分析了高爐煤氣管道系統(tǒng)腐蝕的原因，綜述了高爐煤氣管道腐蝕的幾種防治措施及工程應(yīng)用效果。

1引言

目前，鋼鐵企業(yè)為降低高爐冶煉成本，提高產(chǎn)量，廣泛應(yīng)用燒結(jié)礦噴灑CaCl2溶液、高爐富氧噴煤、干法煤氣除塵、煤氣余壓發(fā)電等技術(shù)，其中有些技術(shù)的應(yīng)用會造成副產(chǎn)高爐煤氣中酸性組分(如SO2、SO3、H2S、HCl等)含量相對增高。當(dāng)各類酸性組分存留在煤氣中，遇其溫度降至露點以下時，就會有水析出，酸性組分在有水的濕環(huán)境下，對管道的酸性腐蝕問題日益凸顯。高爐副產(chǎn)的高爐煤氣，為適應(yīng)國家節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)要求，現(xiàn)大量采用干法煤氣除塵技術(shù)，其后配有煤氣余壓發(fā)電裝置，當(dāng)高爐爐頂煤氣溫度較低時，煤氣余壓發(fā)電出口的凈煤氣，有可能會低至露點以下。此類煤氣通過全廠管網(wǎng)送往熱風(fēng)爐、加熱爐、石灰、燒結(jié)、焦化等用戶來滿足能源需求，據(jù)調(diào)研，寶鋼、衡鋼、太鋼、首鋼等企業(yè)的高爐煤氣管道都存在不同程度的腐蝕問題，影響到了煤氣管網(wǎng)輸送安全和使用壽命，因此，采取相應(yīng)措施防止高爐煤氣對管網(wǎng)的腐蝕已刻不容緩。

2管道、設(shè)備及附件腐蝕

腐蝕性組分隨煤氣的流動進入下道工序，隨著煤氣的溫降、水分的析出，形成高腐蝕性的酸性物質(zhì)。在整個煤氣管網(wǎng)中，腐蝕對象為煤氣管道、設(shè)備及附件。容易發(fā)生腐蝕的部位有：TRT葉片、煤氣管道上的補償器、連接法蘭、閥門、排污管、排水器、儀表管等。具體腐蝕情況分析如下：

2.1腐蝕產(chǎn)生過程

在高爐煤氣酸性成分的產(chǎn)生過程可用如下流程表示：

原料(海水沖冼過的進口礦石)—燒結(jié)廠(噴灑CaCl2工藝)—煉鐵廠(噴煤工藝所產(chǎn)荒煤氣)

—煤氣凈化(干法除塵工藝)—余壓發(fā)電(干式TRT工藝)—全廠凈煤氣管網(wǎng)(酸性組分高爐煤氣)。

2.2化學(xué)腐蝕機理

高爐煤氣管道腐蝕機理可用如下化學(xué)方程式表示：

SO3+H2O=H2SO4，SO2+H2O=H2SO3

Fe+H2SO4=FeSO4+H2，F(xiàn)e+H2SO3=FeSO3+H2

Fe+2HCl=FeCl2+H2等。

冷凝水中的Fe2+就來自酸對管道的腐蝕。

2.3管道腐蝕

高爐煤氣管道本身金屬腐蝕主要為：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕。

(1)煤氣中的硫化氫、二氧化碳、氧、硫化物或其他腐蝕性化合物直接和金屬起作用，引起化學(xué)腐蝕;(2)水在管道內(nèi)壁生成一層親水膜，形成了原電池腐蝕的條件，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕;

(3)在管道連接處、襯板、墊片、管道焊縫(尤其是單面焊縫)處、設(shè)備污泥沉積處、腐蝕產(chǎn)物附著處、金屬涂層破損處等，易產(chǎn)生縫隙腐蝕;

(4)高爐煤氣中的氯化物、溶液中的氯離子、硫

化物是不銹鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的重要原因;濕的一氧化碳、二氧化碳混合氣(高應(yīng)力)、硫化氫、硝酸鹽溶液、堿液等對碳鋼低合金鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。

