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水泥厂设备腐蚀分析及防护措施

文档作者：米东伟1 戴浚2 文档来源： -		点击数：	更新时间： 2023年01月29日
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装备技术
2018年第5期
水泥厂的设备腐蚀主要为窑尾废气处理系统
和旁路系统中的硫酸露点腐蚀和HCl腐蚀。有些
水泥厂的原料中硫化物和氯化物含量较高，在熟料
煅烧过程中，硫化物分解为SO2，部分SO2随窑尾烟
气排出，进一步氧化生成SO3，与烟气中的水蒸气结
合生成硫酸凝结在设备上，产生硫酸露点腐蚀。而
原料中的氯化物在煅烧过程中，极少部分Cl-随窑
尾烟气排出，Cl-与水蒸气结合生成HCl，产生HCl
腐蚀。
水泥厂设备部件材料除热工系统的部分部件
选用耐热钢外，其他设备部件材料一般选用低碳钢
（Q235碳钢）和普通铸钢。为防止设备腐蚀，较为
经济的方式是在设备材料不变的情况下，通过生产
操作控制工艺参数，防止烟气结露。由于生产的波
动性，实际操作中烟气温度不会总保持在烟气露点
以上，设备腐蚀的情况将会继续发生。
国外某2×5 000t/d水泥生产线由天津院承包
建设。经一年多时间的运转，现场技术人员对窑尾
电收尘器检查发现，窑尾电收尘器内部出现结露现
象（见图1），极线框架附着泥浆，极板、极线、壳体
内壁腐蚀严重，后部电场部分极板已被大面积腐蚀
（见图2）。其中，极板腐蚀区域集中在电收尘器两
边的极板，中间的极板腐蚀程度较轻，极板下部区
域腐蚀严重。2014年，公司对窑尾电收尘器进行
大修，对电收尘器壳体内部进行了防腐处理，并减
少了系统漏风。在生产中，严格控制窑尾烟气温
度，使窑尾电收尘器出口温度高于露点温度，防止
烟气结露。2017年4月，中材装备集团有限公司环
保分公司的技术人员对该项目窑尾电收尘器进行
检查，未发现电收尘器内部结露（见图3），但仍存
通讯地址：1 中材装备集团有限公司，天津300400；2 天津水泥工业设计研究院有限公司，天津300400；
收稿日期：2018-01-16； 编辑：孙娟
水泥厂设备腐蚀分析
及防护措施
Corrosion Analysis and Protective Measures of Cement Plant Equipment
米东伟1，戴浚2
中图分类号：TQ050.9 文献标识码:A 文章编号：1001-6171（2018）05-0045-06
DOI：10.19698/j.cnki.1001-6171.20185045
图1 窑尾电收尘器内部构件出现结露
45装备技术
CEMENT TECHNOLOGY 2018/5
在内部腐蚀现象（见图4）。
1 Q235碳钢腐蚀分析
1.1 Q235碳钢材料的影响
材料的成分决定了材料的使用性能。Q235碳
钢材料的成分由五大常规元素组成（见表1），不含
有抗腐蚀元素，因此该材料的耐腐蚀性很差。另
外，Q235碳钢材料中的C、P含量对酸腐蚀速率有
较大影响，由图5、6可以清晰地看出，腐蚀速率随
着C、P含量的降低而减缓。
其次，热处理对C含量不同的碳钢的腐蚀速率
也有一定的影响（见图7）。由图7可以看出，碳钢
在水淬后，随着回火温度的升高，腐蚀速率减缓。
图4 壳体侧板内部腐蚀情况
图2 极板腐蚀严重
图3 电收尘器内部出口处
表1 Q235的成分含量，wt%
规格
ABCD
C
≤0.22
≤0.20
≤0.18
≤0.17
Si
≤0.35
≤0.35
≤0.35
≤0.35
Mn
≤1.4
≤1.4
≤1.4
≤1.4
S
≤0.05
≤0.045
≤0.04
≤0.035
P
≤0.045
≤0.045
0.04
0.035
Fe
余量
余量
余量
余量
200
175
150
125
100
50
25
0 0.4 0.8 1.2 1.6 3.3
