高炉煤气管道管件的腐蚀及预防措施

     1. 目前，钢铁企业为降低高炉冶炼成本，提高产量，广泛应用烧结矿喷洒CaCl2溶液、高炉富氧喷煤、干法煤气除尘、煤气余压发电等技术，其中有些技术的应用会造成副产高炉煤气中酸性组分(如SO2、SO3、H2S、HCl等)含量相对增高。当各类酸性组分存留在煤气中，遇其温度降至露点以下时，就会有水析出，酸性组分在有水的湿环境下，对管道的酸性腐蚀问题日益凸显。高炉副产的高炉煤气，为适应国家节能减排的产业要求，现大量采用干法煤气除尘技术，其后配有煤气余压发电装置，当高炉炉顶煤气温度较低时，煤气余压发电出口的净煤气，有可能会低至露点以下。此类煤气通过全厂管网送往热风炉、加热炉、石灰、烧结、焦化等用户来满足能源需求，据调研，宝钢、衡钢、太钢、首钢等企业的高炉煤气管道都存在不同程度的腐蚀问题，影响到了煤气管网输送安全和使用寿命，因此，采取相应措施防止高炉煤气对管网的腐蚀已刻不容缓。 

      2.管道、设备及附件腐蚀

     腐蚀性组分随煤气的流动进入下道工序，随着煤气的温降、水分的析出，形成高腐蚀性的酸性物质。在整个煤气管网中，腐蚀对象为煤气管道、设备及附件。容易发生腐蚀的部位有：TRT叶片、煤气管道上的补偿器、连接法兰、阀门、排污管、排水器、仪表管等。具体腐蚀情况分析如下：

     2.1腐蚀产生过程

     在高炉煤气酸性成分的产生过程可用如下流程表示：

原料(海水冲冼过的进口矿石)—烧结厂(喷洒CaCl2工艺)—炼铁厂(喷煤工艺所产荒煤气)

—煤气净化(干法除尘工艺)—余压发电(干式TRT工艺)—全厂净煤气管网(酸性组分高炉煤气)。

     2.2化学腐蚀机理

     高炉煤气管道腐蚀机理可用如下化学方程式表示：

     SO3+H2O=H2SO4，SO2+H2O=H2SO3

     Fe+H2SO4=FeSO4+H2，Fe+H2SO3=FeSO3+H2

     Fe+2HCl=FeCl2+H2等。

     冷凝水中的Fe2+就来自酸对管道的腐蚀。

     2.3管道腐蚀

     高炉煤气管道本身金属腐蚀主要为：化学腐蚀、电化学腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀。

     (1)煤气中的硫化氢、二氧化碳、氧、硫化物或其他腐蚀性化合物直接和金属起作用，引起化学腐蚀;

     (2)水在管道内壁生成一层亲水膜，形成了原电池腐蚀的条件，产生电化学腐蚀;

     (3)在管道连接处、衬板、垫片、管道焊缝(尤其是单面焊缝)处、设备污泥沉积处、腐蚀产物附着处、金属涂层破损处等，易产生缝隙腐蚀;

     (4)高炉煤气中的氯化物、溶液中的氯离子、硫化物是不锈钢产生应力腐蚀的重要原因;湿的一氧化碳、二氧化碳混合气(高应力)、硫化氢、硝酸盐溶液、碱液等对碳钢低合金钢产生应力腐蚀。

      2.4管道附件腐蚀

      在煤气进入干法除尘器前，由于煤气温度高，酸性腐蚀介质以气态形式存在，煤气管网及附件(如各类补偿器)损坏形式以磨损为主，酸性化学腐蚀极其微小。

      干法除尘后的煤气，随着温度的降低，煤气中的酸性腐蚀性气体随着煤气中部分凝结水的析出而溶入其中，形成酸性液体或盐类溶液，对煤气管道上的附件如：波纹补偿器、排水器及法兰等造成腐蚀。

      干法除尘筒体进出口及煤气主管道的不锈钢波纹补偿器出现大面积点状腐蚀，伴有黄色析出物凝结，严重的出现线状裂口，并在正常运行中爆裂。据报道，有些钢铁企业干法除尘系统的部分波纹补偿器寿命最短仅5个月，平均寿命在8个月左右。

      对于排水器，由于煤气冷凝水pH值较低(4~5)，导致钢制煤气排水器钢板减薄严重，锈蚀漏水，严重威胁着排水器和煤气管道的正常运行，部分煤气管道的壁厚减薄严重，由最初新建时的8~12mm减薄到1~3mm，有的管道因壁厚太薄而无法实施钢板包焊作业。

2.5TRT叶片腐蚀与结垢

      高炉煤气经除尘后，由于煤气含尘、水汽及高炉原料产生多种酸性组份(如H2S、HCl、SO2等)，进入TRT装置的为气—汽—固组成的多相流。高炉煤气进入TRT装置后，因膨胀做功，温度会逐渐降低，当TRT入口温度较低(约130℃)，会导致其出口煤气温度低于80~90℃时，煤气中酸性组份溶解在凝结水中会在叶片表明形成一层酸性水膜，对叶片表面造成腐蚀，腐蚀后的金属表面光滑度急剧降低。

      同时，由于煤气温度、压力等下降，一些腐蚀产物、油污物、粉尘等一些微量成分如NH4+、Cl-，相互结合产生积盐结垢，并以结晶态析出，形成各种无机盐类，这些晶体附着在金属表面形成坚固的积盐层，它们附着在透平机动、静叶片、排气蜗壳、出口管道上，严重时垢层最厚处达50~60mm，将使透平转子动平衡破坏，引起振动超标，机组被迫停机检修。机组结垢严重时一个星期就需清理一次，从而影响装置稳定运行。

      3.预防措施

      3.1原燃料控制

      减少入炉原燃料S、Cl含量，从源头上消除或减少高炉煤气中酸性组分，如：不用海水冲冼过的进口矿石;合理控制烧结矿中的CaC12添加剂的喷洒量，或者改喷洒无氯、低氯的其他添加剂;合理控制喷煤工艺中的S含量。