78ml/min≈180
如果聚脲的渗出物对电导率有影响，则在除盐水置换流量为500ml/min的2升的容器里，放入如下面积的聚脲试块，其对电导率的影响应等同于800 M3除盐水箱运行中的表征：S=12.5CM2×180=2250 CM2=0.225 M2
在该试验中，我们况且称该面积为“
标准当量面积”。该试验的影响因素：
1、只有一套试验装置的情况下，试验除盐水水温虽然可以稳定在相对高和相对低两阶段，但无法得到绝对一致的温度值。
2、不可避免的试验装置对电导率的影响随试验水温的变化而变化。
3、若聚脲有渗出物问题，其渗出物对除盐水电导率的影响随试验的进行应有所减弱的变化。
我们的试验器皿虽然都通过严格的化学清洗，并将其进行空白运行达一个月之久，以降低其基础影响，但仍对试验有一定的较为稳定的基础影响，根据试验中我们收集到在不放入聚脲试块时试验系统的空白值数据如“表二：试验装置对除盐水质电导率的基础影响数据”中所示。
表二：试验装置对除盐水质电导率的基础影响数据
进口温度℃ |
进口电导率μS/CM
|
出口温度℃
|
出口电导率μS/CM
|
进出口电导率差μS/CM
|
备注 |
|
|
24.0 |
|
|
因室内温度比水温高，故出口温度比进口的高 |
24.4 |
|
24.7 |
|
|
因室内温度比水温高，故出口温度比进口的高 |
26.2 |
|
26.1 |
|
|
|
34.1 |
0.08 |
29.8 |
|
|
|
48.3 |
|
44.5 |
|
|
|
50.7 |
0.06 |
47.0 |
|
|
|
53.4 |
0.08 |
49.6 |
|
|
|
54.0 |
|
50.1 |
|
0.11 |
|
试验时，车间冷凝水生产线停运时，试验进口除盐水水温可以相对稳定在23℃-26℃之间，而该生产线投运时也可以将水温相对稳定在因以上的数据中50℃-55℃之间，其它水温段属过渡段变化较快，我们不对其作试验取值。
从上表可知，实验系统在相对低水温时对试验值得基础影响稳定在0.04±0.01μS/CM，而相对高水温时其值为0.10±0.01μS/CM。
我们根据试验目的不同，测试了大量聚脲品种的相关数据，以下所列仅为各试验目的中的代表数据之一。
试验例一：某聚脲生产厂家提供的一个系列配方相同但颜色不同混合体聚脲四种试块的测试数据（厚度1-1.5mm）如“表三：动态模拟试验数据之一”所示。
表三：动态模拟试验数据之一
|
|
1标准当量面积 DD(μs/cm) |
5标准当量面积DD(μs/cm) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.11±0.01 |
0.12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
从上述数据中，我们可以得出下面的结论：
1、 试验的聚脲材料存在影响除盐水电导率的事实。
2、 颜色可能会是影响因素之一，但不是主要影响因素。
3、 聚脲材料的用量与影响程度成一定的正比关系。
4、 材料在23-26℃相对低温时其影响除盐水电导率的渗出物较少，影响程度较低；材料在度51-55℃相对高温时其影响除盐水电导率的渗出物较多，影响程度较大。
试验例二：另一聚脲厂家提供的两种牌号聚脲试块（厚度1-1.5mm）实验数据如“表四：动态模拟试验数据之二”所示。
表四：动态模拟试验数据之二
|
|
1标准当量面积 DD(μs/cm) |
5标准当量面积DD(μs/cm) |
|
|
|
|
|
0.11±0.01 |
0.11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
为验证聚脲弹性体渗出物随运行时间的延长，其对除盐水电导率的影响会降低，我们对试验例二中的聚脲试块作了长达半个月的23-55℃的除盐水冲洗后，对其作了二次试验，试验数据如“表五：动态模拟试验数据之三”：
表五：动态模拟试验数据之三
|
|
1标准当量面积 DD(μs/cm) |
5标准当量面积DD(μs/cm) |
|
|
|
|
|
0.11±0.01 |
0.12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
从以上实验结果与表四中动态模拟试验数据之二对比分析可知：随着聚脲材料渗出物的不断析出，其对除盐水的电导率影响会越来越低。
在笔者做相关动态模拟实验的同时通过电子邮件的方式与美国聚脲发展协会（PDA）联系，探讨了聚脲在除盐水箱内部防腐材料的相关选择和实际运用问题，协会有关专家的回复意见是：在美国，一些纯聚脲在水箱内部防腐的运用是良好的，并有多年的运行实例。
随后笔者将试验和调查的相关信息反馈给国内的聚脲供应商和厂家，得到了他们的积极配合，并按笔者的厚度要求提供了他们纯聚脲产品试块，我们分别对他们提供的纯聚脲试块作了验证试验，试验的数据如下：
型号 |
|
厂家或供应商 |
进口温度℃ |
|
|
出口电导率μS/CM |
|
|
青岛海洋化工研究院 |
27.6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26.1 |
|
|
|
|
|
|
0.16 |
|
|
|
0.25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50.3 |
