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循環(huán)氨水管道泄漏原因分析及防漏措施

文檔作者：王永林余錢文檔來源：馬鞍山鋼鐵股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年10月15日
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2010年第2期 安 徽 冶 金 39
循環(huán)氨水管道泄漏原因分析及防漏措施
王永林余錢
(馬鞍山鋼鐵股份有限公司)
摘 要 循環(huán)氨水中舍有H S等多種腐蝕性介質(zhì)，對普通的循環(huán)氨水管道有一定的腐蝕作用，循環(huán)氨水管道
在制作和安裝過程產(chǎn)生的各種殘余應力和介質(zhì)腐蝕的聯(lián)合作用誘發(fā)了管道的應力開裂，H。S等應力腐蝕和氫損傷
是造成氨水管道的泄漏主要原因。焊接時的焊接缺陷或應力腐蝕而在管道內(nèi)壁形成的微小裂紋，誘發(fā)氨水管道的
縫隙腐蝕。因此管道的焊接質(zhì)量和焊接后的消除應力處理顯得尤為重要。
關(guān)鍵詞 循環(huán)氨水管道 一般腐蝕 應力腐蝕和氫損傷 泄漏 防漏措施
Analysis of Leakage Causes in Circulating Ammonia Pipes and Countermeasures
Wang Yonglin Yu Qian
(Maanshan Iron &amp;amp; Steel C0．Ltd．)
Abstract The various corrosive media such as H2 S contained in circulating ammonia have some corrosive effect
on common ammonia pipes．The combined efect of residual stress frOm pipe manufacture and installation processes
and media corrosion induces stress cracking on pipes~while H2 S stress corrosion and hydrogen damage are the major
causes of leakage in ammonia pipes．Fine cracks caused by welding defects or stress corrosion induce fissures on the
pipes．So that welding quality of pipes and DOst— welding stress removal treatment are especially important．
Key words pipes of circulating ammonia ordinary corrosion stress corrosion and hydrogen damage leakage
leakage prevention measures
0 前言
焦爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的荒煤氣，采用0．3MPa
循環(huán)氨水在焦爐橋管內(nèi)進行噴灑，將荒煤氣溫度從
650～750℃ 冷卻至約82℃ ，在此過程中，荒煤氣中
6O 9／6左右的焦油汽冷凝下來，另外，有一定數(shù)量的
氨、二氧化碳、硫化氫、氰化氫和其它組分溶解于循
環(huán)氨水之中。氨水與焦油在機械化澄清槽進行分
