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高炉煤气管道的腐蚀及预防措施

文档作者：官习艳马作仿熊树林文档来源：中冶赛迪工程技术股份有限公司动力设计部		点击数：	更新时间： 2021年03月17日
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2011年第6期
总第148期
冶 金 动 力
^伍TAI UJRGICAL P(rwER
高炉煤气管道的腐蚀及预防措施
官习艳，马作仿，熊树林
(中冶赛迪工程技术股份有限公司动力设计部，重庆400013)
【摘要】分析了高炉煤气管道系统腐蚀的原因，综述了高炉煤气管道腐蚀的几种防治措施及工程应用效
【关键词】高炉煤气；管道防腐；喷雾；喷淋洗涤塔
【中图分类号】TQ542．7 【文献标识码】B 【文章编号】1006—6764(201 1)06—0025—03
Causes of Corrosion of Blast Furnace Gas Pipe and Anticorrosive M easures
GUAN Xiyan， MA Zuofang，XIONG Shuin
Power Design Department,CISDI Engineering Co．，Ltd．，MCC,Chongqing 400013,Chin~)
[Abstract]The causes of corrosion of blast furnace gas pipe were analyzed．The anticorrosive
measures and engineering application efects were overviewed．
【Key words】blast furnace gas；antieorrosive measure of pipe；spraying；spray scrubber
1 引言
目前，钢铁企业为降低高炉冶炼成本，提高产
量，广泛应用烧结矿喷洒CaCI2溶液、高炉富氧喷
煤、干法煤气除尘、煤气余压发电等技术，其中有些
技术的应用会造成副产高炉煤气中酸性组分(如
SO：、SO 、H2s、HC1等)含量相对增高。当各类酸『生组
分存留在煤气中，遇其温度降至露点以下时，就会有
水析出，酸性组分在有水的湿环境下，对管道的酸性
腐蚀问题日益凸显。高炉副产的高炉煤气，为适应国
家节能减排的产业要求，现大量采用干法煤气除尘
技术，其后配有煤气余压发电装置，当高炉炉顶煤气
温度较低时，煤气余压发电出口的净煤气，有可能会
低至露点以下。此类煤气通过全厂管网送往热风炉、
加热炉、石灰、烧结、焦化等用户来满足能源需求，据
调研，宝钢、衡钢、太钢、首钢等企业的高炉煤气管道
都存在不同程度的腐蚀问题，影响到了煤气管网输
送安全和使用寿命，因此，采取相应措施防止高炉煤
气对管网的腐蚀已刻不容缓。
2 管道、设备及附件腐蚀
腐蚀性组分随煤气的流动进入下道工序，随着
煤气的温降、水分的析出，形成高腐蚀性的酸性物
质。在整个煤气管网中，腐蚀对象为煤气管道、设备
及附件。容易发生腐蚀的部位有：TRT叶片、煤气管
道上的补偿器、连接法兰、阀门、排污管、排水器、仪
表管等。具体腐蚀情况分析如下：
2．1 腐蚀产生过程
在高炉煤气酸I生成分的产生过程可用如下流程
表示：
原料(海水冲冼过的进口矿石)—— 烧结厂(喷
洒CaC12工艺)—— 炼铁厂(喷煤工艺所产荒煤气)
— — 煤气净化(干法除尘工艺)—— 余压发电(干
式TRT工艺)—— 全厂净煤气管网(酸性组分高炉
煤气)。
2．2 化学腐蚀机理
高炉煤气管道腐蚀机理可用如下化学方程式表
示：
SO3+H20=H2S04，SO2+H20=H2SO3
Fe+H2SO4=FeSO4+H2，Fe+H~SO3=FeSO3+H2
Fe+2HC1=FeC12+H2等。
冷凝水中的Fe 就来自酸对管道的腐蚀。
2．3 管道腐蚀
高炉煤气管道本身金属腐蚀主要为：化学腐蚀、
电化学腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀。
(1)煤气中的硫化氢、二氧化碳、氧、硫化物或其
他腐蚀性化合物直接和金属起作用，引起化学腐蚀；
