煤氣管道腐蝕的原因分析及管控措施

張芳芳

（山西西山煤氣化有限責(zé)任公司，山西 太原 030200）

引言

隨著社會的不斷進(jìn)步和人們生活水平的不斷提升，不僅僅是能源方面的需求越來越大，人們對發(fā)展過程中帶來的環(huán)境問題更是越來越重視，在企業(yè)的生產(chǎn)過程中對于煤氣的使用更是采用了相當(dāng)多的技術(shù)手段來提升煤氣燃燒的效率。在現(xiàn)有的煤氣利用方面采用有燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的方式，以達(dá)到清潔燃燒的目的。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合使用主要是利用通過降塵加壓后的煤氣充分的與空氣混合后在汽輪機(jī)內(nèi)燃燒從而將燃燒的熱能轉(zhuǎn)換為汽輪機(jī)的動能，推動汽輪機(jī)開始做功，進(jìn)而產(chǎn)生電力。同時在燃燒過程中由于有蒸汽的參與，當(dāng)釋放的蒸汽能夠進(jìn)入到蒸汽輪機(jī)內(nèi)繼續(xù)推動蒸汽輪機(jī)進(jìn)行做功，充分的發(fā)揮余熱再利用的方式產(chǎn)生電能，從而達(dá)到循環(huán)利用，聯(lián)合發(fā)電的目的。

在采用這種方式的的前提是需要對煤氣進(jìn)行兩次的除塵，傳統(tǒng)的除塵方法是利用濕法除塵，通過將水噴淋的過程中煤氣進(jìn)入到裝置內(nèi)，煤氣經(jīng)過水噴淋之后從而達(dá)到除塵的效果。濕法除塵雖然效果好但是其除塵的過程中產(chǎn)生了大量的廢水，造成了水資源的浪費，并且產(chǎn)生的污水難以處理，這就促進(jìn)了干式除塵技術(shù)的發(fā)展[1]。干式除塵技術(shù)可以在工藝上減少水量的使用，達(dá)到節(jié)能減耗的目的。雖然干式除塵技術(shù)有了非常大的發(fā)展，但是在處理過程中，仍會造成煤氣管道等的腐蝕。并且在煤氣中含有的大量帶有腐蝕性的物質(zhì)會對煤氣管網(wǎng)造成明顯的腐蝕問題，腐蝕問題已經(jīng)成為了煤氣管網(wǎng)的重大問題，需要迫切的進(jìn)行解決。

1 腐蝕機(jī)理的研究

通過長期的觀察發(fā)現(xiàn)，在采用干式除塵的高爐煤氣發(fā)生腐蝕的原因大都是由于金屬電化學(xué)腐蝕引起的，干式除塵在工藝上由于沒有大量水的噴淋，造成了含氯離子得可溶性鹽仍存在在煤氣當(dāng)中，當(dāng)其隨著工藝的進(jìn)行最后會以溶液的形式存留在裝置或者管道中，這就為電化學(xué)的發(fā)生創(chuàng)造了一定的條件[2]。根據(jù)實際情況發(fā)現(xiàn)，煤氣管道發(fā)生腐蝕主要有以下幾種類型。

1.1 大面積點蝕

點蝕是指小孔形式的腐蝕形式，點蝕已經(jīng)成為了管道腐蝕的一個重大的隱患，點蝕的在金屬表面的面積非常的小，但是深度相對較深，隨著設(shè)備的氣流會出現(xiàn)大量的點蝕坑，影響設(shè)備的壽命。

1.2 縫隙腐蝕

管道或者設(shè)備之間連接極易出現(xiàn)縫隙腐蝕形式的發(fā)生，當(dāng)液體性質(zhì)的溶液由于受到阻礙暫留在管道或者設(shè)備內(nèi)部，就容易產(chǎn)生縫隙腐蝕，導(dǎo)致縫隙腐蝕的原因主要有酸性溶液和中性的腐蝕溶液都會對連接件連接處、焊接處產(chǎn)生腐蝕。

1.3 應(yīng)力腐蝕開裂

應(yīng)力腐蝕開裂主要是指由于設(shè)備在實際使用的過程中會出現(xiàn)拉伸或者溫度的影響產(chǎn)生應(yīng)力的變化，在應(yīng)力變化的過程中，由于有腐蝕介質(zhì)的影響，這就會對設(shè)備或者管道的腐蝕有著一定的加劇作用。由于腐蝕介質(zhì)的存在，即使是延展性很好的鋼材，在長期的影響下也會出現(xiàn)脆性斷裂的情況，并且在脆性斷裂時毫無征兆，會造成非常嚴(yán)重的后果。

2 影響煤氣管道腐蝕速率的因素

煤氣管道的腐蝕速率是指煤氣管道單位時間內(nèi)的腐蝕量，腐蝕速率可以直接反映管道的腐蝕的劇烈程度，在實際研究的過程中需要對影響煤氣管道腐蝕速率的因素進(jìn)行分析研究[3]。通過分析研究發(fā)現(xiàn)腐蝕速率主要是由以下的影響因素：

1）煤氣的含水量。電化學(xué)腐蝕是管道腐蝕的主要原因，在電化學(xué)腐蝕發(fā)生時，水是電化學(xué)發(fā)生的必要基礎(chǔ)，無論是氣態(tài)還是液態(tài)的水，在實際的工藝過程中水中大都含有鹽離子，水溶性鹽離子的存在是發(fā)生電化學(xué)的基礎(chǔ)，因此在其它條件相同時，水的含量越大，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的水中含有的腐蝕性物質(zhì)就越多，就加快了管道的腐蝕。