離，分離后的小部分氨水作為剩余氨水另行處理，其
余的氨水通過循環(huán)氨水管道送回焦爐循環(huán)噴灑冷卻
荒煤氣。
1 存在問題
馬鋼老區(qū)煤氣凈化的一系統(tǒng)至1 ～2 焦爐的
循環(huán)氨水管道采用螺旋焊管焊接制作，于2003年
11月投入使用。二系統(tǒng)至3 ～4 焦爐的循環(huán)氨水
管道采用卷管焊接制作，于2007年12月投人使用。
二系統(tǒng)至5 ～6 焦爐的循環(huán)氨水管道采用無縫鋼
管制作，于2001年5月投入使用。三趟循環(huán)氨水管
道的制作材料均為普碳鋼，投用至今相繼都出現(xiàn)過
泄露現(xiàn)象，既造成了對周圍環(huán)境的污染又影響了正
常生產(chǎn)。泄露點最多的是至3 ～4 焦爐的循環(huán)氨
水管道，該管道投產(chǎn)后三個月就出現(xiàn)了32處漏點，
到目前為止漏點已達97處，在管道的直縫和環(huán)縫焊
接處均有漏點。對這些漏點檢查發(fā)現(xiàn)均為裂紋，
83 的裂紋為熱影響區(qū)裂紋，其余為焊縫本體裂紋。
另外二趟循環(huán)氨水管道也存在泄漏問題，泄漏點較
少，長約300m螺旋焊管的螺旋焊縫處也僅有一個
漏點，漏點也均為焊縫區(qū)域的裂紋。雖然循環(huán)氨水
管道泄露在國內(nèi)是一個普遍的問題，但像至3 ～
4 焦爐的循環(huán)氨水管道出現(xiàn)如此之多的泄露點也
并不多見。
2 循環(huán)氨水管道泄漏原因分析
2．1 氨水介質(zhì)對氨水管道的腐蝕
作者簡介：王永林，高級工程師，安徽省馬鞍山市(243000)馬鋼煤焦化公司
40 ANHUI METALLURGY 2010年第2期
2．1．1 一般腐蝕
循環(huán)氨水在冷卻煤氣過程中，煤氣中一定數(shù)量
的氨、二氧化碳、硫化氫、氰化氫和其它組分溶解于
循環(huán)氨水之中，以揮發(fā)館鹽[(NH ) S、NH CN、
(NH )2CO。等]和固定銨鹽[NH C1、NH CNS、
(NH )。SO 和(NH )：S O。等]的形式存在于循環(huán)
氨水之中。另外，由于二個煤氣凈化系統(tǒng)的煤氣脫
硫的硫化氫處理工藝均采用了克勞斯生產(chǎn)硫磺的工
藝，夾帶H。S、SO。和Sx等克勞斯的尾氣進入氣液
分離器前荒煤氣管道在氨水中溶解和反應生成
SO。 一、S0 ?！NS一等離子，故循環(huán)氨水中的銨鹽
含量略高于其他的工藝。循環(huán)氨水中SO。 一約0．7
～ O．9g／L、SO 。一約1．o～1．5g／L、H2S約2．0～ 3．
0g／L、HCN約0．1g／I CNS一約1．0～1．5g／L、C1一
約1．3～1．5g／L、總NH 約5g／I 。
氨水管道內(nèi)的氨水中含有上述的各種化學介
質(zhì)，這些化學介質(zhì)在氨水中會發(fā)生電離，從而形成電
解液，這種電解液與氨水管道會發(fā)生電化學反應，造
成鋼管的腐蝕，這種腐蝕主要表現(xiàn)為一種均勻腐蝕。
電化學反應一般為析氫反應，下面以H。S、NH CI、
NH CN、NH CNS等為例來說明電化學腐蝕。
H：S的腐蝕：
H S在含水介質(zhì)中電離，與碳鋼發(fā)生電化學反
應。
H：S— H + HS一 (1)
陽極反應：Fe+ HS一一FeS+H 十2e (2)
陰極反應：2H +2e—H：十 (3)
腐蝕產(chǎn)物：FeS在氧和水的作用下轉(zhuǎn)化為硫和
氧化鐵。
4FeS+ 6H：O+ 3O2— 4Fe(OH)3+ 4S (4)
2Fe(OH)3— Fe2()3+ 3H2O (5)
NH C1的腐蝕：
