高爐煤氣管道及不銹鋼管件氯根腐蝕的解決措施

劉建民

（寶鋼集團八鋼公司能源中心）

1 前言

干法除塵裝置是國內(nèi)高爐廣泛應(yīng)用的除塵設(shè)備，并且近幾年在鋼鐵行業(yè)被廣泛地推廣。受干法除塵工藝影響，高爐煤氣中的Cl-、S-2無法通過洗滌方式在除塵工序中被溶解、稀釋、外排，而是通過管網(wǎng)帶到了用戶端。由于高爐煤氣的溫度在輸送和使用過程中存在較大的變化，溫度降低幅度大約在20～30℃,因此，煤氣中大量的飽和水被析出，Cl-、So4-2溶解到冷凝水中就形成了腐蝕性很強的酸性水溶液。酸性水溶液在管道底部流動或沉積,并與管道內(nèi)壁金屬表面的Fe2O3保護膜發(fā)生化學反應(yīng),從而破壞保護層結(jié)構(gòu),形成腐蝕產(chǎn)物層,該層又很容易脫落,脫落后在管道內(nèi)壁局部區(qū)域形成腐蝕坑,在初始腐蝕坑處更容易積聚酸性水溶液,導致腐蝕坑向深處發(fā)展,最終可能導致管壁腐蝕穿孔，從而引發(fā)設(shè)備停機，乃至安全事故。

由于氯離子體積小,容易穿透金屬氧化膜破壞膜結(jié)構(gòu)。因此，酸性溶液中的氯根對不銹鋼管件具有很強的腐蝕性，即使是在中性環(huán)境下,氯離子的存在也會對管道以及不銹鋼材件造成腐蝕。

2 高爐煤氣氯根（Cl-）主要來源

高爐原料礦中的氯元素含量普遍較高，并且成份復雜多變，導致高爐煤氣中Cl-含量較高,主要為:（1）生產(chǎn)工序中的濃鹽水大部分被用于高爐INBA沖渣或原料廠噴灑降塵，這些水資源回收利用舉措加大了高爐煤氣Cl-含量，加劇了高爐煤氣有害成分對相關(guān)設(shè)備設(shè)施的腐蝕。（2）為了改善高爐爐況，部分高爐原料均被加工成球團，而為了利于成型，同時提高球狀（粒狀）原料的硬度，含氯的添加劑正在被普遍使用，含氯添加劑的使用在一定程度上也使得高爐煤氣中的氯根含量進一步增高。

3 高爐煤氣管道容易受到腐蝕的部位

Cl-、SO4-2對高爐煤氣管道的腐蝕是全方位的，因此，在高爐煤氣管道各部位均可以找到被腐蝕的痕跡：（1）在高爐煤氣余壓回收透平電裝置(TRT)噴水點后的管道及U形水封排水器處腐蝕最為嚴重。（2）發(fā)生腐蝕的部位多為水平管道的下部和其它與煤氣冷凝水接觸的部位。（3）燃氣（工業(yè)高爐煤氣）鍋爐煤氣管道上使用的不銹鋼金屬軟管及波紋管補償器,由于管道中的煤氣冷凝液不能及時外排，并且不斷受到鍋爐高溫濃縮，冷凝液中的氯根含量可以達到10×104mg/l，這種高濃度的冷凝液對鍋爐煤氣管道上使用的不銹鋼金屬軟管及波紋管補償器具有強烈的腐蝕作用，部分不銹鋼金屬軟管及波紋管補償器使用壽命甚至無法超過15天。

4 延緩或控制腐蝕的解決方案

4.1 控制源頭，減少進入高爐煤氣的氯根含量

為了避免cl-在整個煉鐵生產(chǎn)工藝中循環(huán)濃縮，應(yīng)當從根本上解決氯根外排問題，即從高爐原料環(huán)節(jié)即開始采取措施，以降低進入高爐的氯根含量。原料降塵噴灑盡量不用或者少用濃鹽水或其它含氯水。高爐原料在制粒過程中，選用其它添加劑代替含氯添加劑，以避免增加進入高爐煤氣的氯根含量。