(2)水在管道内壁生成一层亲水膜，形成了原电
池腐蚀的条件，产生电化学腐蚀；
(3)在管道连接处、衬板、垫片、管道焊缝(尤其
是单面焊缝)处、设备污泥沉积处、腐蚀产物附着处、
金属涂层破损处等，易产生缝隙腐蚀；
26
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METALLURGICAL P( R
2011年第6期
总第148期
(4)高炉煤气中的氯化物、溶液中的氯离子、硫
化物是不锈钢产生应力腐蚀的重要原因；湿的一氧
化碳、二氧化碳混合气(高应力)、硫化氢、硝酸盐溶
液、碱液等对碳钢低合金钢产生应力腐蚀。
2．4 管道附件腐蚀
在煤气进人干法除尘器前，由于煤气温度高，酸
性腐蚀介质以气态形式存在，煤气管网及附件(如各
类补偿器)损坏形式以磨损为主，酸性化学腐蚀极其
微小。
干法除尘后的煤气，随着温度的降低，煤气中的
酸f生腐蚀性气体随着煤气中部分凝结水的析出而溶
入其中，形成酸I生液体或盐类溶液，对煤气管道上的
附件如：波纹补偿器、排水器及法兰等造成腐蚀。
干法除尘筒体进出口及煤气主管道的不锈钢波
纹补偿器出现大面积点状腐蚀，伴有黄色析出物凝
结，严重的出现线状裂口，并在正常运行中爆裂。据
报道，有些钢铁企业干法除尘系统的部分波纹补偿
器寿命最短仅5个月，平均寿命在8个月左右。
对于排水器， 由于煤气冷凝水pH值较低
(4 5)，导致钢制煤气排水器钢板减薄严重，锈蚀漏
水，严重威胁着排水器和煤气管道的正常运行，部分
煤气管道的壁厚减薄严重，由最初新建时的8—12
mm减薄到1 3 min，有的管道因壁厚太薄而无法实
施钢板包焊作业。
2．5 TRT叶片腐蚀与结垢
高炉煤气经除尘后，由于煤气含尘、水汽及高炉
原料产生多种酸性组份(如H2S、HC1、SO 等)，进入
TRT装置的为气一汽一固组成的多相流。高炉煤气
进入TRT装置后，因膨胀做功，温度会逐渐降低，当
TRT人口温度较低(约130 oC)，会导致其出口煤气
温度低于80 90℃时，煤气中酸性组份溶解在凝结
水中会在叶片表明形成一层酸性水膜，对叶片表面
造成腐蚀，腐蚀后的金属表面光滑度急剧降低。同
时，由于煤气温度、压力等下降，一些腐蚀产物、油污
物、粉尘等一些微量成分如NH“、C1一，相互结合产生
积盐结垢，并以结晶态析出，形成各种无机盐类，这
些晶体附着在金属表面形成坚固的积盐层，它们附
着在透平机动、静叶片、排气蜗壳、出口管道上，严重
时垢层最厚处达50～60 mm，将使透平转子动平衡
破坏，引起振动超标，机组被迫停机检修。机组结垢
严重时一个星期就需清理一次，从而影响装置稳定
运行。
3 预防措施
3．1 原燃料控制
减少人炉原燃料S、Cl含量，从源头上消除或减
少高炉煤气中酸性组分，如：不用海水冲冼过的进[J
矿石；合理控制烧结矿中的CaC1 添加剂的喷洒量，
或者改喷洒无氯、低氯的其他添加剂；合理控制喷煤
工艺中的S含量。
3．2 防腐涂层
针对管道、设备及附件的内壁化学腐蚀、电化学
腐蚀等，采用耐腐蚀涂料层保护措施。将有机涂料涂
覆于物体内表面形成连续的薄膜，干燥后成为坚实
的防腐涂层，起到屏蔽、缓蚀及保护作用。
防腐涂料的选择应根据煤气介质的特点、管道
材质及腐蚀环境等情况决定各油漆的种类、涂刷道
数和干膜厚度，采用经济合理，具备施工条件的防腐
工艺。
3．3 管道、设备及附件保温
煤气温度是影响腐蚀的主要因素，对管道、设备
及附件采取保温，一是为了节能，减少介质热量的损
耗；二是防止或减少高炉煤气饱和水的析出，防止煤
气中酸性气体与冷凝水接合形成酸I生溶液，导致管
道、设备的腐蚀。
3．4 波纹管
针对氯离子浓度含量超过25 mg／L的高炉煤气
管网，补偿器应采取耐腐蚀措施，其补偿器中弹性元
件，靠煤气侧的材质不宜采用普通300系列不锈钢
(如304、316、316L)， 而应选用Inconer600或In—
coloy800系列或254SMo不锈钢或内衬氟橡胶或聚
四氟乙烯等非金属材料。
从各钢厂煤气管网运行维护经验看，采用
254SMo制造的不锈钢波纹补偿器，替代普通300系
列不锈钢波纹补偿器，使用寿命由原来的不到一年，
可延长到4～5年，取得了良好的效果。另外，用in—
coloy800、825镍基奥氏体不锈钢材质波纹补偿器或
