濱海冶金企業(yè)煤氣管網(wǎng)的腐蝕分析及應對策略

摘 要：文章針對濱海冶金企業(yè)煤氣管網(wǎng)可能遇到的腐蝕問題進行了分析，結(jié)合工程實踐提出了應對的策略。

關鍵詞：濱海冶金企業(yè)；腐蝕分析；應對策略

1 概述

煤氣是冶煉的副產(chǎn)能源介質(zhì)，也是冶金企業(yè)中重要的氣體燃料，煤氣管道具有危險性高、管徑大、運行穩(wěn)定性要求高等特點。冶金企業(yè)全廠煤氣介質(zhì)通常包括高氣管道（BFG）、焦爐煤氣（COG）、轉(zhuǎn)爐煤氣（LDG）。

自2011年《鋼鐵工業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布以來，隨著全社會對環(huán)保要求的提升，我國許多鋼廠搬遷至東部沿海地區(qū)。海洋環(huán)境會對濱海冶金企業(yè)煤氣管網(wǎng)產(chǎn)生十分嚴重的腐蝕，這不僅帶來大量資源與能源的消耗，還會威脅到企業(yè)的正常安全生產(chǎn)，可能造成重大的經(jīng)濟損失和安全事故。因此，通過工程實踐掌握腐蝕規(guī)律，對于采用有效的防護措施控制腐蝕具有十分重要的意義。

作者參與冶金企業(yè)燃氣工程的設計多年，積累了豐富的經(jīng)驗，結(jié)合自己的工作經(jīng)歷，歸納出在濱海冶金企業(yè)煤氣管網(wǎng)設計工作中應注意的腐蝕問題，供大家參考。

2 腐蝕原因

內(nèi)陸城市鋼廠的煤氣管道腐蝕以內(nèi)部腐蝕為主，通常發(fā)生在管道的下半部分，主要表現(xiàn)有管壁變薄、點蝕穿孔、補償器漏氣、焊縫漏氣等。濱海城市的氣象因素、環(huán)境因素與內(nèi)陸城市存在較大差距，這就要求我們在執(zhí)行濱海鋼鐵廠工程項目時，不能照搬內(nèi)陸項目的經(jīng)驗，而是要充分考慮外部腐蝕和內(nèi)部腐蝕兩方面的影響。

2.1 外部原因-海洋大氣對管道的腐蝕

有很多文獻指出，長期的海洋大氣環(huán)境對鋼鐵的腐蝕非常嚴重。鋼鐵海洋大氣腐蝕是氯離子沉降、大氣相對濕度、大氣溫度、光照條件、干濕交替、風浪條件、距海面的高度、與海岸線的距離、風速和風向、降雨量等諸多因素綜合作用的結(jié)果，腐蝕情況非常復雜。王成章等[1]在海南萬寧市進行的大氣暴露試驗表明高濕熱、高日照、強輻射強度和高氯離子濃度的綜合作用下鋼鐵保護銹層遭到破壞，腐蝕速度有繼續(xù)上升的趨勢。對于濱海冶金企業(yè)而言，煤氣管道通常選用焊接鋼管，材質(zhì)為Q235-B，采用架空的方式敷設。這就導致管壁金屬直接暴露在海洋大氣中，高溫高濕高氯離子濃度的氣象環(huán)境會強烈的加速管壁金屬腐蝕。燒結(jié)、焦化等工藝投產(chǎn)后排出的SO2、H2S、硝酸鹽等工業(yè)污染物與之疊加，兩種誘因相互作用，使煤氣管道產(chǎn)生更嚴重的腐蝕。

2.2 內(nèi)部原因-輸送介質(zhì)對管道的腐蝕

轉(zhuǎn)爐、焦爐、高爐煤氣管道受到腐蝕的類型并不相同。轉(zhuǎn)爐煤氣含有18-19%的CO2，CO2溶于煤氣中的冷凝水后生成pH值較低的碳酸。焦爐煤氣中的H2S、HCN在水中發(fā)生電離從而導致電化學腐蝕，同時煤氣中含有的氨和管壁的鐵離子反應。高爐煤氣不但含有14-16%的CO2，還含有硫化物和氯化物，因此高爐煤氣管道遭受的腐蝕最嚴重。高爐煤氣中含有大量強酸性的硫化物和氯化物，這與高爐噴吹煙煤或無煙煤、進口原料礦采用海水選礦、燒結(jié)礦使用含氯助劑等有關。近年來，高爐煤氣干式布袋除塵技術由于有著節(jié)約水資源、除塵效率高、降低煤氣熱量及壓力損失的優(yōu)勢淘汰了濕法工藝，但逐漸發(fā)現(xiàn)這種技術帶來了新的腐蝕問題。由于沒有經(jīng)過水的洗滌，高爐煤氣中的酸性離子和可溶性鹽類得以保存并被帶到低壓管網(wǎng)中，導致了全廠高爐煤氣管網(wǎng)的腐蝕。據(jù)了解，目前國內(nèi)采用干式布袋除塵系統(tǒng)的大中型鋼鐵企業(yè)（首鋼、萊鋼、營口、首秦、濟鋼、承德、唐鋼、國豐等），高爐煤氣管線都存在著嚴重的腐燭現(xiàn)象，嚴重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)。

3 解決方案

3.1 外部腐蝕的應對策略

目前我國只有GB 50726-2011《工業(yè)設備及管道防腐蝕工程施工規(guī)范》對于施工有所規(guī)定，而并沒有統(tǒng)一的國家標準來規(guī)范管道外防腐的設計。作者認為實際工作中可參照ISO 12944-5《色漆和清漆-防護漆體系對鋼結(jié)構(gòu)的防腐蝕保護第5部分：防護漆體系》。