4.2 稀釋、外排氯根，減少氯根

在高爐煤氣TRT（余壓透平發(fā)電）裝置之后的主管網(wǎng)上加裝新水噴淋裝置，通過噴淋和水封排液，可以大大稀釋高爐煤氣冷凝液中的氯根含量。也可以采用弱堿溶液或者氨水代替工業(yè)新水，但會造成成本增加。

4.3 改造管道系統(tǒng)，避免氯根在管道內(nèi)聚集、濃縮

為了及時將含氯冷凝水外排，應(yīng)當增強高爐煤氣管網(wǎng)的排水功能。對主管網(wǎng)中排水設(shè)施、水封設(shè)施設(shè)計不合理的部分進行整改;在用戶端，如鍋爐、軋鋼加熱爐，爐前管道布置必須合理，減少水平管道數(shù)量，加大水平管道的坡度，避免高爐煤氣冷凝液停留聚集。

可采取將管件盡可能地安裝在立管上的管道布置方式；爐前管道應(yīng)當設(shè)置排液管。

4.4 使用防腐新材料

選擇高抗腐蝕性的材料制作管件或者選用復合材料的管件也是目前最為有效的抵抗氯根腐蝕解決方案。經(jīng)過查閱相關(guān)資料，可選用254SMo替代304、316L不銹鋼來制作不銹鋼管件。

254SMo具有以下較為突出的優(yōu)點：（1）具有很強的抗點腐蝕能力和抗晶間腐蝕能力,具有較高的PRE（耐點腐蝕能力指數(shù)）值和CPT/CCT（臨界點/縫隙腐蝕溫度）值。（2）這種牌號的不銹鋼是為專門用于諸如海水等含有鹵化物的環(huán)境中而研制和開發(fā)的。廣泛用于高濃度氯離子介質(zhì)、海水等苛刻工況環(huán)境。在酸性介質(zhì)的各種工業(yè)場合，特別是在含鹵化物的酸中，254SMO要遠遠優(yōu)于其它不銹鋼，甚至在某些情況下可以和哈氏合金以及鈦相媲美。因此，該鋼抵抗氯根腐蝕的能力遠遠要優(yōu)于普通不銹鋼，特別適合用于高爐煤氣系統(tǒng)。（3）254SMO在略高的溫度下，在高濃度氯根環(huán)境下，也具有很高的耐縫隙腐蝕的性能。（4）由于254SMO具有較高的含氮量，因此其機械強度比其他種類的奧氏體不銹鋼要高。此外，254SMO還具有很高的延展性和沖擊強度以及良好的可焊接性。

4.5 采用復合結(jié)構(gòu)的波紋管補償器

這種結(jié)構(gòu)補償器是一種實用型的新型波紋管補償器，具有成本低廉、防腐效果好的突出優(yōu)點。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 復合波紋管補償器結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 局部放大

圖中：1.端管;2.波紋管;2-1.耐蝕不銹鋼層;2-2.聚四氟乙烯層;2-3.低碳素結(jié)構(gòu)鋼層;3.法蘭;4.螺栓;5.密封圈;6.圓弧過度角。

耐腐蝕波紋管補償器包括波紋管、端管與法蘭，法蘭對稱設(shè)置在波紋管的兩側(cè)，端管對稱設(shè)置在兩法蘭外側(cè)，波紋管為三層復合結(jié)構(gòu)，外層為耐蝕不銹鋼層，中間層為聚四氟乙烯層，內(nèi)層為低碳素結(jié)構(gòu)鋼層。法蘭包括內(nèi)法蘭與外法蘭，聚四氟乙烯層的兩端分別加持在內(nèi)法蘭與外法蘭之間，耐蝕不銹鋼層的兩端分別焊接在內(nèi)法蘭的端面，低碳素結(jié)構(gòu)鋼層貼合在聚四氟乙烯層內(nèi)。聚四氟乙烯層與外法蘭之間設(shè)置環(huán)形的橡膠密封圈。聚四氟乙烯的C-F化學鍵的具有高度的化學穩(wěn)定性，對強酸、強堿、強氧化劑、有機溶劑均耐腐蝕，用于膨脹節(jié)中，起防腐蝕的作用。內(nèi)層使用低碳素結(jié)構(gòu)鋼層，其防止聚四氟乙烯層移位，起到支撐骨架的作用。外層為耐蝕不銹鋼層，起到承壓、補償、密封、防腐蝕的作用。中間層較長，可伸入加持法蘭，可防止連接點的腐蝕。

