高炉煤气管道的腐蚀及预防措施

分析了高炉煤气管道系统腐蚀的原因，综述了高炉煤气管道腐蚀的几种防治措施及工程应用效果。

1引言

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。

3.2防腐涂层

针对管道、设备及附件的内壁化学腐蚀、电化学腐蚀等，采用耐腐蚀涂料层保护措施。将有机涂料涂覆于物体内表面形成连续的薄膜，干燥后成为坚实的防腐涂层，起到屏蔽、缓蚀及保护作用。

防腐涂料的选择应根据煤气介质的特点、管道材质及腐蚀环境等情况决定各油漆的种类、涂刷道数和干膜厚度，采用经济合理，具备施工条件的防腐工艺。

3.3管道、设备及附件保温

煤气温度是影响腐蚀的主要因素，对管道、设备及附件采取保温，一是为了节能，减少介质热量的损耗;二是防止或减少高炉煤气饱和水的析出，防止煤气中酸性气体与冷凝水接合形成酸性溶液，导致管道、设备的腐蚀。

3.4波纹管

针对氯离子浓度含量超过25mg/L的高炉煤气管网，补偿器应采取耐腐蚀措施，其补偿器中弹性元件，靠煤气侧的材质不宜采用普通300系列不锈钢(如304、316、316L)，而应选用Inconer600或In-coloy800系列或254SMo不锈钢或内衬氟橡胶或聚四氟乙烯等非金属材料。

从各钢厂煤气管网运行维护经验看，采用254SMo制造的不锈钢波纹补偿器，替代普通300系列不锈钢波纹补偿器，使用寿命由原来的不到一年，可延长到4~5年，取得了良好的效果。另外，用in-coloy800、825镍基奥氏体不锈钢材质波纹补偿器或高分子复合耐腐蚀波纹补偿器替代普通不锈钢波纹补偿器，也取得了非常好的效果。

3.5TRT装置

为了保证干式TRT正常运行，通常采用如下措施：(1)TRT入口煤气管道设含尘量在线检测、温度检测，含尘量及温度超标报警及停机联锁。

(2)通过对干式TRT透平结垢物取样分析，垢样成分为NH4Cl结晶。阻垢剂技术是利用阻垢剂在TRT入口前掩蔽和抑制氯化铵积盐的形成，同时在叶片上形成保护膜，对煤气中酸性气体和灰尘对叶片的腐蚀冲刷起保护作用。干式阻垢剂主要成分：杂环有机胺、咪唑啉、表面活性剂。

对TRT装置喷缓蚀阻垢剂，即采用定期在TRT煤气中的酸性气体发生中和反应，减弱管道中冷凝装置快切阀后1~1.5m处加药剂(阻垢剂)，防止水的酸度，以缓解煤气管道的腐蚀现象。

TRT动静叶片结垢腐蚀。在济南钢铁厂、莱钢及日照3.6.1工艺简述钢铁厂等TRT装置中均使用过，其效果十分明显。系统的基本功能是根据煤气温度的变化自动调节喷枪的喷水量，保证煤气出口温度维持在适当的

3.6喷雾工艺

通过对首钢、衡钢等钢厂煤气系统的煤气排水温度范围内。工作时，水源水箱/泵站经过滤器过滤器冷凝水化学成分分析，可以看到煤气冷凝水的pH后并调节到一定的流量，经出口管路送到喷枪，在氮值一般在1~2之间，Cl-、SO42-等强酸根离子含量较气的作用下雾化，产生非常细小的雾化颗粒，水雾在高，呈强酸性。而采用干法除尘的高炉煤气通常需在煤气中迅速蒸发，吸收煤气的大量热量，使煤气温度管道中喷射水雾降温，此工艺方法是在喷雾设备中迅速降低并维持在一定温度范围内。喷雾工艺简图设置加碱装置：将原来的中性水雾变为碱性水雾，同如图1所示。


3.6.2工作原理

在喷雾设备中设置加碱装置：将原来的中性水雾变为碱性水雾，同煤气中的酸性气体发生中和反应，减弱管道中冷凝水的酸度，以缓解煤气管道的腐蚀现象。

碱液采用氢氧化钠(NaOH)溶液，氢氧化钠(NaOH)溶液溶解度高，碱性强，吸收SO2、HCl等酸性气体速率高，喷较低浓度的NaOH溶液就可得到较高的脱酸效果。同时避免了采用其他碱液如石灰水(Ca(OH)2)纯碱液(Na2CO3)等易产生CaCO3、CaSO4沉淀，而导致喷嘴、管道堵塞等问题。氢氧化钠(NaOH)中和吸收酸性气体的反应是：

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

管道喷雾喷碱装置投资小、见效快，能够大大缓解管路腐蚀现象，提高管路寿命，防止由于管道腐蚀发生的煤气泄漏事故。将喷雾冷凝水从酸性调节到接近中性，水气比约0.1L/m3，节约了大量水资源并减少了环境污染，该装置在梅钢高炉等工程中有良好运用。

3.7喷淋塔工艺

3.7.1工艺简述

在净煤气管网上设置喷淋洗涤塔，对净煤气进行降温的同时去除煤气中的含氯物质，再通过塔上部的二层填料脱除含氯化物的酸性机械水。喷淋脱氯塔系统主要设备有喷淋冷却塔，供水水泵、排水水泵、水池、喷头、金属填料、排水水封等。喷淋塔本体由壳体、煤气进出口管道、水喷淋系统及花环填料等部分组成。喷淋洗涤塔工艺简图如图2所示。


3.7.2工作原理

煤气从下方的入口管进入喷淋塔内，由入口管向塔体流动过程中，因流通截面积突然扩大，流速减缓。循环冷却水由塔上部雾化喷淋装置进入，喷淋而下;煤气由下向上运动，在喷淋洗涤段与水雾进行充分接触，完成煤气降温与洗涤。喷水不仅能够快速降温，而且可及时捕捉裹挟在煤气流中的微小冷凝液滴，使之快速沉降。煤气继续上行进入填料段，填料脱除煤气中的机械水后从上方出口管网进入煤气管网。

煤气中的氯离子等酸性物质被吸收到循环冷却水中，形成了酸性冷凝液流入在塔底集结，经出口进入循环水系统沉淀、冷却。喷淋塔采用循环冷却水，喷淋脱水塔的排水先流入积水坑，通过就地泵抽送至喷淋塔循环供水。积水坑内设有液位计并与就地泵联锁，在高炉中控室显示。定期对循环水进行检测，当pH值偏低，Cl-、SO42-等浓度过大时，将水排入水处理系统，同时补充新水。

在宝钢高炉等干法系统TRT后增建了喷淋塔，该喷淋塔能较彻底的清洗出Cl-、SO42-等，但喷淋塔占地及循环喷水量较大，水气比约0.3~0.5L/m3。

4结论

高炉煤气除尘由湿法改干法后，煤气的腐蚀性普遍增强，由于原燃料的不同，其煤气中的腐蚀性成分差异很大，各钢铁企业应根据生产实际情况，针对高炉煤气酸性腐蚀的现状，对于不同的钢铁企业及生产工序，从防护、控制、延长寿命等方面考虑，对管道、设备及附件，采取相应的腐蚀预防措施。在满足经济合理、高炉煤气管网稳定、安全运行的前提下，可选择上述一种或多种防腐措施综合使用。