目前我國各大鋼鐵企業的煤氣管道一般采用鋼管和鑄鐵管，由于煤氣的成分復雜多樣，內含多種雜質，再加上設計、施工等方面的諸多不合理因素，煤氣管道內壁很容易被腐蝕。另由于煤氣具有易燃、易爆、劇毒等方面的有害特性，被腐蝕的煤氣管道可能帶來的危害性很大。腐蝕嚴重時會導致管道穿孔、開裂而使煤氣泄漏，造成火災、爆炸以及人身中毒、傷亡等惡性事故，因此研究煤氣管道內壁的腐蝕及防護具有十分重要的意義。
 

    一、煤氣的組成

    1.煤氣的主要成分

    各種煤氣成分如表1所示，其中焦爐煤氣的可燃成分種類較多，除H2和CH4外，還有少量的CO和CmHn，熱值較其他兩種煤氣也大很多，而高爐煤氣和轉爐煤氣的主要可燃成分均為CO，轉爐煤氣中CO含量較高，因此其毒性在三種煤氣中也最大。
 

    2.煤氣的主要雜質

    煤氣除上述主要成分外，還含有多種雜質，各種雜質的存在也是煤氣管道腐蝕的最主要原因。焦爐煤氣中雜質種類最多，一般含有焦油、灰塵、萘、氨、硫化氫、苯類、氰化氫等，其中硫化氫對管道的腐蝕危害最大，各大鋼鐵企業的焦化廠雖然設有多種脫硫設備，但由于技術手段的限制，煤氣中硫化氫的含量仍然相對較高，較好的企業能夠達到200 mg/m3的水平，普通的企業僅為400～1000mg/m3，甚至更高。

    高爐煤氣中的雜質主要為灰塵，還有少量的氯化物和硫酸鹽、碳酸鹽。近年來隨著高爐煤氣干法除塵設施的推廣和應用，與傳統的濕法除塵方式相比，不但用水量大大降低，高爐煤氣中的含塵量得到了有效地控制，一般能夠達到10～20mg/m3的水平。但高爐煤氣干法除塵帶來了新的腐蝕問題，煤氣中氯化物在干法除塵中不能被去除，大量存在于高爐煤氣中，一般能達到3000～5000mg/m3，若不及時處理，一旦氯化物融于凝結水中，不僅腐蝕碳鋼材料的煤氣管道，還能腐蝕普通不銹鋼材料的波紋管補償器，危害很大。轉爐煤氣中的主要雜質也為灰塵，還含有少量的硫酸鹽、碳酸鹽，對煤氣管道的腐蝕主要表現為灰塵對管道內壁的沖刷，硫酸鹽和碳酸鹽為一般酸性腐蝕。

    二、腐蝕分析

    通過比較三種煤氣的主要雜質成分，結合腐蝕機理，可以將煤氣管道的腐蝕分為以下幾種。

    1.酸性化學腐蝕

    煤氣管道的酸性化學腐蝕是指煤氣管道的內表面與酸性氣體或電解質溶液接觸發生化學作用而引起的腐蝕。煤氣中的酸性物質在遇到冷凝水時溶解于水中發生電離，電離出H+，從而使冷凝水呈酸性[2]。其中焦爐煤氣主要是硫化氫融于水后產生H+，而高爐和轉爐煤氣主要是氯化物、硫酸鹽等強酸弱堿性的鹽融于水后產生H+，H+的活潑性比鐵強，發生下述化學反應，造成管道腐蝕：2H++Fe 2Fe++ H2。煤氣管道在發生化學腐蝕后，破壞了管道表面的原有保護膜，雜質滲入鐵晶體內部，從而形成原電池，進而發生電化學腐蝕。

    2.電化學腐蝕

    金屬電化學腐蝕是由于金屬與其他雜質之間存在電位差，在有電解質溶液的情況下形成原電池而發生的金屬腐蝕，煤氣管道材質一般是碳鋼，碳鋼主要是由鐵素體和滲碳體兩種組織構成的機械混合物[3]。管道接觸同一電解質溶液--冷凝水，由于金屬本身存在著電化學的不均勻性，即在金屬表面或內部的不同區域具有不同的電極電位，它們與鐵元素組成許多對電極，當雜質電極電位高于鐵的電極電位時就會發生腐蝕反應。其主要過程可簡單表示為：在陽極區，鐵溶解變成鐵離子進入電解質溶液（凝結水）中并產生電子，而在陰極區，陽極區產生的電子被電解質溶液（凝結水）中能吸收電子的物質（離子或分子）所接受。當陽極反應與陰極反應等速進行時，腐蝕電流就不斷從陰極區流經電解質溶液（凝結水）進入陽極區，在陽極區產生Fe（OH）2。

