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化學腐蝕機理

高爐煤氣管道腐蝕機理可用如下化學方程式表示：

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：化學腐蝕、電化學腐蝕、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)，導致鋼制煤氣排水器鋼板減薄嚴重，銹蝕漏水，嚴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TRT入口溫度較低(約130℃)，會導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，機組被迫停機檢修。機組結(jié)垢嚴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)壁化學腐蝕、電化學腐蝕等，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?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。