波紋管膨脹節(jié)在高爐煤氣系統(tǒng)中的腐蝕失效分析

唐冬

（攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司，四川 攀枝花 617000）

1 波紋管膨脹節(jié)使用環(huán)境和失效情況

1.1 波紋管補(bǔ)償器的使用環(huán)境

某鋼鐵公司的高爐工程于2004年6月建設(shè)完成，并且開始投入使用。但是，該高爐在使用3個(gè)月后就出現(xiàn)了故障，經(jīng)過(guò)調(diào)差和研究發(fā)現(xiàn)，其出現(xiàn)故障的原因主要是該高爐系統(tǒng)中大部分的波紋管膨脹節(jié)都出現(xiàn)了不同程度的損壞，損壞包括失穩(wěn)、變形、裂紋、穿孔泄漏等。

該高爐系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)采用了很多先進(jìn)的技術(shù)，其中包括煤氣全干法除塵新工藝、頂燃式熱風(fēng)爐等。高爐全干法運(yùn)用的是低壓脈沖布袋除塵技術(shù)，粗煤氣首先通過(guò)高爐爐頂?shù)膶?dǎo)管輸出，輸出的時(shí)候總共分為三根導(dǎo)管，其中兩根是上升導(dǎo)管，一根導(dǎo)管是下降管，煤氣通過(guò)下降管被輸送到重力除塵器里，然后，經(jīng)過(guò)除塵后的凈煤氣才能被輸送到凈煤氣管道，最后，出調(diào)壓閥后再被輸送到各個(gè)管網(wǎng)。高爐系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候，其過(guò)濾布袋的標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍在100～250℃，而高爐爐頂煤氣的標(biāo)準(zhǔn)溫度范圍也應(yīng)該在此范圍內(nèi)，但是，在發(fā)生事故的時(shí)候，高爐的溫度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)的溫度范圍，達(dá)到了500℃。高溫不僅會(huì)影響高爐系統(tǒng)的安全運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)減少波紋管膨脹節(jié)的使用壽命。

1.2 波紋管膨脹節(jié)的設(shè)計(jì)參數(shù)

本次出現(xiàn)事故的高爐的波紋管膨脹節(jié)均是由專業(yè)的廠家制造，其波紋管膨脹節(jié)具體的設(shè)計(jì)參數(shù)如下。設(shè)計(jì)壓力：0.25MPa工作壓力：＜0.15MPa，工作溫度：100～250℃，環(huán)境溫度：-15～+40℃，介質(zhì)含量：10mg/m3，介質(zhì)流速：30m/s。

2 檢測(cè)分析

2.1 宏觀形貌

在發(fā)生事故以后，對(duì)部分波紋管膨脹節(jié)進(jìn)行了采樣。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，大部分波紋管膨脹節(jié)的表面都有一種特別的物質(zhì)，物質(zhì)外形呈褐色，進(jìn)過(guò)初期判斷，應(yīng)該是波紋管膨脹節(jié)與其他介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧化物。將波紋管膨脹節(jié)切開以后可以發(fā)現(xiàn)，波紋管膨脹節(jié)的內(nèi)壁有嚴(yán)重氧化的現(xiàn)象，整個(gè)內(nèi)壁基本上已經(jīng)變?yōu)楹谏?，并且還存在腐蝕的現(xiàn)象。

2.2 裂紋和斷口形貌

將采樣樣本通過(guò)掃描電鏡放大一百倍以后可以發(fā)現(xiàn)，在波紋管膨脹節(jié)的表面有很多的裂紋以及點(diǎn)腐蝕坑，并且不同位置的裂紋與點(diǎn)腐蝕坑的規(guī)模大小并不一樣，但是，經(jīng)過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋與點(diǎn)腐蝕坑是存在一定的聯(lián)系的，基本上所有裂紋的源頭都是點(diǎn)腐蝕坑，并且點(diǎn)腐蝕坑附近必定有裂紋。波紋管膨脹節(jié)表面與內(nèi)壁損壞最嚴(yán)重的現(xiàn)象，就是腐蝕孔。腐蝕孔一般都是由腐蝕坑經(jīng)過(guò)深入腐蝕而成的。

2.3 腐蝕產(chǎn)物能譜分析

波紋管膨脹節(jié)在經(jīng)過(guò)腐蝕過(guò)后，不僅自身會(huì)溶解，同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生不同的腐蝕物。所以在對(duì)發(fā)生事故的波紋管膨脹節(jié)采樣樣本研究過(guò)后發(fā)現(xiàn)，其表面不僅有自身的原材料，同時(shí)，還有很多呈泥紋狀的物質(zhì)。通過(guò)對(duì)這些泥紋狀的物質(zhì)研究后發(fā)現(xiàn)，這些泥紋狀物質(zhì)一般都含有氧元素、硫元素以及CI元素。

2.4 金相組織

對(duì)事故波紋管膨脹節(jié)的波紋管部分進(jìn)行金相組織觀察，發(fā)現(xiàn)該波紋管膨脹的金相組織為奧氏體不銹鋼正常的金相組織。并且經(jīng)過(guò)對(duì)比觀察發(fā)現(xiàn)，腐蝕坑越多的部位，其金相組織中的雜物越多，一般雜物顏色是淡黃色的，體積比較小，通過(guò)掃描電鏡放大300倍觀察發(fā)現(xiàn)，這些雜物一般都是方形或者是長(zhǎng)方形的。

2.5 化學(xué)成分分析

通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)，對(duì)發(fā)生事故的波紋管膨脹節(jié)進(jìn)行了化學(xué)分析，根據(jù)化學(xué)分析結(jié)果顯示，波紋管膨脹節(jié)已經(jīng)被破壞了，但是，相關(guān)的碳、硅、硫、磷、錳、鉻、鎳、鉬的元素屬性還是在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的。

