陜西龍門鋼鐵有限責任公司設(shè)備能源辦——楊衛(wèi)鋒

摘要：本文闡述了高爐煤氣柜使用過程中氣柜底板腐蝕泄漏煤氣的原因、腐蝕機理及延長氣柜使用壽命的措施。

關(guān)鍵詞：煤氣柜、酸性氣體、泄漏、腐蝕

前言

隨著鋼鐵企業(yè)的不斷發(fā)展，高爐冶煉強化、降低高爐冶煉成本技術(shù)的廣泛應用，如高爐富氧噴煤技術(shù)、進口含鐵原料配加比例的增加等，導致高爐煤氣中酸性氣體(如SO₂、SO₃、H₂S、HC1等)含量越來越高。而現(xiàn)行高爐干法除塵工藝的設(shè)計并未考慮去除高爐煤氣中的酸性氣體，導致酸性氣體幾乎全部保留在煤氣當中，進而因冷凝析出造成煤氣管網(wǎng)及煤氣柜等設(shè)備設(shè)施的嚴重腐蝕，嚴重威脅鋼鐵企業(yè)的正常安全生產(chǎn)。那么如何降低煤氣中酸性氣體腐蝕成為安全生產(chǎn)和降低維修成本的一項迫切的任務(wù)。

一、煤氣柜泄漏狀況

龍鋼公司20萬m³稀油活塞POC高爐煤氣柜為5#高爐配套項目，由中冶南方設(shè)計院設(shè)計，中國十九冶煤氣柜分公司施工建設(shè)，于2013年12月開工建設(shè)，2015年1月31日開始投入運行。2017年2月3日,人員點檢過程中發(fā)現(xiàn)距氣柜底板0.5米范圍內(nèi)便攜式煤氣報警儀顯示CO濃度在(600-1000)ppm。經(jīng)與十九冶煤氣柜分公司技術(shù)人員交流，初步判斷是氣柜底板出現(xiàn)腐蝕泄漏煤氣，如果煤氣柜出現(xiàn)大范圍泄漏會發(fā)生安全生產(chǎn)事故，研究決定停運氣柜排查煤氣柜泄漏原因。

二、煤氣柜底板腐蝕泄漏原因分析

經(jīng)查閱20萬m³氣柜工程建設(shè)相關(guān)圖紙，原設(shè)計圖紙氣柜底板材質(zhì)及防腐要求為：鋼板厚度6mm，材質(zhì)：Q235-B;防腐要求：H06-1環(huán)氧富鋅底漆兩道厚60μm,H52-4環(huán)氧瀝青防銹漆兩道200μm，總計260μm。經(jīng)對氣柜底板噴砂除銹后，發(fā)現(xiàn)氣柜底板大面積出現(xiàn)坑狀腐蝕，嚴重的部位已腐蝕透。

1、防腐質(zhì)量不好起的腐蝕

從圖片看，氣柜鋼底板主要出現(xiàn)的是點蝕。加之，活塞板上的防腐層局部出出脫落，初步判斷工程建設(shè)期間防腐質(zhì)量不過關(guān)造成的。

2、取樣對高爐煤氣排水器的冷凝水和高爐煤氣中酸性物質(zhì)成分進行分析，見下表1、2。

 表1   高爐煤氣冷凝水成份

表2   高爐煤氣中腐蝕性氣體成份

注：上述腐蝕性氣體采集于吸收液中，采用離子色譜分析。冷凝液PH值分析數(shù)據(jù)為2-3。

從上表看煤氣冷凝水中CL^-離子的含量是非常高的，氯離子對碳鋼有非常強的腐蝕作用。

孔蝕失效機理：在鋼板表面的局部地區(qū),出現(xiàn)向深處腐蝕的小坑,其余部位不腐蝕或腐蝕輕微,這種腐蝕形態(tài)稱為小孔腐蝕(也稱點蝕)。點蝕一般在靜止的介質(zhì)中容易發(fā)生。蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發(fā)展,孔蝕一旦形成,具有深挖的動力,即向深處自動加速，結(jié)果在基底金屬上生成孔徑為 20μm～30μm小蝕坑,這些小蝕坑便是孔蝕核。 

 3、腐蝕的主要機理

     氣柜的腐蝕是比較復雜的，歸根到底都屬于化學腐蝕。

    （1）底板發(fā)生的化學腐蝕

     由于高爐煤氣成份，底板上積存HCl、H₂S、SO2、CO2等，產(chǎn)生酸性水膜發(fā)生化學腐蝕。

     高爐煤氣中CO2對氣柜底板的腐蝕，CO2溶于水生成H₂CO3,與氣柜底板接觸在常溫下發(fā)生如下化學反應：

Fe+ H₂CO₃= FeCO₃+H₂

隨著CO₂溶解顯酸性水膜，加速鋼板的腐蝕，CO₂分壓增高，鋼板腐蝕速度也隨之加快。

     （2）高爐煤氣中H₂S對煤氣柜底板的腐蝕，煤氣中含有少量的H₂S，在水分子存在的環(huán)境下對氣柜鋼板的腐蝕非常強烈，主要發(fā)生如下反應：

H₂S+Fe=Fe+2H⁺

H₂S是一種強腐蝕劑，它不僅能增加鋼板的腐蝕速度，而且會加劇鋼的滲氫作用，S離子為有效“毒化劑”，它促進并增加氫進入鋼內(nèi)部形成應力，從而導致鋼的氫脆和應力腐蝕破裂。