高分子复合耐腐蚀波纹补偿器替代普通不锈钢波纹
补偿器，也取得了非常好的效果。
3．5 TRT装置
为了保证干式TRT正常运行，通常采用如下措施：
(1)TRT人口煤气管道设含尘量在线检测、温度
检测，含尘量及温度超标报警及停机联锁。
(2)通过对干式Ⅱ汀透平结垢物取样分析，垢
样成分为NH4C1结晶。阻垢剂技术是利用阻垢剂在
TRT人口前掩蔽和抑制氯化铵积盐的形成，同时在
叶片上形成保护膜，对煤气中酸性气体和灰尘对叶
片的腐蚀冲刷起保护作用。干式阻垢剂主要成分：杂
环有机胺、咪唑啉、表面活性剂。
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^伍TAI lLURGICAL PO rER
对TRT装置喷缓蚀阻垢剂，即采用定期在TRT
装置快切阀后l～1．5 m处加药剂(阻垢剂)，防止
TRT动静叶片结垢腐蚀。在济南钢铁厂、莱钢及日照
钢铁厂等TRT装置中均使用过，其效果十分明显。
3．6 喷雾工艺
通过对首钢、衡钢等钢厂煤气系统的煤气排水
器冷凝水化学成分分析，可以看到煤气冷凝水的pH
值一般在1～2之间，cl一、sO42_等强酸根离子含量较
高，呈强酸I生。而采用干法除尘的高炉煤气通常需在
管道中喷射水雾降温，此工艺方法是在喷雾设备中
设置加碱装置：将原来的中性水雾变为碱性水雾，同
煤气中的酸陛气体发生中和反应，减弱管道中冷凝
水的酸度，以缓解煤气管道的腐蚀现象。
3．6．1 工艺简述
系统的基本功能是根据煤气温度的变化自动调
节喷枪的喷水量，保证煤气出口温度维持在适当的
温度范围内。工作时，水源水箱／泵站经过滤器过滤
后并调节到一定的流量，经出口管路送到喷枪，在氮
气的作用下雾化，产生非常细小的雾化颗粒，水雾在
煤气中迅速蒸发，吸收煤气的大量热量，使煤气温度
迅速降低并维持在一定温度范围内。喷雾工艺简图
如图1所示。
图1 喷雾喷碱系统工艺简图
3．6．2 工作原理
在喷雾设备中设置加碱装置：将原来的中性水
雾变为碱性水雾，同煤气中的酸性气体发生中和反
应，减弱管道中冷凝水的酸度，以缓解煤气管道的腐
蚀现象。
碱液采用氢氧化钠(NaOH)溶液，氢氧化钠
(NaOH)溶液溶解度高，碱性强，吸收SO 、HC1等酸
性气体速率高，喷较低浓度的NaOH溶液就可得到
较高的脱酸效果。同时避免了采用其他碱液如石灰
水(Ca(OH) )、纯碱液(Na2CO，)等易产生CaCO 、Ca—
SO 沉淀，而导致喷嘴、管道堵塞等问题。氢氧化钠
(NaOH)中和吸收酸陛气体的反应是：
NaOH+HC1=NaCI+H20
2NaOH+H2S04=Na：,SO4+2H20
管道喷雾喷碱装置投资小、见效快，能够大大缓
解管路腐蚀现象，提高管路寿命，防止由于管道腐蚀
发生的煤气泄漏事故。将喷雾冷凝水从酸陛调节到
接近中性，水气比约0．1 L／m ，节约了大量水资源并
减少了环境污染，该装置在梅钢高炉等工程中有良
好运用。
3．7 喷淋塔工艺
3．7．1 工艺简述
碱液)
行降温的同时去除煤气中的含氯物质，再通过塔上
部的二层填料脱除含氯化物的酸性机械水。喷淋脱
氯塔系统主要设备有喷淋冷却塔，供水水泵、排水水
泵、水池、喷头、金属填料、排水水封等。喷淋塔本体
由壳体、煤气进出口管道、水喷淋系统及花环填料等
部分组成。喷淋洗涤塔工艺简图如图2所示。
I煤气出口
在净煤气管网上设置喷淋洗涤塔，对净煤气进 3．7．2
积水坑
图2 喷淋洗涤塔工艺简图
工作原理 (下转第29页)
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MFrALI．I】IiGICAL P( 旺 29
制在每月平均20 min不到。
(4)炼钢厂通过控制铁水比、供氧强度、吹炼过
程中提副枪频度提高回收率：铁水和废钢加入量没
有严格精确计量，铁水加入量多，冶炼时间长转炉煤
气回收量大，但考虑铁钢生产平衡铁水加入量得严
格按照比例控制；供氧强度是表示平均每分钟吨钢
消耗氧气量，炼钢厂由于操作缺乏规范性，每炉钢冶
炼时吹氧流量在2．5～3．5 m3／t·min之间波动，造成
铁水反应不完全或煤气中氧含量超标；吹炼中途提
副枪是为了取样分析，一是造成吹炼时间延长，二是
造成回收时间缩短，现湘钢三座转炉50％以上炉数
做到取样过程中不提副枪操作。几年来通过不断改