內(nèi)陸煤氣管道防腐涂層通常采用底漆+面漆的組合，對于濱海冶金企業(yè)的煤氣管道建議采取底漆+中間漆+面漆的防腐體系，中間漆可以增加漆膜厚度，起到更為有效的屏蔽作用。由于所處的環(huán)境鹽分高、濕度大，易形成良好的電化學腐蝕條件，因而推薦使用具有陰極保護性能且施工相對簡單、附著力強的環(huán)氧富鋅底漆，其中鋅粉含量可參考ISO 12944中的要求。中間漆選用可有效阻止水汽深入、提高整體涂層屏蔽性能的環(huán)氧云母氧化鐵，面漆選用耐紫外線、良好耐鹽腐蝕性的脂肪族聚氨酯涂料。中冶京誠工程技術有限公司總承包的印度尼西亞喀拉喀托鋼鐵公司120萬噸煉鐵工程位于熱帶濱海地區(qū)，溫度小于120℃的室外煤氣管道外表面防腐方案采用中等耐久性涂料配套（5-15年），設計用于ISO12944所規(guī)定的強腐蝕環(huán)境。配套體系為：磨料噴砂清理至Sa2.5級+環(huán)氧富鋅底漆（干膜厚度60μm）+快干環(huán)氧云母氧化鐵中間漆（干膜厚度80μm）+聚氨酯面漆（干膜厚度60μm），涂層總干膜厚度200μm。此配套體系附著性能、防腐蝕性能、物理機械性能均良好，應用于濱海冶金企業(yè)煤氣管道，期待能有好的效果。

3.2 內(nèi)部腐蝕的應對策略

目前有些冶金企業(yè)選擇對煤氣管道內(nèi)壁涂刷防腐涂料，如煤焦油瀝青漆等，防止管道與腐蝕性介質(zhì)接觸。但此技術存在一定問題，如內(nèi)部涂層的成本過高、涂層質(zhì)量不穩(wěn)定、防腐涂層會逐漸脫落等。因此從源頭來提高煤氣的質(zhì)量、降低煤氣中有害氣體仍是解決煤氣管道內(nèi)部腐蝕最主要的方法。

對于轉(zhuǎn)爐煤氣，應在轉(zhuǎn)爐吹煉時降罩操作來設法降低煤氣中CO2的含量，并通過控制干法除塵中的煤氣冷卻器或濕法除塵中的旋風噴槍脫水器來有效捕集轉(zhuǎn)爐煙氣中挾帶的機械水滴。對于焦爐煤氣，可加強凈化設備操作來盡量降低煤氣中H2S、HCN等酸性物質(zhì)的含量，增強凈化時的脫水效果，根據(jù)管網(wǎng)布置情況適當提高煤氣流速并合理設置排水器。對于高爐煤氣，防腐措施應聚焦于如何有效降低煤氣中氯離子和機械水含量。中冶京誠工程技術有限公司開發(fā)的一塔式多級除氯裝置，塔內(nèi)集噴水吸收、堿液吸收與調(diào)節(jié)、脫水除氯的功能結(jié)構(gòu)形式。通過引用調(diào)節(jié)型計量泵實現(xiàn)pH值精確控制，偏差控制在±0.5范圍內(nèi)，煤氣中機械水含量可達到<3g/Nm3。此裝置大大降低了高爐煤氣中的氯離子、pH值和機械水含量，目前已在邯鋼、營口中板廠、韓國浦項制鐵等多個項目中得到應用，3年以來運行效果良好，噴堿除氯后的高爐煤氣管道沒有出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

4 需進一步解決的問題

4.1 業(yè)主方面

國內(nèi)冶金企業(yè)對腐蝕問題的認識和重視程度還不夠，鑒于這種情況，建議業(yè)主方多做宣傳推廣工作，盡快提高管理人員的腐蝕與防護技術水平。除此之外，管理人員還要對管道的腐蝕狀況進行實時的監(jiān)控并進行及時的檢查維修。

4.2 設計方面

腐蝕問題在設計中很容易被忽視，一般僅由管道工程師在施工說明中簡要提及，各鋼鐵設計院中均沒有專業(yè)防腐設計人員。近年來，隨著我國濱海鋼廠的陸續(xù)建設，腐蝕問題日益被了解和重視，亟需專業(yè)腐蝕研究單位參與防腐蝕設計工作。

4.3 施工方面

對于腐蝕防護工作來說，科學合理的設計方案僅僅是第一步，表面處理質(zhì)量、涂裝質(zhì)量也是確保防腐性能的重要環(huán)節(jié)。特別對于不含轉(zhuǎn)化殘留鐵銹顏料的底漆，銹蝕產(chǎn)物中所含的可溶性鐵鹽會起到催化作用，很快引起涂層銹蝕穿透。因此涂覆防腐涂層施工時要全面控制表面處理質(zhì)量，嚴格執(zhí)行涂料說明書中對配比、用量、施工環(huán)境、間隔時間的規(guī)定。

5 結(jié)束語

煤氣管道安全穩(wěn)定運行對于滿足冶金企業(yè)能源需求、維持正常生產(chǎn)具有重大意義，因此分析腐蝕原因，制訂應對策略非常重要。濱海冶金企業(yè)煤氣管線的腐蝕原因是多方面的，防腐時應充分考慮內(nèi)部因素和外部因素，并需要業(yè)主、設計單位、施工單位提高重視，有針對性地制定方案，嚴格按技術規(guī)范組織施工及驗收，并組織專人負責維護管理，采取有效的防腐措施從而提高煤氣管道的工作質(zhì)量。

參考文獻

[1]王成章，張倫武，等.熱帶海洋大氣環(huán)境中鋼腐蝕異常原因分析[J].裝備環(huán)境工程，2005，2（2）：68-75.