鋼鐵企業(yè)廠區(qū)煤氣管道數(shù)量較多，涉及BFG（高爐煤氣）、COG（焦?fàn)t煤氣）、LDG（轉(zhuǎn)爐煤氣）和CRG（歐冶爐煤氣）幾種煤氣介質(zhì)，且煤氣管道動(dòng)輒超過(guò)數(shù)十公里，煤氣管網(wǎng)的安全至關(guān)重要。其中，管道腐蝕作為煤氣管道的主要破壞形式，對(duì)于鋼鐵生產(chǎn)流程的穩(wěn)定和安全產(chǎn)生重要影響。煤氣管道有哪些種類？煤氣管道的腐蝕機(jī)理是什么？煤氣管道如何修復(fù)？如何監(jiān)測(cè)？小編帶你詳細(xì)了解。

    01 概述

    鋼廠煤氣管道數(shù)量較多，涉及BFG（高爐煤氣）、COG（焦?fàn)t煤氣）、LDG（轉(zhuǎn)爐煤氣）和CRG（歐冶爐煤氣）幾種煤氣介質(zhì)。其中較大部分煤氣管道，介質(zhì)的壓力遠(yuǎn)低于0.1MPa。金屬的腐蝕主要是由于化學(xué)或電化學(xué)作用引起的破壞。煤氣管道中的煤氣成分復(fù)雜，主要有CO（一氧化碳）、H2（氫氣）、CO2（二氧化碳）、CH4（甲烷）、O2（氧氣）、N2（氮?dú)猓2S（硫化氫）、NH3（氨氣）、HCN（氰化氫）、NO（一氧化氮），還有水、氯化銨、萘、焦油等，其中CO2、H2S 等與煤氣冷凝水結(jié)合形成酸性腐蝕環(huán)境。煤氣管道通常采用普通碳鋼材料，在這種工作環(huán)境條件下，尤其是BFG 介質(zhì)，極易造成管道內(nèi)壁“點(diǎn)狀”“蜂窩狀”的局部腐蝕。從管道現(xiàn)場(chǎng)腐蝕的情況看，腐蝕基本都發(fā)生在管道的下半部分。這種腐蝕是管道最具有破壞性和隱藏性的腐蝕形態(tài)之一，它常常使得管道在整體失重還很小的情況下，就穿孔產(chǎn)生泄漏。近年來(lái)，隨著管道使用年限的增加，管壁腐蝕引起的穿孔泄漏事故時(shí)有發(fā)生，腐蝕泄漏不僅會(huì)發(fā)生在管道本體上，也會(huì)發(fā)生在與管道相連的喇叭口、排水密封罐上，還會(huì)發(fā)生在波紋管等管道附件上，對(duì)生產(chǎn)和人員造成一定的安全隱患。

    國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)武鋼、南鋼、日照鋼鐵以及邯鄲鋼鐵等在采用干法除塵后管道及附屬設(shè)備也出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，腐蝕部位主要集中在煤氣管道、排水器、補(bǔ)償器和TRT葉片等。

    02 腐蝕機(jī)理及原因

    2.1 城市煤氣管網(wǎng)腐蝕

    城市煤氣管網(wǎng)中，管道內(nèi)壁形成腐蝕損傷主要由化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕共同作用而形成，從而在管道內(nèi)壁形成腐蝕溝槽、深坑或大面積腐蝕減薄等，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管道腐蝕缺陷檢測(cè)與特征分析，某市人工煤氣管網(wǎng)以體積型缺陷為主，包括管壁的均勻腐蝕缺陷、局部腐蝕缺陷等。在某些區(qū)域人工煤氣管道存在明顯的沉降現(xiàn)象，沉降將導(dǎo)致管道發(fā)生位移變形，同時(shí)在該地區(qū)存在不同程度的積液和內(nèi)腐蝕，積液將導(dǎo)致荷載的增加，內(nèi)腐蝕的發(fā)生將使得管道出現(xiàn)局部應(yīng)力集中和增大，直接影響到管道的安全運(yùn)行能力。

    2.2 高爐煤氣管道腐蝕

    煉鐵系統(tǒng)中，干法除塵后的高爐煤氣經(jīng)TRT 余壓發(fā)電機(jī)做功溫度有較大幅度降低，在低于露點(diǎn)時(shí)煤氣中的飽和水會(huì)隨著溫度降低不斷轉(zhuǎn)變?yōu)槔淠８郀t原燃料中含有大量氯鹽，在冶煉過(guò)程中與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氯化氫氣體而進(jìn)入高爐煤氣中，由氯化氫極易溶解在水中，所以當(dāng)有冷凝水析出時(shí)會(huì)伴隨氯化氫溶解。此冷凝水檢測(cè)其PH 值長(zhǎng)期在1~2 之間為強(qiáng)酸，對(duì)金屬管道腐蝕性較大。當(dāng)煤氣管道被腐蝕后，出現(xiàn)穿孔泄露問(wèn)題，膨脹節(jié)、排水器、流量計(jì)的一次部件以及高爐熱風(fēng)爐的換熱器也均被腐蝕。