2.6 波紋管內(nèi)殘留水樣成分分析

通過(guò)對(duì)波紋管內(nèi)的殘留水樣進(jìn)行采樣分析發(fā)現(xiàn)，其原始樣本顏色是透明的，但是，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，樣本的顏色就變成了黃色的?；谶@種現(xiàn)象，工作人員對(duì)樣本進(jìn)行了酸堿度分析，發(fā)現(xiàn)樣本是呈酸性的，酸堿度值為5.1。這樣來(lái)看，波紋管內(nèi)殘留的液體呈酸性，還是有一定的腐蝕性作用的。

3 原因分析

經(jīng)過(guò)上述研究表明，高爐系統(tǒng)中波紋管膨脹節(jié)產(chǎn)生腐蝕失效問(wèn)題的原因來(lái)自各個(gè)方面，其中最主要的原因有以下幾點(diǎn)：

應(yīng)力腐蝕：通過(guò)掃描電鏡放大觀察波紋管膨脹節(jié)表面與內(nèi)壁的狀況發(fā)現(xiàn)，波紋管膨脹節(jié)不僅產(chǎn)生了點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象，形成了點(diǎn)腐蝕坑，同時(shí)，還發(fā)生了應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，形成了腐蝕孔。由此可知，應(yīng)力腐蝕是造成波紋管膨脹節(jié)產(chǎn)生腐蝕失效的主要原因之一。

斷口形貌：經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)可以知道，本次出現(xiàn)事故的波紋管膨脹節(jié)的金相組織是奧氏體不銹鋼。而奧氏體不銹鋼發(fā)生應(yīng)力腐蝕后，斷口會(huì)呈解理樣。本次發(fā)生事故的波紋管膨脹節(jié)的斷口的樣貌同樣是解理樣的，正好與波紋管膨脹節(jié)金相組織產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的特征一致。因此，也可以推斷出造成本次波紋管膨脹節(jié)腐蝕失效的原因是應(yīng)力腐蝕。

通過(guò)對(duì)波紋管膨脹節(jié)表面產(chǎn)生的物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)成分分析發(fā)現(xiàn)，這些物質(zhì)里大多數(shù)都含有氧元素、硫元素以及CI元素。但是，奧氏體不銹鋼本身并不含有這些元素。這就說(shuō)明，這些物質(zhì)并不是波紋管膨脹節(jié)本身的物質(zhì)，而是周圍環(huán)境里面的。進(jìn)而就可以說(shuō)明，波紋管膨脹節(jié)產(chǎn)生腐蝕失效的原因并不是因?yàn)楸旧淼馁|(zhì)量不過(guò)關(guān)，而是因?yàn)橹車h(huán)境的問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)對(duì)波紋管膨脹節(jié)進(jìn)行酸堿度檢驗(yàn)可以知道，波紋管膨脹節(jié)的酸堿值為5.1，呈酸性，同時(shí)，通過(guò)對(duì)波紋管膨脹節(jié)內(nèi)部殘留的水樣進(jìn)行抽樣分析發(fā)現(xiàn)，殘留的水樣里面含有大量的氯元素，并且含鹽量以及硫酸根的含量都極高，這些元素的存在就極易引起電化學(xué)腐蝕。

4 防護(hù)措施

為了避免波紋管膨脹節(jié)產(chǎn)生腐蝕失效的現(xiàn)象，具體可以采用以下幾種措施：

防腐涂料：隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多具有較強(qiáng)抗腐蝕性的材料，并且這些材料都已經(jīng)通過(guò)了國(guó)家安全認(rèn)證，同時(shí)，這些具有較強(qiáng)抗腐蝕性的材料都被廣泛地應(yīng)用到了各個(gè)領(lǐng)域。要想加強(qiáng)波紋管膨脹節(jié)的抗腐蝕性，可以選擇涂抹（或噴涂）防腐材料的方法。

噴射堿性液體：一般波紋管膨脹節(jié)都是成酸性的，而酸性是提升發(fā)生腐蝕概率的主要因素。所以，要想提高波紋管膨脹節(jié)的抗腐蝕性，可以通過(guò)噴射堿性液體的辦法，因?yàn)閴A性液體可以中和波紋管膨脹節(jié)的酸堿值。某高爐系統(tǒng)在建設(shè)的時(shí)候，就應(yīng)用了這個(gè)方法，效果明顯。

針對(duì)性地選擇合適的耐腐蝕材料：波紋管膨脹節(jié)通常選擇奧氏體不銹鋼（如06Cr19Ni10、022Cr17Ni12Mo2等)作為其波紋管部分材料，此類材料本身具備一定的耐腐蝕性能，但其耐強(qiáng)酸性（主要是氯離子含量高）介質(zhì)腐蝕能力欠佳。因此，可根據(jù)高爐煤氣系統(tǒng)中不同的腐蝕性化學(xué)成分選擇更佳的耐腐蝕性材料。如氯離子含量超高的環(huán)境中，可選擇254SMo、Incoloy800、Incoloy625等材料作為波紋管膨脹節(jié)的波紋管體材料，以切實(shí)提升其耐腐蝕能力。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，高爐煤氣系統(tǒng)應(yīng)用得越來(lái)越廣泛，而波紋管膨脹節(jié)又是高爐煤氣系統(tǒng)中最重要的組成部分，所以為了保證高爐煤氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行，就要避免波紋管膨脹節(jié)產(chǎn)生腐蝕失效的現(xiàn)象。希望本文對(duì)避免高爐煤氣系統(tǒng)中波紋管膨脹節(jié)產(chǎn)生腐蝕失效的現(xiàn)象有所幫助,進(jìn)而促進(jìn)全行業(yè)的快速發(fā)展進(jìn)步。