    因有少量的氧存在，Fe（OH）2會繼續反應，生成Fe（OH）3。由于氫氧化鐵在水中的溶解度低于氫氧化亞鐵，在管道上沉淀析出，開始時是非晶態，并在管壁表面形成多孔的結合較差的腐蝕產物。該腐蝕產物對管壁并無保護作用，相反起著傳遞鐵離子和氧的作用，使腐蝕繼續蔓延，腐蝕產物與氫氰酸發生絡合生成六氰合鐵，進一步加速了管壁的腐蝕[4]。

    3.磨損與應力腐蝕

    煤氣中一般含有一定濃度的灰塵和其他固體雜質，灰塵等雜質隨煤氣在管道內部流動時，將會對煤氣管道內壁形成沖刷和磨損，固體雜質含量越大，煤氣流動速度越快，對管道的沖刷和磨損越嚴重。  管道在焊接制作和安裝過程中產生的殘余內應力，或者是管道在使用過程中所承受的各種應力，使金屬晶格歪扭，從而降低了應力部分的金屬電極電位，使它變成腐蝕電池陽極，形成裂紋。

    三、應對措施  根據引起煤氣管道腐蝕的原因，可采取以下措施進行預防和應對：

    （1）防止煤氣管道內壁腐蝕的根本措施是將煤氣凈化，增加脫硫、噴堿、脫水等設施對煤氣進行處理，使煤氣中的各種雜質成分如灰塵、硫化氫、氨、氯化物、硫酸鹽、氧和其他腐蝕性物質的含量達到允許值以下。  針對經干法除塵后的高爐煤氣冷凝水中氯離子含量較高的問題，新設計的高爐煤氣管道中會增設噴堿液（氫氧化鈉溶液或氨水）及脫水塔等設施，將高爐煤氣中的含氯離子較多的酸性水溶液中和后脫除，能夠有效地防止管道內壁酸性化學腐蝕。如新建設投產的首鋼京唐鋼鐵公司，在高爐煤氣管道的低壓段設有噴堿脫水塔，噴堿脫水前高爐煤氣冷凝水的PH值約2.5～4.5，氯離子含量約2000～3000mg/L，噴堿脫水后高爐煤氣的PH值約6～9，氯離子含量約300mg/L。通過一年的運行效果看，噴堿前未做好內防腐的高爐煤氣管道腐蝕嚴重，僅運行四個月就出現了漏氣現象，而噴堿后的高爐煤氣管道未出現過漏氣。

    （2）工藝設計時選擇合適的煤氣流速、溫度、管道坡度等，同時在運行過程中加強對煤氣管道進行排水或保證連續排水，以減少煤氣輸送過程中雜質的沉積和水蒸汽的冷凝。  目前絕大多數煤氣管道均設有能夠實現連續排水功能的設施，通過使用排水器或加強人工定期排水，不僅使煤氣中的冷凝水及時排出，也使煤氣中的雜質，如焦油、萘、灰塵等隨冷凝水一同排出，最大限度地減少了腐蝕媒介的存在，有效地保護了煤氣管道的內壁。

    （3）根據煤氣中主要腐蝕性雜質的成分及含量，在煤氣管道內壁涂敷合適的防腐層，以隔絕鐵基體與腐蝕介質的接觸。  對煤氣管道內壁涂敷防腐層已經成為鋼鐵企業有效防止管道腐蝕的普遍做好，尤其是對于高爐煤氣管道，內防腐涂層對管道的運行壽命至關重要。目前鋼鐵企業都根據高爐礦料的成分采用了有針對性的防腐方案，但一般均為除銹+底漆+防腐涂層+面漆的方案，并且根據需要改變防腐涂層的材料和厚度。一種比較流行的方案為：管道內壁除銹達到Sa2.5級后，涂乙烯基樹脂用底漆1道，干膜厚度100 μm，乙烯基樹脂玻璃鱗片膠泥2道，干膜厚度1000 μm，（管道下部1/3部分加厚至1060 μm），涂乙烯基樹脂用面漆1道，干膜厚度100 μm。

    （4）在管道制作中，對焊接后變形或加工后的物件進行消除內應力的處理，防止應力腐蝕，最有效的方法是進行熱處理。

    （5）對于已經投入運行的煤氣管道，應加強對煤氣管道壁厚的監測，定期進行壁厚測量，對于因煤氣腐蝕而造成的管道泄漏，應及早發現，及時處理，并可采取帶壓堵漏[5]的方法進行補救，主要施工工藝為：  表面除污除銹→漏點止漏→加固增強→外部防腐

責任編輯：曾祥偉

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