2.4管道附件腐蝕

在煤氣進入干法除塵器前，由于煤氣溫度高，酸性腐蝕介質(zhì)以氣態(tài)形式存在，煤氣管網(wǎng)及附件(如各類補償器)損壞形式以磨損為主，酸性化學(xué)腐蝕極其微小。

干法除塵后的煤氣，隨著溫度的降低，煤氣中的酸性腐蝕性氣體隨著煤氣中部分凝結(jié)水的析出而溶入其中，形成酸性液體或鹽類溶液，對煤氣管道上的附件如：波紋補償器、排水器及法蘭等造成腐蝕。

干法除塵筒體進出口及煤氣主管道的不銹鋼波紋補償器出現(xiàn)大面積點狀腐蝕，伴有黃色析出物凝結(jié)，嚴(yán)重的出現(xiàn)線狀裂口，并在正常運行中爆裂。據(jù)報道，有些鋼鐵企業(yè)干法除塵系統(tǒng)的部分波紋補償器壽命最短僅5個月，平均壽命在8個月左右。

對于排水器，由于煤氣冷凝水pH值較低(4~5)，導(dǎo)致鋼制煤氣排水器鋼板減薄嚴(yán)重，銹蝕漏水，嚴(yán)重威脅著排水器和煤氣管道的正常運行，部分煤氣管道的壁厚減薄嚴(yán)重，由最初新建時的8~12mm減薄到1~3mm，有的管道因壁厚太薄而無法實施鋼板包焊作業(yè)。

2.5TRT葉片腐蝕與結(jié)垢

高爐煤氣經(jīng)除塵后，由于煤氣含塵、水汽及高爐原料產(chǎn)生多種酸性組份(如H2S、HCl、SO2等)，進入TRT裝置的為氣—汽—固組成的多相流。高爐煤氣進入TRT裝置后，因膨脹做功，溫度會逐漸降低，當(dāng)TRT入口溫度較低(約130℃)，會導(dǎo)致其出口煤氣溫度低于80~90℃時，煤氣中酸性組份溶解在凝結(jié)水中會在葉片表明形成一層酸性水膜，對葉片表面造成腐蝕，腐蝕后的金屬表面光滑度急劇降低。

同時，由于煤氣溫度、壓力等下降，一些腐蝕產(chǎn)物、油污物、粉塵等一些微量成分如NH4+、Cl-，相互結(jié)合產(chǎn)生積鹽結(jié)垢，并以結(jié)晶態(tài)析出，形成各種無機鹽類，這些晶體附著在金屬表面形成堅固的積鹽層，它們附著在透平機動、靜葉片、排氣蝸殼、出口管道上，嚴(yán)重時垢層最厚處達50~60mm，將使透平轉(zhuǎn)子動平衡破壞，引起振動超標(biāo)，機組被迫停機檢修。機組結(jié)垢嚴(yán)重時一個星期就需清理一次，從而影響裝置穩(wěn)定運行。

3預(yù)防措施

3.1原燃料控制

減少入爐原燃料S、Cl含量，從源頭上消除或減少高爐煤氣中酸性組分，如：不用海水沖冼過的進口礦石;合理控制燒結(jié)礦中的CaC12添加劑的噴灑量，或者改噴灑無氯、低氯的其他添加劑;合理控制噴煤工藝中的S含量。

3.2防腐涂層

針對管道、設(shè)備及附件的內(nèi)壁化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕等，采用耐腐蝕涂料層保護措施。將有機涂料涂覆于物體內(nèi)表面形成連續(xù)的薄膜，干燥后成為堅實的防腐涂層，起到屏蔽、緩蝕及保護作用。

防腐涂料的選擇應(yīng)根據(jù)煤氣介質(zhì)的特點、管道材質(zhì)及腐蝕環(huán)境等情況決定各油漆的種類、涂刷道數(shù)和干膜厚度，采用經(jīng)濟合理，具備施工條件的防腐工藝。