（3）高爐煤氣中HCl煤氣柜底板的腐蝕，主要發(fā)生反應如下。

Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O

煤氣中含有HCl,在高爐煤氣溫度低于露點的地方，高爐煤氣在氣柜內(nèi)部有冷凝水形成，HCl進入冷凝水形成強鹽酸溶液，酸性水溶液在氣柜底部沉積，并與管道表面的Fe2O3保護膜發(fā)生化學反應，形成腐蝕層，隨著腐蝕層的脫落，在氣柜底部形成腐蝕坑，腐蝕坑又聚集了大量酸性水溶液，腐蝕坑赿來赿深，最終導致氣柜底部底板腐蝕透，繼而煤氣柜泄漏煤氣。

三、解決對策

要解決氣柜底板的腐蝕問題，采用耐腐蝕的不銹鋼材料或其它工藝，投資巨大，施工工期長，且增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。經(jīng)咨詢同行企業(yè)氣柜底板腐蝕情況，采用普通碳鋼完全可以滿足氣柜的安全運行要求，但必須選取耐酸性溶液腐蝕的防腐材料，要求防腐材料的耐水性和耐腐蝕性要好。另外，要求防腐的附著力強，表面強度、硬度要高，抗老化性要強，不易滲透。龍鋼公司結(jié)合脫硫塔塔防腐技術(shù)方案，決定對氣柜底板采用刮玻璃鱗片膠泥防腐處理方案。

⑴施工前對油槽采用塑料布進行了防護處理，防止粉塵污染密封油。

⑵對氣柜底板進行水噴砂除銹，除銹等級Sa2.5級。

⑶對發(fā)現(xiàn)的孔洞部位進行補焊并打磨平整，對麻點較多的地方采用鋼板覆蓋焊接。

⑷刷兩遍防銹底漆，刮玻璃膠泥修平底板。

⑸刮玻璃鱗片，鋪3層玻璃絲布（無氣泡、平整無褶皺），對氣柜底板防腐刷漆，6遍油漆（環(huán)氧鐵銹紅底漆2遍，環(huán)氧煤瀝青中間漆2遍，環(huán)氧煤瀝青面漆2遍），干膜厚度≥180μm（≥30μm/遍）。

⑹切割分解轉(zhuǎn)移進氣方管，對進氣方管下重點處理：補焊坑洞；刷兩遍防腐底漆；鋪8mm鋼板；按上述方法進行防腐處理。

⑺氣柜底板打壓查漏。用水不漏封堵氣柜底板與水泥基礎(chǔ)的縫子；氣柜底板安裝4個DN25的進氣孔；將壓縮空氣鼓入氣柜底板下，壓力控制3-5kPa；用噴壺噴肥皂水檢查氣柜底板泄漏情況。

經(jīng)過上述工藝處理，氣柜如期安全投運。上述僅是當前采取的臨時性措施，要有效徹底解決高爐煤氣管網(wǎng)系統(tǒng)及煤氣柜設(shè)備設(shè)施的腐蝕問題，必須從源頭上采取措施，高爐煤氣脫酸項目，可以降低或消除高爐煤氣中的酸性物質(zhì)，將高爐煤氣冷凝水的PH值控制在中性，確保設(shè)備設(shè)施在正常工況條件下安全運行。

高爐煤氣脫酸工藝簡介：將氫氧化鈉溶液持續(xù)噴入高爐煤氣中，堿液與高爐煤氣中的酸性物質(zhì)進行中合反應。用PH值計檢測排水器的溢流水，自動調(diào)節(jié)噴入煤氣中的堿液量，從而達到控制高爐煤氣PH的目的。

結(jié)束語

1、煤氣柜底板是煤氣柜的薄弱點，極易發(fā)生腐蝕穿孔，應高度重視。氣柜建設(shè)初期就應采用重防腐，例如：鋪煤焦油、鋪軟化瀝青、做玻璃鋼、刮玻璃鱗片等等。

2、進氣方管下的防腐是難點，方管下要防腐首先必須拆除方管。故進氣方式的工藝選擇很重要。

3、行業(yè)內(nèi)人皆知高爐煤氣干法除塵有很多優(yōu)點，但缺點也很明顯。要解決問題必須從源頭這手，即從TRT后上脫酸工藝，徹底解決問題。