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高爐煤氣管道防腐研究

文檔作者：李志峰張寧國王瑞真文檔來源： 1技術(shù)研發(fā)中心 2熱電廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月17日
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萊鋼科技 第4期(總第148期)
高爐煤氣管道防腐研究
李志峰 ，張寧國 ，王瑞真
(1技術(shù)研發(fā)中心；2熱電廠)
摘要：針對高爐煤氣的腐蝕性，系統(tǒng)研究了高爐煤氣中的腐蝕性物質(zhì)，分析了高爐煤氣對管
路的腐蝕機理，研究試驗了氣相緩蝕劑對高爐煤氣管道的防護性能，并進行了-r-~4t；試驗達到
了良好的緩蝕效果。
關(guān)鍵詞：高爐煤氣腐蝕機理 氣相緩蝕劑 防腐
0 前言
高爐煤氣除塵逐步淘汰濕法除塵，越來越多的
采用干法除塵，干法除塵的好處是節(jié)約了大量的水
資源，減少了濕法除塵循環(huán)水處理的工藝，同時可
以最大程度的保留煤氣的熱能、壓力等可利用的能
源，由于沒有水的洗滌，使煤氣所含的可溶性鹽類
等物質(zhì)得以保存，對后續(xù)生產(chǎn)工藝和設(shè)備帶來了一
定的不利影響，其中高爐煤氣的腐蝕就是其中之
一
， 目前國內(nèi)所有鋼廠高爐煤氣管線都存在著嚴重
的腐蝕現(xiàn)象，煤氣管道受到較強的腐蝕，主要表現(xiàn)
在補償器經(jīng)常洞蝕開裂，管路上煤氣泄露、管線上
的閥門、減壓閥等部件由于腐蝕無法正常運行，高
爐煤氣的腐蝕性給設(shè)備運行和煤氣管道帶來了嚴重
的安全隱患。
1 高爐煤氣腐蝕性分析及腐蝕機理研究
高爐煤氣管道材質(zhì)主要采用Q235，補償器原先
主要采用1 Cr8Ni不銹鋼，由于高爐煤氣的腐蝕后來
改成抗氯離子腐蝕性較強的254SMO，但還是無法
有效的阻止高爐煤氣對補償器的腐蝕，時常有補償
器被腐蝕開裂；從煤氣管道腐蝕的部位來講，主要在
煤氣管道的后半段，隨著煤氣長距離輸送，煤氣溫度
不斷降低，煤氣中的水蒸氣不斷冷凝，煤氣中的鹽類
物質(zhì)也不斷析出到冷凝水中，形成含鹽量較高的水
膜或者水溶液，然后形成具有較強的電化學(xué)腐蝕能
力的微電池，再在粉塵物理沖刷的作用下，給管道和
作者簡介：李志峰(1969一)，男，1992年畢業(yè)于山東大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專
業(yè)?，F(xiàn)為技術(shù)研發(fā)中心首席研究員，主要從事化工工藝、環(huán)保及節(jié)能
工作。
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相關(guān)設(shè)備帶來了嚴重的腐蝕。
1．1 高爐煤氣中冷凝水的腐蝕性分析
在高爐煤氣管道尤其是后面的高爐煤氣管道
中，存留著大量的煤氣冷凝水，有時能達到高爐煤氣
管道的四分之一高度，冷凝水的存在對管道和膨脹
節(jié)應(yīng)當具有一定的腐蝕性。對冷凝水進行了分析，
分析結(jié)果見表1(直接取自煤氣管道后半段軋鋼
區(qū))。
表1 高爐煤氣管系中冷凝水成分
從表1的分析結(jié)果可以看出，煤氣管網(wǎng)冷凝水
介質(zhì)PH值在2～3，并且溶液中含有高含量的氯離
子Cl一，當溶液PH低于4時對鋼鐵具有有效的溶解
性。分析其原因是高爐煤氣中的酸性物質(zhì)尤其是氯
化物溶人冷凝水中，導(dǎo)致高爐煤氣管網(wǎng)冷凝水pH
值過低，與膨脹節(jié)及鋼制管道發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，使設(shè)
備及管道快速腐蝕，使電極電位較低的部位失去電
子，從而發(fā)生電化學(xué)腐蝕。該煤氣管系中的冷凝水
屬于高鹽水，其中含鹽量(高達7 623 mg／L)，電導(dǎo)
率越高(高達7 864 p~s／cm)，腐蝕速度就越快。從
分析結(jié)果來看冷凝水中含鹽量很高，特別是氯離子
含量偏高。
1．2 高爐煤氣管道中集鹽物的分析
在高爐煤氣管道中，煤氣經(jīng)過TRT后溫度和
壓力都發(fā)生較大的降低，在TRT葉片上積聚了較
多的鹽類，對高爐煤氣所含的鹽類具有較好的代