NH4Cl— HCl+ NH3 (6)
Fe+HCI-'-FeCI+H2十 (7)
NH (：N的腐蝕：
NH CN一+HCN+ NH： (8)
Fe+2HCN-,-Fe(CN)2+H2十 (9)
4NH4CN+Fe(CN)2一(NH4)4[Fe(CN)6]
(10)
3(NH 4)4[Fe(CN)6]+XH2 0+4Fe件一Fe4
[-Fe(CN)6]3·XH2O十12NH (11)
NH CNS的腐蝕：
4NH4CNS+2Fe十O2一-,-2Fe(CNS)2+ 4NH3+
2H2O (12)
9Fe(CNs)2+16Fe+XH2O一18FeS+Fe4[Fe
(CN)6]3·XH2O (13)
對于一般的電化學腐蝕。H：S和鋼生成FeS，
在pH值≥6時，鋼的表面為FeS所覆蓋，有較好的
保護性能，腐蝕速率也有所下降。但由于氨水中存
在CN一，CN一能溶解FeS保護膜，產(chǎn)生絡合離子Fe
(CN) 卜，加速了腐蝕反應的進行。
FeS+ 6CN?一Fe(CN)6 一十S 一 (14)
絡合離子Fe(CN) 繼續(xù)與Fe反應生成亞鐵
氰化亞鐵Fe [-Fe(CN) ] (在水中為白色沉淀)。
2Fe+Fe(CN)6 一一Fe2~Fe(CN) ] (15)
當氨水中存在氧或停工時，亞鐵氰化亞鐵與氧
接觸又氧化而生成亞鐵氰化鐵Fe [Fe(CN) ]。，呈
普魯氏藍色。這也是氨水貯槽和煤氣管道等泄漏時
外壁常見到普魯氏藍色的原因。
6Fe2[Fe(CN)6]+ 6H2O+302一Fe4[Fe
(CN) ]。 +4Fe(OH) (16)
從拆除下來的一些老的氨水管道上觀察，常能
看到管壁變薄的情況，就是電化學腐蝕形成的，這也
說明這種電化學腐蝕是存在的。
2．1．2 應力腐蝕和氫損傷
應力腐蝕導致裂紋產(chǎn)生的必要條件是：
1)同時產(chǎn)生應力和腐蝕。
2)具有特殊的腐蝕性介質(zhì)，尤其是存在Cl一、
0H一、HS一或NH 離子。
微應力就能導致裂紋，而由制造和焊接產(chǎn)生的
殘余應力就足以達到這種應力。氨水中的H S等
不只是F}j于陽極反應生成FeS等而引起一般腐蝕，
而且陰極反應生成的氫還能向鋼中滲透并擴散，造
成氫鼓泡或氫鼓泡開裂。引起鋼的氫鼓泡(HB)、氫
誘發(fā)裂縫(HIC)、應力導向氫誘發(fā)裂縫(SOHIC)及
硫化物應力開裂(SSC)。
碳鋼和低合鋼在pH 值為4．2時硫化物應力開
裂最嚴重；pH 值5～6時，不易破裂；當pH 值≥7
時，可完全不發(fā)生破裂；但當有CN?存在時，可在
pH值≥7情況下發(fā)生硫化物應力開裂。CN一大于
2010年第2期 安 徽 冶 金 4l
500×10 時，還會促進腐蝕。隨著CN一濃度的增
加，氫滲透速率迅速上升。雖然循環(huán)氨水pH 值≥
7，但因CN一濃度遠大于500×10? ，依然存在發(fā)生
硫化物應力開裂。一旦出現(xiàn)裂縫后，又會進一步引
發(fā)縫隙腐蝕。
2．1．3 縫隙腐蝕
在氨水管道對焊連接時的焊接缺陷或應力腐蝕
而在管道內(nèi)壁形成的微小裂紋，都能使縫內(nèi)溶液中
的物質(zhì)遷移產(chǎn)生困難，造成管道內(nèi)流動的氨水和滯
留在縫隙內(nèi)的氨水產(chǎn)生濃度差異。由此會引起電位
差，致使電化學電池建立，陽極位置發(fā)生氧化過程，
即引起縫隙內(nèi)金屬的腐蝕。陰極位置的電子與氨水
中的氫離子反應生成氫原子，氫原子向金屬中擴散，
并集聚在金屬的高應力區(qū)，即裂縫的尖端，導致裂縫
的尖端發(fā)生脆化并使裂縫進一步擴展進而形成裂
紋。縫隙的寬度只需要0．025～0．1mm，在此寬度
范圍內(nèi)，縫隙寬度變窄時，腐蝕率隨之增高。當有
Cr離子存在時，更容易引起這類腐蝕。