這種補償器可以廣泛適用于-100℃至250℃的環(huán)境中，適用溫度范圍較寬，完全可以滿足鋼鐵行業(yè)高爐煤氣系統(tǒng)抗氯腐蝕要求。同時，由于各部件選用材料均為行業(yè)常用料，因此造價較低，具有較高的經(jīng)濟型。

5 結(jié)束語

解決高爐煤氣中腐蝕成份對金屬部件的腐蝕問題，可以采取五種解決方法或幾種方式的組合，有的方式具有簡單、經(jīng)濟、見效快的特點。在解決這一問題時，還需要認真結(jié)合現(xiàn)場實際，并且系統(tǒng)分析，然后選擇適合本企業(yè)特點的解決方案，以確保高爐煤氣系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、連續(xù)運行，為企業(yè)創(chuàng)造最大的經(jīng)濟效益。

鋼中元素對鋼鐵性能的影響（八）

Al（鋁）

鋁作為脫氧劑或合金化元素加入鋼中，鋁脫氧能力比硅、錳強得多。鋁在鋼中的主要作用是細化晶粒、固定鋼中的氮，從而顯著提高鋼的沖擊韌性，降低冷脆傾向和時效傾向性。如D級碳素結(jié)構(gòu)鋼要求鋼中酸溶鋁含量不小于0.015%，深沖壓用冷軋薄鋼板08AL要求鋼中酸溶鋁含量為0.015%～0.065%。

鋁還可提高鋼的抗腐蝕性能，特別是與鉬、銅、硅、鉻等元素配合使用時，效果更好。

鉻鉬鋼和鉻鋼中含Al可增加其耐磨性。高碳工具鋼中Al的存在可使產(chǎn)生淬火脆性。鋁的缺點是影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。

V（釩）

釩和碳、氨、氧有極強的親和力，與之形成相應(yīng)的穩(wěn)定化合物。釩在鋼中主要以碳化物的形式存在。其主要作用是細化鋼的組織和晶粒，降低鋼的強度和韌性。當在高溫溶入固溶體時，增加淬透性；反之，如以碳化物形式存在時，降低淬透性。釩增加淬火鋼的回火穩(wěn)定性，并產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)。鋼中的含釩量，除高速工具鋼外，一般均不大于0.5%。

釩在普通低碳合金鋼中能細化晶粒，提高正火后的強度和屈服比及低溫特性，改善鋼的焊接性能。

釩在合金結(jié)構(gòu)鋼中由于在一般熱處理條件下會降低淬透性，故在結(jié)構(gòu)鋼中常和錳、鉻、鉬以及鎢等元素聯(lián)合使用。釩在調(diào)質(zhì)鋼中主要是提高鋼的強度和屈服比，細化晶粒，撿的過熱敏感性。在滲碳鋼中因能細化晶粒，可使鋼在滲碳后直接淬火，不需二次淬火。

釩在彈簧鋼和軸承鋼中能提高強度和屈服比，特別是提高比例極限和彈性極限，降低熱處理時脫碳敏感性，從而提高了表面質(zhì)量。五鉻含釩的軸承鋼，碳化彌散度高，使用性能良好。

釩在工具鋼中細化晶粒，降低過熱敏感性，增加回火穩(wěn)定性和耐磨性，從而延長了工具的使用壽命。

Zr（鋯）

鋯是強碳化物形成元素，它在鋼中的作用與鈮、鉭、釩相似。加入少量鋯有脫氣、凈化和細化晶粒作用，有利于鋼的低溫性能，改善沖壓性能，它常用于制造燃氣發(fā)動機和彈道導彈結(jié)構(gòu)使用的超高強度鋼和鎳基高溫合金中。

（本刊摘編）