腐蚀失量，g/m2·h
C含量，%
图5 碳含量对碳钢腐蚀影响
92.8
69.6
46.4
23.2
0 0.05 0.10 0.15 0.18
冷轧材
950℃退火材
图6 磷含量对碳钢腐蚀影响
腐蚀速率，mm/年
P含量，%
46装备技术
2018年第5期
其中，以0.22% 碳钢最为明显。这表明碳钢水淬
后，生成的马氏体组织耐腐蚀性很差，随着回火温
度升高或高温退火，马氏体组织分解，形成以铁素
体为主的组织。少量珠光体组织能够减缓腐蚀速
率。而0.12%碳钢和纯铁，由于C含量较低，热处
理对其耐腐蚀性能影响较小，腐蚀速率随着C含量
降低而减缓。
碳钢（如Q235 碳钢）在弱酸中产生的铁锈由
γ-FeOOH、α-FeOOH和Fe3O4三部分组成，通常分
为内外两层，外层α-FeOOH和Fe3O4颗粒粗大，结
构疏松易脱落，内层γ-FeOOH可以在表面形成致
密的保护膜（腐蚀产物膜），减小腐蚀速率。碳钢铁
锈形成过程见图8。
1.2 硫酸露点腐蚀
设备硫酸露点腐蚀受烟气中的SO3浓度、烟气
露点和部件表面的温度影响。烟气的露点由SO3
浓度确定，试验证实，气体中含有n×10ppm的SO3，
即可使气体露点温度明显升高（见图9）。凝结的
硫酸浓度取决于烟气中的水蒸气含量和部件表面
温度。试验表明，当钢的表面温度在露点以下20℃
~60℃时，凝结的硫酸量及在一定表面积上的铁腐
蚀量均为最大（见图10）。
1.3 HCl腐蚀
由于烟气温度低于露点温度，凝结水分子吸收
Cl-。碳钢和低合金钢在Cl-的环境下的腐蚀过程是
一个复杂的化学反应及电化学反应过程，腐蚀形态
为全面腐蚀、点蚀。应力表面的钝化膜在组织结构
上发生了改变，改变了碳钢表面钝化膜的溶解机
制，金属钝化膜变得松散多孔，提高了钝化膜的溶
解速率。
1.4 窑尾电收尘器内部腐蚀情况
50.8
38.1
25.4
12.7
1.00%C钢
0.22%C钢
0.12%C钢
纯铁
100 200 300 400 500 600
回火温度， 水淬 ℃ 退火
腐蚀速率，mm/年
图7 回火温度对碳钢腐蚀速率的影响
Fe Fe2+
溶解加水分解
FeOH+空气氧化
沉积γ-FeOOH 溶解Fe（Ⅲ）
沉积
非晶态-羟基氧化铁
FeO（x OH）3-2x
固相转变
老化α-FeOOH
图8 碳钢铁锈形成过程
图9 SO3浓度与露点的关系
193
171
149
127
104
82
0.01 0.10 1.0 10 100 1 000
露点，℃
烟道气体中SO3浓度，ppm
图10 凝结的硫酸量、铁的腐蚀量与金属表面温度的关系
3.0
2.0
1.0
80 100 120 140 160 180 200
30
20
10
露点
H2SO4 铁
的
腐
蚀
量
，
mg
凝结的硫酸量，mg
金属表面温度，℃
47装备技术
CEMENT TECHNOLOGY 2018/5
该生产线所使用的原料（粘土）中SO3、Cl偏高
（见表2），在正常生产时，窑尾电收尘器入口温度
为120~145℃，出口温度为70~90℃。窑尾电收尘器
基本选用Q235碳钢设计制造，在靠近壳体人孔门、
灰斗处的极板腐蚀严重（见图2），可以确认电收尘
器漏风较大，烟气在电收尘器内部结露（见图1）。
通过对窑尾烟气的露点计算，确认窑尾烟气露点温
度为120~130℃，烟气出口温度低于露点温度30~
50℃。在靠近电收尘器出口的内部构件硫酸浓度
和腐蚀速率较高。由于烟气中存在Cl-，设备表面
结露的泥浆吸收Cl-，从而加速了Q235碳钢表面钝
化膜的溶解速率。烟气中的Cl-破坏了Q235碳钢
表面钝化膜，出现点蚀（见图11、12），加速了硫酸
露点腐蚀。
2 设备防腐措施
为了防止设备腐蚀，可以采取以下相关措施：
（1）加入添加剂，使其与烟气中的SO2 发生反
应，降低SO2浓度。如中材研究总院研制复合脱硫
技术，将脱硫剂喷入预热器中，不仅防止了设备腐