    依據(jù)不同PH 值的酸性溶液檢測(cè)其對(duì)碳鋼、不銹鋼腐蝕速率，檢測(cè)結(jié)果碳鋼：PH=1 時(shí)，腐蝕率達(dá)到34.1384（mm/a），PH=2~5 時(shí)，腐蝕率1.9682~3.757（mm/a）；不銹鋼：PH=1~5 時(shí)，腐蝕率0.0083~0.0106（mm/a）試驗(yàn)證明，PH 值越低的鹽酸，對(duì)碳鋼的腐蝕速率越大，PH 值等于1 時(shí)，腐蝕速率可以達(dá)到34.1384mm/a, 即一年里管道腐蝕可以達(dá)到3.4 個(gè)厘米。鹽酸的析氫腐蝕是造成管道腐蝕的主要原因。不銹鋼情況相對(duì)較好，因?yàn)槟退岜臼遣讳P鋼的優(yōu)勢(shì)之一。冷凝水中含有大量的氯離子，因?yàn)槁入x子屬于活潑離子，穿透能力強(qiáng)，能夠被金屬表面較強(qiáng)吸附。Cl- 濃度越高，水溶液的導(dǎo)電性就越強(qiáng)，Cl- 就越容易到達(dá)金屬表面，加快腐蝕的進(jìn)程。奧氏體不銹鋼比普通碳鋼更容易受到氯離子的侵蝕。同時(shí)因管道、波紋管中的焊縫因焊接組織復(fù)雜、受力復(fù)雜、加上可能存在焊接缺陷，更容易被氯離子侵蝕。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，管網(wǎng)上不銹鋼膨脹節(jié)和不銹鋼設(shè)施腐蝕嚴(yán)重，尤其焊縫泄漏點(diǎn)多。

    2.3 轉(zhuǎn)爐煤氣管道腐蝕

    轉(zhuǎn)爐煤氣系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)爐煤氣中主要含ＣＯ、ＣＯ２、Ｏ２和Ｎ２，其中Ｏ２和ＣＯ２對(duì)于煤氣管道及設(shè)施均有不同程度、不同種類的腐蝕；ＣＯ２是轉(zhuǎn)爐煤氣中含量最多的雜質(zhì)，可以造成酸腐蝕和應(yīng)力腐蝕等多重腐蝕，因此推斷其可能是造成轉(zhuǎn)爐煤氣輸送設(shè)施腐蝕最嚴(yán)重的影響因子；煤氣中Ｏ２的含量較少，但其對(duì)轉(zhuǎn)爐煤氣輸送設(shè)施的腐蝕也有著重要的影響，因?yàn)槊簹庵泻兴灰校希玻涂梢栽斐森h(huán)境中的干濕交替循環(huán)，加劇腐蝕。電除塵前的煤氣由于含塵量和含水量高，柜前管道、氣柜及電除塵器腐蝕嚴(yán)重。煤氣溫度偏高也是其管道及設(shè)施腐蝕的一個(gè)關(guān)鍵性因素。煤氣冷凝水呈弱酸性，ｐＨ值分別是5.7、4.46，總酸度分別是2.5,3.0，對(duì)管道產(chǎn)生腐蝕。

    2.4 架空煤氣管道外腐蝕

    管外局部腐蝕主要是大氣腐蝕，多發(fā)生在防護(hù)層破損且潮濕、易積存灰層的部位。大氣腐蝕是在金屬表面存在水膜時(shí)發(fā)生的電化學(xué)腐蝕，主要是氧還原陰極的過(guò)程。影響管道在大氣中腐蝕的主要因素有相對(duì)濕度、溫度、大氣成分等。

    在一定的溫度下，干燥的空氣對(duì)鋼鐵的腐蝕速度是很低的，只有在空氣的相對(duì)濕度增加到一定范圍時(shí)，腐蝕速度才突然升高，這一大氣相對(duì)濕度范圍稱為臨界濕度，經(jīng)測(cè)定臨界濕度約為50 % ～ 70 %。

    當(dāng)管道表面處在比自身溫度高的空氣中，金屬表面可能產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。在臨界濕度附近能否結(jié)露和溫度變化有關(guān)，平均溫度高的地區(qū)大氣腐蝕速度較大。