2）煤氣的溫度。煤氣溫度對管道的影響是兩方面的影響，一方面是由于煤氣的溫度較高會產(chǎn)生析出冷凝水，加劇離子的溶解，進(jìn)行影響到管道的腐蝕速率；另一方面是由于隨著溫度的升高，電化學(xué)反應(yīng)的速率會加快，進(jìn)而加劇了管道的腐蝕。

3）冷凝水的pH 值。冷凝水的pH 若是呈酸性，管道會隨著pH 的減小而加快腐蝕速率，當(dāng)酸性不斷加強(qiáng)時，會產(chǎn)生析氫腐蝕，進(jìn)一步加劇了管道的腐蝕。

4）氯離子的含量。溶液中氯離子的含量越大，液體的導(dǎo)電性能越強(qiáng)，從電化學(xué)的角度考慮其能夠加快電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生[4]。

3 煤氣溫度對煤氣管道腐蝕影響的實驗研究

針對煤氣管道腐蝕速率方面的影響因素主要是有氯離子濃度、pH 值、含水量以及溫度，前三項在煤氣管道腐蝕方面的研究較多，但是在溫度方面的研究較少，就煤氣溫度對煤氣管道腐蝕速率的影響進(jìn)行實驗研究。

根據(jù)實際的研究情況和周圍條件，實驗方法選擇的是周期浸潤腐蝕試驗，通過金屬式樣交替性的浸入到液體腐蝕介質(zhì)和空氣中，以達(dá)到模擬實際的腐蝕狀態(tài)的情境。本次實驗的周期為浸潤2 h，干燥2 h。本次實驗采用的金屬樣板是與煤氣管道材質(zhì)相同的Q235碳素鋼鋼材。實驗板材的尺寸為50 mm×30 mm×4 mm，將板材的外表面打磨至光亮，同時利用砂紙拋光，只留出一個腐蝕面。實驗參數(shù)的設(shè)置方面如下：溫度的設(shè)置梯度為20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃；氯離子的濃度設(shè)置為0.01 mol/L、0.045 mol/L、0.1 mol/L、0.17 mol/L、0.26 mol/L。pH 值的設(shè)置為恒定值4。將實驗樣品分為五組，每組三個實驗樣品。

通過對實驗結(jié)果進(jìn)行分析能夠得出以下結(jié)論：

1）短時間內(nèi)樣品的表面產(chǎn)生了一種暗紅色的物質(zhì)，隨著實驗時間的加長，樣品表面的銹層變厚，并且分布不均。

2）在一定范圍內(nèi)實驗樣品的溫度越高，氯離子濃度越大其造成的點蝕就越嚴(yán)重，并且通過實驗證明了點蝕的尺寸大小隨著溫度的降低而減小[5]。

3）在實驗進(jìn)行的前期時間里，由于前期均處于點蝕的形成或者是萌芽狀態(tài)，樣品的重量變化方面不是很明顯，同時也說明了此時溫度和氯離子濃度對腐蝕速率的影響較??；在中期階段，隨著時間的增長和樣品的不同，樣品發(fā)生時中的態(tài)勢各不相同，說明了在較低溫度的煤氣在腐蝕的影響方面并不是很大，在煤氣溫度較高時，對樣品的腐蝕速率有著明顯的促進(jìn)作用。

4 煤氣管道的控溫防腐措施

再通過實驗的分析，煤氣管道主要是由于氯離子在說溶液中的存在進(jìn)而產(chǎn)生對煤氣管道的腐蝕，因此需要對對煤氣的溫度進(jìn)行控制。

1）從源頭進(jìn)行控制，減少浸入到系統(tǒng)內(nèi)部的原料中氯離子的含量，實現(xiàn)從源頭上減少浸入到設(shè)備個管道中的酸性成分的產(chǎn)生。

2）在低壓煤氣管道外加設(shè)外部套管，在套管內(nèi)流入低壓熱流體，通過低壓熱流體能夠增加煤氣管道的溫度，保證了溫度始終處于露點之上，這樣就減少了水蒸氣的析出，從而達(dá)到了減少氯離子在溶液中存留在管道內(nèi)的情況，在一定程度上減少了腐蝕速率。

3）為了防止管道內(nèi)部避免管道的材質(zhì)直接與形成的溶液相接觸，可以采用具有防腐性質(zhì)的圖層，通過將防腐涂層涂敷于管道的內(nèi)表面，進(jìn)而產(chǎn)生了一層薄膜，實現(xiàn)對管道內(nèi)壁的保護(hù)，能夠起到減緩腐蝕速率的效果。

5 結(jié)語

煤氣管道腐蝕問題是企業(yè)的必須積極進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和預(yù)防的重中之重，腐蝕問題是一個緩慢而影響非常大的問題，通過對煤氣管道發(fā)生腐蝕產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行闡述，同時結(jié)合實際情況中分析了影響腐蝕速度的因素，并根據(jù)相關(guān)因素對溫度對腐蝕速率的影響進(jìn)行了實驗研究，在實驗研究結(jié)論的基礎(chǔ)上提出了煤氣管道的防腐措施，能夠有效的降低煤氣管道腐蝕速率，延長煤氣管道的使用壽命，提升煤氣管道使用過程中的安全性和可靠性。