蚀，而且烟气中SO2浓度完全可以达到国家排放标
准；中材装备集团有限公司环保分公司选用石灰-
石膏湿法烟气脱硫技术，脱硫后，烟气中SO2浓度
可稳定控制在50mg/m3（标）以内。
（2）控制工艺操作参数，减少系统漏风。在生
产操作时，控制烟气温度高于露点温度，可防止设
备部件腐蚀。
（3）设备及管路系统选用耐酸腐蚀合金钢或在
内部进行耐腐蚀处理。对烟气中SO2浓度排放要
求相对宽松的项目，通过控制工艺操作防止设备腐
蚀较为经济。加入添加剂和设备选用耐酸材料会
增加生产成本。设备采用耐酸材料可延长设备的
使用寿命，耐酸材料可选用耐酸钢材和耐酸衬里、
涂料。
2.1 耐腐金属材料
普通碳钢（如Q235碳钢）的抗腐蚀性能很低，
通过在普通碳钢中加入微量元素并采用特殊的冶
炼工艺以及轧制工艺，保证钢材表面形成一层富含
目标微量元素的合金层，可提高金属的耐腐蚀性
能。
能够提高合金耐腐蚀性能的合金元素主要有
Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Zr等。Cu在合金钢的作用是促
进阳极钝化；Ni、Cr在不含有卤素离子的氧化介质
中容易钝化；合金元素Mo可使合金耐还原性介质
表2 2011年5月份原料的化学成分平均值，%
化学成分
石灰石
砂岩
粘土
铁矿石
SiO2
1.72
91.48
50.51
15.85
Al2O3
0.54
2.54
16.07
4.14
Fe2O3
0.11
0.82
8.57
68.30
CaO
54.45
3.6
5.84
3.98
MgO
0.37
0.62
1.62
3.93
SO3
0.02
0.09
1.81
K2O
0.03
0.80
1.95
1.06
Na2O
0.02
0.04
0.21
0.31
Cl
0.02
0.035
0.560
0.304
图11 窑尾电收尘器壳体侧板内壁发生点蚀现象
图12 阴极框架发生点蚀现象
48
CEMENT TECHNOLOGY 2018/5
水泥行业对于重防腐涂料应用不多。中材建
设在Holcim项目中，窑尾袋收尘器净气箱出现腐
蚀现象，在处理中选用美国PENTA 公司生产的
FLUEGARD-225耐高温防腐涂料，防腐效果较好
（见图14、15）。
天津院国家工程研究中心研制的IRC系列SiC
红外节能涂料具有耐高温、抗腐蚀、耐磨损等特性，
现正进行工业实验。
3 结语
（1）原料中硫含量较高时，管道、钢烟筒和设备
壳体应选择耐硫酸露点腐蚀钢板制造。
（2）合金钢、奥氏体不锈钢（304、316）对HCl是
不耐蚀的，烟气中含有Cl-时，设备、管道最好采用
非金属耐蚀衬里或涂料。
（3）重防腐涂料防腐蚀效果好，具有工程造价
低、施工操作简单、适应性强及易于修复和维护等
特点，可作为重要的防护手段。
参考文献：
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[13] 李建民.收尘器净气室锈蚀及处理[J].水泥技术，2009，（3）.􀳁
图14 袋收尘器净气箱腐蚀
图15 喷涂FLUEGARD-225耐高温防腐涂料后的净气箱
（上接第44页）
7 改进方向
从整个焊接过程来看，长圆管每焊接
400mm，需整体平移工件和变位机一次后，再循环
重复焊接操作，直至焊接完成，这一步骤影响了
效率的提升，为此下一步我们将进一步对程序、
工装进行设计研究，增加自动测距控制单元，争
取实现一次堆焊成型的目标。
8 结语
生产工艺的智能化设计和应用，是降低制造
成本、保证产品质量、提高生产效率的有效手段，
也是未来工业发展的必然趋势。六轴焊接机器
人在燃烧器耐磨件耐磨堆焊过程中的成功应用，
为今后我公司逐步实现焊接的柔性生产提供了
技术基础，为产品智能化制造积累了经验。􀳁
50

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