    工業(yè)大氣中含有SO2、H2S、CO2、灰層等污染物質(zhì)。其中SO2 是危害性最大的一種污染物，其腐蝕機(jī)理可由“酸的再生循環(huán)”作用來(lái)解釋： SO2 首先被吸附在管道表面上與氧一起生成FeSO4，然后FeSO4水解生成游離的硫酸，硫酸又加速腐蝕鋼鐵，新生成的FeSO4 再水解生成游離酸，如此反復(fù)循環(huán)，加速鋼鐵的腐蝕。固體塵粒落在管道表面成為吸附水分子的凝聚中心。

    2.5 埋入地下煤氣管道腐蝕

    煤氣管道經(jīng)常鋪設(shè)在地質(zhì)惡劣的條件下，受煤氣雜質(zhì)的制約，在局部管道內(nèi)壁處受腐蝕嚴(yán)重，埋藏突發(fā)性露氣的安全隱患。由于煤氣管道局部腐蝕具有不可預(yù)測(cè)性，是引發(fā)煤氣管道事故的主要原因，一般情況下造成煤氣管道局部腐蝕的原因包括地質(zhì)環(huán)境和管道的材質(zhì)及制造工藝。

    天然氣管道在埋地環(huán)境下，主要受細(xì)菌、土壤以及雜散電流等的腐蝕。管道附近產(chǎn)生的二次感應(yīng)交流電流疊加在管道產(chǎn)生的具有破壞作用的電流形成了雜散電流腐蝕，腐蝕量小，但集中腐蝕性強(qiáng)。另外，土壤中的硫酸鹽還原菌將可溶硫酸鹽還原成硫化氫與鐵，形成細(xì)菌腐蝕。管道鋼材的材質(zhì)與制造因素是管道腐蝕的內(nèi)因，特別是管道鋼材的化學(xué)組分與微晶比較多，造成了嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題。

    2.6 焦?fàn)t煤氣管道腐蝕

    由于焦?fàn)t煤氣中含有H2S、CO2 等腐蝕性介質(zhì)，因此焦?fàn)t煤氣對(duì)管道、管道配件、設(shè)備的腐蝕是比較嚴(yán)重的，如不采取處理措施，將影響到焦?fàn)t煤氣的正常供應(yīng)。由于煤氣在管道內(nèi)流速緩慢，使荼等有機(jī)物沉積成一層海棉狀的沉積物，水分積存在其中，煤氣中的硫化氫在這種條件下對(duì)煤氣管道產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。

    如攀鋼一期焦化出現(xiàn)管道腐蝕，經(jīng)化驗(yàn)，焦?fàn)t煤氣H2S 含量平均高達(dá)750 mg/m3，最高達(dá)1380 mg/m3，因此，焦?fàn)t煤氣中H2S 含量偏高是焦?fàn)t煤氣管道腐蝕的根本原因。

    03 應(yīng)對(duì)措施

    3.1 高爐煤氣管道腐蝕應(yīng)對(duì)措施

    （一）采用先進(jìn)的工藝技術(shù)，提升設(shè)備設(shè)施抗氯離子腐蝕的能力

    （1）新建煤氣管道或大修煤氣管道內(nèi)防腐采用玻璃鋼鱗片防腐工藝，能夠延長(zhǎng)管道壽命。

    首鋼遷鋼2#高爐，爐容2500m?，高爐煤氣管道內(nèi)壁防腐蝕主材料采用VEGF材料（VEGF涂料）；首鋼京唐鋼鐵廠特大高爐，爐容5500m?，高爐煤氣管道內(nèi)壁防腐蝕主材料采用VEGF材料。

    （2）波紋膨脹節(jié)采用高分子復(fù)合補(bǔ)償器，能夠解決氯離子對(duì)不銹鋼腐蝕和波紋膨脹節(jié)與管道的焊縫腐蝕。

    （二）除塵系統(tǒng)增設(shè)除鹽裝置，減少氯離子進(jìn)入凈煤氣管網(wǎng)中，預(yù)防煤氣管網(wǎng)腐蝕。

    （1）在利用完高爐煤氣余壓發(fā)電后、煤氣進(jìn)入管網(wǎng)前增加煤氣洗凈塔，對(duì)煤氣進(jìn)行洗滌凈化的塔式結(jié)構(gòu)，又稱脫鹽塔、洗氯塔。

    （2）管道噴堿降溫控制煤氣溫度，確保煤氣溫度低于露點(diǎn)溫度。通過(guò)在TRT 出口增加噴堿降溫裝置，將煤氣降溫至露點(diǎn)以下，盡最大量將煤氣中飽和水全部析出，加入的堿液可中和溶解的酸性物質(zhì)，從而降低管道腐蝕，對(duì)析出冷凝水段進(jìn)行防腐蝕控制，避免后續(xù)管道大面積腐蝕。