0.15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.07 |
51.0 |
0.34 |
|
|
上海一山陶氏聚脲 |
34.0 |
|
|
|
54.0 |
0.07 |
50.2 |
0.25 |
|
|
上海一山陶氏聚脲 |
31.3 |
|
|
|
53.6 |
|
|
|
HT101 |
|
上海信贸国际贸易有限公司
SPI聚脲 |
24.4 |
|
24.7 |
0.10 |
31.4 |
|
|
0.15 |
52.9 |
|
49.7 |
0.24 |
我们从以上的试验数据分析可知：
在试验面积为1.5-2.3倍的标准当量面积的情况下，扣除试验系统在该温度的基础影响值后，青岛海洋化工研究院所提供的SPUA-105两种颜色的聚脲，上海一山提供的进口陶氏两种颜色的聚脲以及上海信贸国际贸易有限公司提供的灰色SPI HT101聚脲在除盐水相对低温时，电导率检测仪表征不出其除盐水导电率的影响，即便是在50℃以上的除盐水环境中，其影响差值均在0. 1μS/CM以下，根据理论分析，我们即使从较为保守的角度出发也可以对这几种聚脲材料断言如下：
单从电厂运行对进锅炉系统除盐水电导率的控制要求来说，只要在实际除盐水箱内部聚脲防腐中平均施工的厚度控制于2mm以内，即使在除盐水箱正常投运初期，经过该除盐水箱后的指标一定是合格的。
五、聚脲在除盐水中影响电导率渗出物的探因
从以上试验数据，我们可以肯定地说，作为除盐水箱内壁防腐的聚脲涂层，其对除盐水水质均有一定程度的影响，只是因聚脲厂家和品种的不同影响的差异较大，一些纯聚脲的影响可以忽略。那么，造成聚脲涂层有影响除盐水电导率的微量渗出物的原因究竟有哪些？
笔者从自身在聚脲施工中的实践经验的基础进行总结和思考，并与青岛海洋化工研究院的聚脲专家们进行了相关探讨和配方试验调整确认，总结出聚脲涂层造成电厂除盐水电导率影响的3方面的如下原因：
1、聚脲生产所必需使用的某些原材料在生产过程有大量金属离子存在，而其生产工艺的原因致使提纯不彻底，尚存的金属离子带入到聚脲生产中。
这是聚脲影响除盐水电导率的主导因素，在混合体聚脲中，该影响更为突出，甚至不止一种原料中存在此类问题，而且其原料的提纯水平相对较低。这些原料原因的影响是聚脲生产商无法消除的，只能通过采购加工工艺先进、提纯度较高的原料生产商的原料来加以避免。关于此点，在笔者试验过程中，青岛海洋化工研究院的聚脲专家通过配方修改和采购不同的原料厂家而得生产出SPUA-105（除盐水箱专用聚脲）事实已证实了这一点。
2、聚脲生产中添加的色浆中有金属离子部分存在，在其接触除盐水后有一定的析出。
因为各种原因，聚脲总需添加各种颜色的色浆来满足客户的不同需求，而色浆中或多或少的有金属离子的存在，游离在聚脲涂层表面或浅表的离子，在接触除盐水时会进入水中造成相应的影响。据笔者所知，颜料的添加量约为聚脲质量的1-2%，由此我们可知，颜料原因的影响是不会占主要地位的。
3、聚脲在施工过程中的不完全反应，产生一些微小分子单体，在接触除盐水后溶解在除盐水水解成离子从而造成电导率的影响。
从事聚脲行业的人们都很清楚，虽然聚脲按理论上来说是100%固含物，不存在任何挥发成分，但是在实际的工程施工中和施工后，我们或多或少的气味，甚至在聚脲施工后的罐体中如果存放除盐水达几天时间，我们取水就可以闻到氨味，笔者和有关专家探讨后认为，这是聚脲喷涂反应过程中，其部分不完全反应产生的单体氨所致，如果是这样的话，单体氨溶解在水中，必定会产生NH4+和OH-，从而会影响除盐水的电导率。按理论上讲，这种原因的影响会使除盐水的PH值发生相应的变化，但实际中PH值在中性水附近的微小变化的测量受到取样时空气的干扰，精确度较差，基本上没有跟踪测量的意义。
在这里笔者想说明的一点是，假如聚脲弹性体不完全反应的产物是单体氨或单体氨占主要地位的话，我们完全可以不用考虑这种原因会对机组造成任何影响，理由是很简单：在锅炉给水系统中，为了解决系统的防腐问题，需要控制锅炉水的PH值在9.5-10.2之间，而为达到水质的这个要求，往往采用的向除盐水中加入氨和联胺的方法。另外，严格按供应商的要求控制施工条件一定程度上也能减少聚脲的不完全反应的程度。
当然，聚脲涂层对除盐水电导率的影响是以上三个因素的综合体现，我们可以采用把聚脲原料和配方为主要控制对象，施工配合控制为辅的手段尽可能的降低聚脲防腐涂层的这些影响。
六、除盐水箱聚脲防腐的选材建议
从以上的试验数据证实和理论分析，我们基本能得出如下关于除盐水箱内部聚脲防腐选材的以下二点建议：
1、混合体聚脲相对来说对影响除盐水水质的程度较大，基本在使用初期能从水质的电导率监控中能反应出来。而
选材得当的纯聚脲对水质的影响微乎其微，其影响在使用初期的电导率表征上就可忽略不计。所以为安全起见，在除盐水箱内壁防腐用的聚脲选材上，笔者建议尽量使用合适的纯聚脲进行施工，以免产生不必要的争议，在旧水箱的防腐改造上如想要避免投运初期水质电导率超标的问题，这种选择尤为重要。
2、因材料的使用量与其对除盐水电导率的影响程度成一定的正比关系，不管我们选用何种聚脲，笔者不建议聚脲涂层的设计平均厚度超过2mm。如果综合施工和成本的控制的因素，聚脲涂层较为合理的平均厚度为1.0-1.5 mm之间。