3.3管道、設(shè)備及附件保溫

煤氣溫度是影響腐蝕的主要因素，對管道、設(shè)備及附件采取保溫，一是為了節(jié)能，減少介質(zhì)熱量的損耗;二是防止或減少高爐煤氣飽和水的析出，防止煤氣中酸性氣體與冷凝水接合形成酸性溶液，導(dǎo)致管道、設(shè)備的腐蝕。

3.4波紋管

針對氯離子濃度含量超過25mg/L的高爐煤氣管網(wǎng)，補償器應(yīng)采取耐腐蝕措施，其補償器中彈性元件，靠煤氣側(cè)的材質(zhì)不宜采用普通300系列不銹鋼(如304、316、316L)，而應(yīng)選用Inconer600或In-coloy800系列或254SMo不銹鋼或內(nèi)襯氟橡膠或聚四氟乙烯等非金屬材料。

從各鋼廠煤氣管網(wǎng)運行維護經(jīng)驗看，采用254SMo制造的不銹鋼波紋補償器，替代普通300系列不銹鋼波紋補償器，使用壽命由原來的不到一年，可延長到4~5年，取得了良好的效果。另外，用in-coloy800、825鎳基奧氏體不銹鋼材質(zhì)波紋補償器或高分子復(fù)合耐腐蝕波紋補償器替代普通不銹鋼波紋補償器，也取得了非常好的效果。

3.5TRT裝置

為了保證干式TRT正常運行，通常采用如下措施：(1)TRT入口煤氣管道設(shè)含塵量在線檢測、溫度檢測，含塵量及溫度超標(biāo)報警及停機聯(lián)鎖。

(2)通過對干式TRT透平結(jié)垢物取樣分析，垢樣成分為NH4Cl結(jié)晶。阻垢劑技術(shù)是利用阻垢劑在TRT入口前掩蔽和抑制氯化銨積鹽的形成，同時在葉片上形成保護膜，對煤氣中酸性氣體和灰塵對葉片的腐蝕沖刷起保護作用。干式阻垢劑主要成分：雜環(huán)有機胺、咪唑啉、表面活性劑。

對TRT裝置噴緩蝕阻垢劑，即采用定期在TRT煤氣中的酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)，減弱管道中冷凝裝置快切閥后1~1.5m處加藥劑(阻垢劑)，防止水的酸度，以緩解煤氣管道的腐蝕現(xiàn)象。

TRT動靜葉片結(jié)垢腐蝕。在濟南鋼鐵廠、萊鋼及日照3.6.1工藝簡述鋼鐵廠等TRT裝置中均使用過，其效果十分明顯。系統(tǒng)的基本功能是根據(jù)煤氣溫度的變化自動調(diào)節(jié)噴槍的噴水量，保證煤氣出口溫度維持在適當(dāng)?shù)?/p>

3.6噴霧工藝

通過對首鋼、衡鋼等鋼廠煤氣系統(tǒng)的煤氣排水溫度范圍內(nèi)。工作時，水源水箱/泵站經(jīng)過濾器過濾器冷凝水化學(xué)成分分析，可以看到煤氣冷凝水的pH后并調(diào)節(jié)到一定的流量，經(jīng)出口管路送到噴槍，在氮值一般在1~2之間，Cl-、SO42-等強酸根離子含量較氣的作用下霧化，產(chǎn)生非常細(xì)小的霧化顆粒，水霧在高，呈強酸性。而采用干法除塵的高爐煤氣通常需在煤氣中迅速蒸發(fā)，吸收煤氣的大量熱量，使煤氣溫度管道中噴射水霧降溫，此工藝方法是在噴霧設(shè)備中迅速降低并維持在一定溫度范圍內(nèi)。噴霧工藝簡圖設(shè)置加堿裝置：將原來的中性水霧變?yōu)閴A性水霧，同如圖1所示。

3.6.2工作原理

在噴霧設(shè)備中設(shè)置加堿裝置：將原來的中性水霧變?yōu)閴A性水霧，同煤氣中的酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)，減弱管道中冷凝水的酸度，以緩解煤氣管道的腐蝕現(xiàn)象。