2．1．4 晶問腐蝕
管道在焊接過程中，在焊縫區(qū)域局部存在較大
的內(nèi)應力，這是以應力區(qū)為陽極、非應力區(qū)為陰極發(fā)
生另一類的電化學腐蝕，應力腐蝕所產(chǎn)生的裂縫一
般是沿晶界發(fā)展的晶問腐蝕或穿過晶粒造成的穿晶
腐蝕，也可能二者同時發(fā)生。這種電化學腐蝕與前
一類腐蝕不同，它具有不均勻性，即以應力狀態(tài)為導
向而發(fā)生的。
2．2 管道制作質(zhì)量等原因引起的泄漏
雖然氨水管道內(nèi)的壓力只有0．3MPa，但因循
環(huán)氨水管道泄漏較普遍，故對循環(huán)氨水管道的焊接
要求較高，焊接要求按壓力容器的要求執(zhí)行。因此
對焊接件的坡口角度，坡口處的清潔度，焊條的烘
干，焊接電流，氬弧焊打底，對焊縫進行熱處理消除
焊接殘余應力，焊接后拍片質(zhì)量抽查，焊工的資格等
都有很嚴格的要求。至5#～6 焦爐和至1 ～2
焦爐的循環(huán)氨水管道也是嚴格按此要求執(zhí)行的，因
此這二趟循環(huán)氨水管道雖也有泄漏，但泄漏點較少。
而二系統(tǒng)至3 ～4 焦爐的循環(huán)氨水管道，因施工
進度等原因，未嚴格按焊接要求進行安裝制作，造成
投用后很短的時間內(nèi)出現(xiàn)了大量的泄漏。由此可
見，焊接質(zhì)量是氨水管道泄漏產(chǎn)生的一個重要原因。
3 減少循環(huán)氨水管道泄漏的措施
通過對氨水管道泄漏原因的分析，結(jié)合現(xiàn)場的
實際運行經(jīng)驗，提出以下減少循環(huán)氨水管道泄漏的
措施。
3．1 管道裝配時注意事項
1)管道裝配過程中，要保證焊接管的規(guī)整。若
有不規(guī)整的情況，應采用先整形的辦法進行裝配，而
不能采用施JJu#l-力的辦法進行強制裝配。要盡可能
消除裝配時產(chǎn)生的殘余應力。
2)裝配過程中更應避免在管道上留下各種形式
的傷痕，如拉筋、夾具等所留下的痕跡，以及打弧的
燒痕。這些都能成為應力腐蝕裂紋的誘因。
3)結(jié)合季節(jié)變換時管道容易泄漏的經(jīng)驗，在管
道安裝時要合理地配置膨脹節(jié)和支架固定點的位置
和形式。
3．2 焊接材料的選擇
更換冷卻克勞斯尾氣后回機械化氨水焦油澄清
槽的氨水管道時，在采用相同焊接工藝的前提下，有
幾處的焊縫嘗試用A302的不銹鋼過渡焊條焊接，
其他仍用常規(guī)焊條焊接。采用常規(guī)焊條焊接的焊縫
使用時間不長就出現(xiàn)了氨水泄漏，而采用A302不
銹鋼過渡焊條的焊縫已經(jīng)使用兩年，目前還沒有發(fā)
生泄漏的情況。2009年8月在更換5 焦爐爐頂?shù)?
氨水管道時，也采用A302不銹鋼過渡焊條焊接，至
今也沒有發(fā)生泄漏的情況。另外，采用A302不銹
鋼過渡焊條對泄漏點進行補焊的效果也比普通的焊條
要好。
3．3 焊接工藝
為了防止應力腐蝕裂紋，在焊接工藝方面主要
是制定合理的工藝規(guī)程，如焊接線能量、焊接順序和
焊接質(zhì)量控制等。總的來說，在判定焊接工藝時，應
根據(jù)鋼種不同，設(shè)法滿足兩方面不同的要求，既要防
止淬硬(焊接線能量過小)，也要防止晶粒嚴重長大
(線能量過大)。如采用多層焊接，對防止應力腐蝕
裂紋是有利的。
3．4 焊后消除應力處理
焊接產(chǎn)生的殘余應力是形成應力腐蝕裂紋的關(guān)
鍵因素，從老區(qū)凈化一系統(tǒng)螺旋焊管的使用效果證
明。螺旋焊管制作完成后整體熱處理和對接焊縫的
熱處理可以明顯降低應力腐蝕裂紋的形成趨勢，同

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