表性，提取TRT葉片的積累物進行分析結(jié)果見
表2。
萊鋼科技 2010年8月
表2 TRT葉片結(jié)垢X熒光光譜分析數(shù)據(jù)
分析元素(％)(m／m)
Al203 S02 S a ca0 T02№O 2o3 NO cU0 Z．0 Br MoO3 Sno2
n凹1 n13 n19 J79．5 n陀1 nO76 n050 l9．∞ n080 0．O1O n070 n53 0．0l0 0．017
從分析結(jié)果看，TRT葉片結(jié)垢物主要是氯化物，
這和煤氣管道中冷凝水的分析結(jié)果一致，因此對煤
氣中的氯離子含量應(yīng)當是重點分析對象。通過化學(xué)
濕法分析，TRT葉片結(jié)垢物中主要是氯化銨，有時候
高達90％以上，因此，煤氣中氯離子含量應(yīng)當較高。
1．3 高爐煤氣主要成分的測定(表3)
表3 高爐煤氣的主要成分
高爐煤氣的主要成分中N 、CO、CO：，只有CO
可以溶入到水中，形成酸性物質(zhì)，但酸性較弱，腐蝕
性較低，無法達到快速腐蝕透膨脹節(jié)的效果，因此在
高爐煤氣中還存在著腐蝕性較強的物質(zhì)，從TRT葉
片結(jié)垢物來看，應(yīng)當是氯化物，因此，對高爐煤氣中
的氯化物、硫化氫、二氧化硫進行了測定。
1．4模擬高爐煤氣成分、溫度、壓力進行腐蝕強度的
測定
1．4．1 試驗?zāi)康?
測定高爐煤氣在一定條件下對不同鋼材的腐蝕
強度。
1．4．2 試驗對象
Q235、254SMO、0Crl8Ni、1 Cr8Ni等煤氣管道或
設(shè)備上所用的板材。
1．4．3 模擬的條件(表4)
表4 高爐煤氣主要成分的模擬
氯離子含量為：采用霧化1％NaCI形勢加入氯
離子，含量控制在650 mg／m ，霧化后氯離子含量
為：394．4 mg／m 。
二氧化硫含量：300 mg／m
硫化氫含量：0．4 mg／m
所有氣體成分都是采用氣瓶輸入，含量通過減
壓閥進行控制。
1．4．4 實驗方法：掛片失重法
采用高壓釜在溫度110℃下，設(shè)定各氣體組分
分壓，加入1％NaC1水溶液進行霧化噴入，介質(zhì)為濕
度為90％ 空氣的情況下；對Q235、254SMO、
0Crl8Ni、1Cr8Ni等煤氣管道所用板材進行腐蝕失重
試驗。
1．4．5 實驗儀器
高壓釜；CO 、O 、CO、H：S,SO 氣瓶(注：高爐煤
氣中H：、CH 、N 成分不發(fā)生腐蝕，除外)
1．4．6 試驗時間
試驗時間168 h。
1．4．7 實驗結(jié)果(表5)
表5 各種材質(zhì)的腐蝕速率
類別 腐蝕速率／(mm·a )
Q235
254SMO
0Cr18Ni
lCr8Ni
0．134
0．017
0．054
0．028
試驗掛片來看，腐蝕較為嚴重，緩蝕劑沒有達到
理想的效果，為了改進緩蝕劑對該段掛片進行了電
鏡分析，分析掛片表面、裂痕、溝槽等部位腐蝕的原
因，見圖1。
254SMO 1 Cr8Ni
0Crl8Ni Q235
圖1 腐蝕掛片電鏡掃描
通過電鏡分析，使掛片嚴重腐蝕的主要是氯離
子和氫離子，在掛片的裂縫、溝壑里有氯離子和氫離
子的腐蝕的成份。
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李志峰，等：高爐煤氣管道防腐研究 第4期(總第148期)
1．5 腐蝕機理分析
高爐煤氣中含有一定量的水分，在高爐煤氣輸
送過程中隨著溫度的降低，高爐煤氣中的水蒸氣逐
漸冷凝成水，在管道或者設(shè)備表面形成一層水膜，腐
蝕性物質(zhì)二氧化碳、二氧化硫、氯化物、氯化氫、硫化
氫等物質(zhì)溶解到水膜中，形成腐蝕性較強的電解質(zhì)，
對管道進行電化學(xué)腐蝕，其中，CO 、SO 對碳鋼的腐
蝕表現(xiàn)為均勻腐蝕和點腐蝕，其產(chǎn)物主要是FeCO 、
FeSO 和Fe 0 ，在一定條件下，水氣凝結(jié)在管壁形
成水膜，s0 溶解并附著在管壁面上，使金屬發(fā)生均
勻的極化腐蝕，即均勻腐蝕；腐蝕產(chǎn)物在金屬表面形
成保護膜，但膜的生成很不均勻，易破損，出現(xiàn)點腐
蝕；C1一可在不銹鋼的某些脆弱區(qū)域逐步轉(zhuǎn)換不銹
鋼鈍化膜(金屬氧化物)中的氧并轉(zhuǎn)變成可溶性金
屬氯化物，導(dǎo)致?lián)p壞，并對不銹鋼中cr、Ni等元素進
行絡(luò)合形成晶間腐蝕，一經(jīng)局部造成損壞，腐蝕縱向