进，较好地的控制在了表1数值。
表1 炼钢厂控制参数值
时间吹 间著篙 比 { 一，月寻哿壕鏊散
改进前 3O 50 8 12 79 86 2．5 3．5 15 20
改进后 37^¨41 10．．12 80 81 3-3．2 ． 5-8
(5)消除误信号影响。转炉煤气回收过程中柜容
超高误信号，氧含量超标误信号和加压机误信号联
锁停机等都将造成拒收或气柜内煤气无法输送影响
进一步的回收，一旦发生误信号等维护人员来后已
经有大量转炉煤气放散了，为消除这一影响，成立专
业人员定期点检，加强仪表维护，并对可以判断的误
信号进行由电脑控制转手动操作控制方式，杜绝这
一影响，现每月因误信号造成的拒收几乎为零。
(6)回收限制性条件参数调整。转炉煤气中CO
回收浓度从35％调整至25％，氧含量调整至2％回
收，为防止三通阀在回收时频繁动作，原设定了4
min回收延时，现调整至2 min回收延时。
4 效果及结语
湘钢转炉回收煤气的化学成分为：050．4％
1．0％ ，C047％-54％ ，CH40．2％ -0．4％ ，Hs0-3％ -2．9％ ，
CO214％～18％，N226％～33％，热值6 722 kJ／m ，平均
小时转炉煤气回收量为8．5万ms，主要用户有直供
用户套筒窑约2．5万m3／h，与焦炉煤气二元混合后
送宽厚板加热炉、热处理炉约2．6万m3／h，与高、焦
炉煤气三元混合后送五米板加热炉、热处理炉约0．3
万m3／h，以及缓冲用户热电锅炉约3．4万m3／h。
转炉煤气回收及利用要坚定不移地贯彻安全是
前提，设备完好是保证，回收过程是基础，技术优化
是先导，利用是目的的方针。湘钢在这方面作了有益
的探索，但仍须继续攻关，为实现负能炼钢而努力。
收稿日期：2Ol1—06一Ol
作者简介：成果(1981一)，男，2004年毕业于武汉化工学院化工系化
学工程与工艺专业，助理工程师，现从事专业生产技术工作。
(上接第27页)
煤气从下方的人口管进入喷淋塔内，由人口管
向塔体流动过程中，因流通截面积突然扩大，流速减
缓。循环冷却水由塔上部雾化喷淋装置进入，喷淋而
下；煤气由下向上运动，在喷淋洗涤段与水雾进行充
分接触，完成煤气降温与洗涤。喷水不仅能够快速降
温，而且可及时捕捉裹挟在煤气流中的微小冷凝液
滴，使之快速沉降。煤气继续上行进入填料段，填料
脱除煤气中的机械水后从上方出口管网进入煤气管
网。煤气中的氯离子等酸陛物质被吸收到循环冷却
水中，形成了酸陛冷凝液流人在塔底集结，经出口进
入循环水系统沉淀、冷却。喷淋塔采用循环冷却水，
喷淋脱水塔的排水先流人积水坑，通过就地泵抽送
至喷淋塔循环供水。积水坑内设有液位计并与就地
泵联锁，在高炉中控室显示。定期对循环水进行检
测，当pH值偏低，cl-、SO42-等浓度过大时，将水排人
水处理系统，同时补充新水。
在宝钢高炉等于法系统Ⅱ汀后增建了喷淋塔，
该喷淋塔能较彻底的清洗出C卜、SO42-等，但喷淋塔
占地及循环喷水量较大，水气比约0．3 0．5 L／m3。
4 结论
高炉煤气除尘由湿法改干法后，煤气的腐蚀性
普遍增强，由于原燃料的不同，其煤气中的腐蚀性成
分差异很大，各钢铁企业应根据生产实际情况，针对
高炉煤气酸I生腐蚀的现状，对于不同的钢铁企业及
生产工序，从防护、控制、延长寿命等方面考虑，对管
道、设备及附件，采取相应的腐蚀预防措施。在满足
经济合理、高炉煤气管网稳定、安全运行的前提下。
可选择上述一种或多种防腐措施综合使用。
【参考文献】
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【3】管然坤，姜丰达，朱振伟等．高炉煤气管线波纹管补偿器的失效分
析及对策叨．冶金动力。2008，(2)．
[4】黄庆．解决高炉干法除尘煤气腐蚀的一种工艺方法田．冶金动
力，2010，(3)．
[5】徐萌，李增朴，马泽军等．迁钢 高炉干法除尘系统氯腐蚀控
制的研究叨．炼铁，2009，(10)．
收稿日期：2011—05—24
作者简介：官习艳(1982一)，女，2007年毕业于哈尔滨工业大学供热、
供燃气、通风及空调专业，硕士学位，工程师，现从事冶金设计工作。

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