堿液采用氫氧化鈉(NaOH)溶液，氫氧化鈉(NaOH)溶液溶解度高，堿性強，吸收SO2、HCl等酸性氣體速率高，噴較低濃度的NaOH溶液就可得到較高的脫酸效果。同時避免了采用其他堿液如石灰水(Ca(OH)2)純堿液(Na2CO3)等易產(chǎn)生CaCO3、CaSO4沉淀，而導(dǎo)致噴嘴、管道堵塞等問題。氫氧化鈉(NaOH)中和吸收酸性氣體的反應(yīng)是：

NaOH+HCl=NaCl+H2O2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O

管道噴霧噴堿裝置投資小、見效快，能夠大大緩解管路腐蝕現(xiàn)象，提高管路壽命，防止由于管道腐蝕發(fā)生的煤氣泄漏事故。將噴霧冷凝水從酸性調(diào)節(jié)到接近中性，水氣比約0.1L/m3，節(jié)約了大量水資源并減少了環(huán)境污染，該裝置在梅鋼高爐等工程中有良好運用。

3.7噴淋塔工藝

3.7.1工藝簡述

在凈煤氣管網(wǎng)上設(shè)置噴淋洗滌塔，對凈煤氣進行降溫的同時去除煤氣中的含氯物質(zhì)，再通過塔上部的二層填料脫除含氯化物的酸性機械水。噴淋脫氯塔系統(tǒng)主要設(shè)備有噴淋冷卻塔，供水水泵、排水水泵、水池、噴頭、金屬填料、排水水封等。噴淋塔本體由殼體、煤氣進出口管道、水噴淋系統(tǒng)及花環(huán)填料等部分組成。噴淋洗滌塔工藝簡圖如圖2所示。

3.7.2工作原理

煤氣從下方的入口管進入噴淋塔內(nèi)，由入口管向塔體流動過程中，因流通截面積突然擴大，流速減緩。循環(huán)冷卻水由塔上部霧化噴淋裝置進入，噴淋而下;煤氣由下向上運動，在噴淋洗滌段與水霧進行充分接觸，完成煤氣降溫與洗滌。噴水不僅能夠快速降溫，而且可及時捕捉裹挾在煤氣流中的微小冷凝液滴，使之快速沉降。煤氣繼續(xù)上行進入填料段，填料脫除煤氣中的機械水后從上方出口管網(wǎng)進入煤氣管網(wǎng)。

煤氣中的氯離子等酸性物質(zhì)被吸收到循環(huán)冷卻水中，形成了酸性冷凝液流入在塔底集結(jié)，經(jīng)出口進入循環(huán)水系統(tǒng)沉淀、冷卻。噴淋塔采用循環(huán)冷卻水，噴淋脫水塔的排水先流入積水坑，通過就地泵抽送至噴淋塔循環(huán)供水。積水坑內(nèi)設(shè)有液位計并與就地泵聯(lián)鎖，在高爐中控室顯示。定期對循環(huán)水進行檢測，當(dāng)pH值偏低，Cl-、SO42-等濃度過大時，將水排入水處理系統(tǒng)，同時補充新水。

在寶鋼高爐等干法系統(tǒng)TRT后增建了噴淋塔，該噴淋塔能較徹底的清洗出Cl-、SO42-等，但噴淋塔占地及循環(huán)噴水量較大，水氣比約0.3~0.5L/m3。

4結(jié)論

高爐煤氣除塵由濕法改干法后，煤氣的腐蝕性普遍增強，由于原燃料的不同，其煤氣中的腐蝕性成分差異很大，各鋼鐵企業(yè)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)實際情況，針對高爐煤氣酸性腐蝕的現(xiàn)狀，對于不同的鋼鐵企業(yè)及生產(chǎn)工序，從防護、控制、延長壽命等方面考慮，對管道、設(shè)備及附件，采取相應(yīng)的腐蝕預(yù)防措施。在滿足經(jīng)濟合理、高爐煤氣管網(wǎng)穩(wěn)定、安全運行的前提下，可選擇上述一種或多種防腐措施綜合使用。