深入，形成腐蝕活化點——“孔蝕”。
CO：、SO 、H S與cl一等幾種腐蝕介質(zhì)是相互影
響的。如氯離子會破壞H S的腐蝕產(chǎn)物硫化鐵膜
并形成點蝕，H s與cl一相互促成循環(huán)腐蝕。通過
試驗和分析可以得到以下結(jié)論：對碳鋼產(chǎn)生腐蝕的
主要因素是sO 、H S和Cl一氯離子；對不銹鋼產(chǎn)生
腐蝕的主要因素是Cl一氯離子和H's。
2 高爐煤氣管道防腐對材料的要求
針對正在運行高爐煤氣管線不能采用常規(guī)涂層
防腐的問題，結(jié)合煤氣管道的運行特性，如果在已經(jīng)
運行的高爐煤氣管道上進行內(nèi)壁的防腐處理，防腐
材料或者是緩蝕劑必須具備如下功能：
1)藥劑能通過加藥噴頭進入煤氣管線，借助煤
氣余熱及余壓完全能氣化，在管道內(nèi)實現(xiàn)和煤氣完
全混合以及與管線內(nèi)壁接觸，能有效的溶解到煤氣
冷凝水中起到緩蝕的效果。藥劑在氣態(tài)下會在管壁
表面形成一層一端親金屬、另一端疏水的緩蝕保護
膜，隔離無機鹽組分及酸性氣體水膜接觸金屬，阻止
金屬發(fā)生化學(xué)腐蝕。
2)藥劑組分氣化最好能吸收煤氣中的酸性氣
體，降低煤氣中酸性氣體濃度，進而達到緩蝕效果。
3)該藥劑本身具有表面活性劑功能，能和管壁
接觸實現(xiàn)不問斷地清洗管線內(nèi)壁、消除管線表面雜
質(zhì)及水膜，阻止金屬表面微電池產(chǎn)生，防止電化學(xué)腐
蝕產(chǎn)生。
4)該藥劑在煤氣管道中會瞬間氣化且與煤氣
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完全混合，進入煤氣管線后，可以充滿管線的各個角
落，能實現(xiàn)對管線設(shè)備的全面保護。
5)該緩蝕劑對CO：、SO 、H：S與cl一等幾種腐
蝕介質(zhì)和它們形成水溶液具有較好的緩蝕效果。
6)該緩蝕劑在一定溫下，在較大流量下，在一
定粉塵沖刷下能易成膜，并且耐沖刷等。
3 氣相緩蝕劑的研究與篩選
根據(jù)萊鋼高爐煤氣管道的使用情況和現(xiàn)實條
件，以及高爐煤氣管道對防腐材料的要求，以及能在
正在運行的管道上實施工藝等情況，結(jié)合高爐煤氣
運行情況對防腐材料緩蝕劑進行了研究分析，選擇
氣相緩蝕劑作為高爐煤氣管道防腐材料，氣相緩蝕
劑具有以下特性：
1)緩蝕性能：氣相緩蝕劑分子中應(yīng)該含有一個
或一個以上的緩蝕基團，以使氣相緩蝕劑具備一定
的緩蝕性能。
2)揮發(fā)性：揮發(fā)性通常用其飽和蒸氣壓來衡
量。由于氣相緩蝕劑粒子的吸收過程同水汽和腐蝕
性氣體的吸收是相互競爭的。因此，氣相緩蝕劑應(yīng)
具有一定的揮發(fā)性。揮發(fā)性過高或過低都不適宜，
通常認為氣相緩蝕劑在室溫下飽和蒸汽壓范圍在
10～ ～l0 Pa之間比較理想。
3)水溶性：緩蝕劑的水溶性與吸附性是一對矛
盾的統(tǒng)一體。水溶性太大，使吸附在金屬表面的緩
蝕劑分子過少，而不能形成有效的吸附性保護膜。
水溶性太差，水介質(zhì)中所能溶解的緩蝕劑也不能在
金屬表面形成有效的、完整的吸附膜，有時不但達不
到緩蝕的目的，反而加速腐蝕。
4)穩(wěn)定性：氣相緩蝕劑要具備一定的穩(wěn)定性，
在使用條件下不因光、熱等因素的影響而降低緩蝕
劑性能。氣相緩蝕劑粒子在金屬表面的吸附膜層，
不僅能改變腐蝕過程局部反應(yīng)動力學(xué)，而且能夠改
變金屬的表面狀態(tài)，特別是發(fā)生吸附的活化表面的
面積。當發(fā)生電化學(xué)腐蝕時，吸附膜層結(jié)構(gòu)直接影
響金屬的腐蝕速度。若形成的吸附膜結(jié)構(gòu)致密、完
整，對內(nèi)部金屬起到保護作用。
4 試驗效果
在實驗室試驗的基礎(chǔ)上，研究制定了工業(yè)性試
驗的方案，選取了適合試驗的高爐煤氣管道，進行了
為期6個月工業(yè)性試驗，通過工業(yè)性試驗，確認了氣
相緩蝕劑高爐煤氣管道防腐的效果，(下轉(zhuǎn)第51頁)
萊鋼科技 2010年8月
度就需要更換一次。
圖4 軸向滑板圓弧形磨損
2．2 軋邊機的槽深優(yōu)化
軋邊機原始孔槽深度的設(shè)計公式為：
H：(2×BT×1．01一 )X 0．5
其中：BT—— 軋件的標準半腿長；
k—— 為了避免調(diào)整過程中軋制軋件的腹板，留
有足夠的調(diào)整余地，避免發(fā)生堆鋼事故，常取5～7
m m 。