    3.2 焦?fàn)t煤氣管道腐蝕應(yīng)對(duì)措施

    針對(duì)焦?fàn)t煤氣管道腐蝕，可以進(jìn)行如下的措施：

    （1）焦?fàn)t煤氣中H2S 含量控制在200 mg/m3 以內(nèi)，只有這樣才能從根本上解決焦?fàn)t煤氣管道腐蝕嚴(yán)重的問(wèn)題。

    （2）管道內(nèi)、外壁應(yīng)進(jìn)行防腐處理

    根據(jù)寶鋼的經(jīng)驗(yàn)，要對(duì)焦?fàn)t煤氣管道內(nèi)壁涂刷兩遍防腐漆，先涂環(huán)氧瀝青鋁粉耐油底漆，再涂環(huán)氧瀝青耐油面漆。并且為了保證施工質(zhì)量，除管道外壁的最后一道涂層外，涂漆施工都在加工廠內(nèi)進(jìn)行，收到了較好的效果。焦?fàn)t煤氣管道的面漆顏色改為鉑色或銀灰色。

    （3）適當(dāng)提高煤氣流速，建議在保證用戶使用的情況下，適當(dāng)提高煤氣流速，以減緩焦?fàn)t煤氣管道的腐蝕。不同管徑的煤氣流速控制如下表。

表不同管徑的煤氣流速控制標(biāo)準(zhǔn)

    （4）增設(shè)冷凝水排水器，在焦?fàn)t煤氣管道沿線適當(dāng)多增設(shè)排水器，同時(shí)要加強(qiáng)管道的維護(hù)，使排水器能正常工作。

    （5）增設(shè)隔熱板，在有鐵水罐車、運(yùn)渣罐車通行的位置，在管道底部增設(shè)隔熱板進(jìn)行保護(hù)。

    04 修復(fù)方法

    煤氣管道常規(guī)的修復(fù)方法有，焊接修復(fù)、帶壓堵漏、鋼板局部托補(bǔ)、環(huán)氧樹(shù)脂包覆、整體更換、碳纖維復(fù)合材料包覆，這些方法都有各自的特點(diǎn)，如焊接修復(fù)方法通常在停輸狀態(tài)下進(jìn)行，對(duì)于焊縫泄漏及薄壁管體缺陷修復(fù)，在線焊接修復(fù)存在巨大的安全隱患；帶壓堵漏，是一種臨時(shí)性的補(bǔ)救方法，且安全風(fēng)險(xiǎn)高；鋼板局部托補(bǔ)修復(fù)，施工難度高、安全風(fēng)險(xiǎn)大，會(huì)增加管道自重，影響管道應(yīng)力分布及支架沉降，如管道有泄漏，原管道與托補(bǔ)板間的夾層會(huì)積水，從而可能加速管道腐蝕；環(huán)氧樹(shù)脂包覆，老化速度快，可導(dǎo)致管道短期內(nèi)再次發(fā)生泄漏；整體更換，成本高，需要停機(jī)，影響連續(xù)生產(chǎn)。碳纖維復(fù)合材料包覆修復(fù)具有不需動(dòng)火焊接、工藝簡(jiǎn)單、施工迅速、操作安全、使用壽命長(zhǎng)、可實(shí)現(xiàn)不停輸修復(fù)，并且成本相對(duì)較低。

表煤氣管道的不停輸修復(fù)方法

    05 總結(jié)

    作為鋼鐵企業(yè)內(nèi)部最為常見(jiàn)和分布最為廣泛的煤氣管道，直接影響整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)流程的穩(wěn)定和安全。煤氣管道的腐蝕原因主要包括化學(xué)腐蝕、電腐蝕、應(yīng)力腐蝕等形式，通過(guò)噴涂防腐涂層、優(yōu)化管道設(shè)計(jì)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝，降低管道腐蝕發(fā)生的頻率，并通過(guò)日常完善的監(jiān)測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道連續(xù)的監(jiān)測(cè)。

    參考文獻(xiàn)：

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    （6）高爐煤氣干法除塵腐蝕機(jī)理及解決辦法探討，劉廷飛

    （7）關(guān)于高爐煤氣管道防腐蝕材料的選擇，曾邵等

    （8）攀鋼焦?fàn)t煤氣管道腐蝕的原因及處理措施，馬作舫等

    （9）冶金煤氣大口徑管道腐蝕檢測(cè)及修復(fù)方法，李杰等