軋邊機槽深設(shè)計完成后必須進行調(diào)試優(yōu)化，調(diào)
試的過程中遵循的原則是軋邊機輥縫I：L~L件的腹板
厚度大I mm時，軋件的翼緣長度控制在標準尺寸
上，例如，對于H300×300規(guī)格，此時的翼緣長度就
應(yīng)當控制在300 mm。另外，也可以根據(jù)偏心的形態(tài)
進行軋邊機槽深的修改，遵循的原則是，單側(cè)翼緣過
分長類偏心需要將軋邊機槽深減淺，單側(cè)翼緣過分
短類偏心需要將軋邊機槽深加深。表1是部分規(guī)格
軋邊機孔型深度修改的情況。
表1 部分規(guī)格軋邊機軋槽深度優(yōu)化前后對比表
3 結(jié)語
1)X—H軋制方法偏心調(diào)整的主要調(diào)整手段
包括軋制線調(diào)整方法和軸向調(diào)整方法。軋制線的調(diào)
整方法為：軋件的上翼緣長抬高軋制線，反之降低軋
制線；軸向調(diào)整方法為：下翼緣哪側(cè)翼緣長前幾道次
就向哪側(cè)調(diào)整軸向，最后道次不動或者反向調(diào)整軸
向。
2)萬能軋機工裝精度誤差大對軋件的偏心影
響很大，工裝精度尺寸精度誤差要盡可能的小。對
于軋機的各處滑板、壓力塊要定期的進行修復(fù)更換。
3)軋邊機槽深優(yōu)化至關(guān)重要。單側(cè)翼緣過分
長類偏心需要將軋邊機槽深減淺，單側(cè)翼緣過分短
類偏心需要將軋邊機槽深加深。
特邀編輯：王中學(xué)
Control and Study of Eccentricity in H--section Steel Rolled with X--H Rolling M ethod
Jiang Haitao ，Pan Hua ，Tian Zhican ，Tong Lizhen
(1 The Section Steel Plant；2 The Quality Assurance Dept．)’
Abstract：This article analyzes the causes of of-center of H section steel in X—H rolling mode．Through
adjustments in pass line and of-center，reducing rolling equipment precision tolerance，optimizing edger
mill depth of groove can effectively control of-center．
Key words：H section steel；X—H rolling mode；of-center
· + 一+ 一+ ”—-卜“—。卜”—卜“——卜一—卜”+ ”+ ”+ + “+ 一+ 一+ 一—卜”—卜
(上接第48頁)防腐效果達到87％ 以上，氣相緩蝕 管道的腐蝕問題。
有效距離在2 000 m左右，有效解決了高爐煤氣對 特邀編輯：：~JiJll峰
Research on Anticorrosion of BF Gas Piping
Li Zhifeng ，Zhang Ningguo ，Wang Ruizhen
(1 The Technical R&amp;amp;D Center；2 The Thermal Power Plant)
Abstract：In the light of the corrosive characteristics of BF gas，corosive substances in BF：gas were sys·
tematically researched on，corrosion mechanisms of BF gas on pipelines analyzed and protective properties
of vapor phase corrosion inhibitor on BF gas pipelines experimented on．Industrial tests brought about favorable
corrosion inhibiting results．
Key words：BF gas；corosion；mechanism；vapor phase corrosion inhibitor；anticorrosion
51

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