雷春森
宝武集团八一钢铁股份炼铁厂 新疆乌鲁木齐830022
摘要：煤气管道是高炉炼铁中最为重要的一部分，与高炉炼铁质量效率直接相关，但是在具体高炉炼铁生产中，可能会因为酸性物质、电化学、氯离子等出现腐蚀，这不仅会影响高炉炼铁的正常开展，同时还会造成严重安全隐患，比如煤气中毒、爆炸火灾等等。因此文章就对煤气管道腐蚀的原因进行了分析，并提出了相关防护措施，以供参考。
关键词：高炉煤气管道腐蚀；原因；防腐措施
1高炉煤气管道腐蚀的原因分析
1.1酸性物质
出于经济环保的角度考量,高炉煤气除尘的工艺多采用干法除尘,这就会导致原本高炉煤气中含有的硫化氢、氣气、三氧化硫以及二氧化硫等仍然存在于高炉煤气中。这些物质开始以气态的形式而存在,但是随着其传输距离增长,煤气管道的温度也在逐渐降低,就会导致冷凝水的析出,而这些气体又可以与水发生反应,从而形成具氢离子的酸性腐蚀物质[1],因此,对于含有二价铁离子的高炉煤气管道而言具有较大的腐蚀性,尤其是这些气体与水结合或会出现硫酸与亚硫酸,具有强烈的腐蚀性。
1.2电化学腐蚀
由于除尘的方法为干法除尘，因此导致在高炉煤气管道包含的硫酸盐以及氯化物的产生。这些物质在冷凝水中成为了盐离子，此时便形成了微电池，微电池可以与由碳钢支撑的高炉煤气管道发生化学反应，从而导致高炉煤气管道出现腐蚀的问题，即电化学腐蚀问题，其中含有的盐离子越多，腐蚀的速度就会越快，因为溶液中的导电率增大，在电位差的影响下，高炉煤气管道就会因为反应而损失自己的铁，从而导致其被腐蚀。在其电位差的影响下，这种反应会持续地进行，并且形成氢氧化铁，在高炉煤气管道中以非晶体的状态析出，从而导致高炉煤气管道的内壁出现了疏松多孔的结果，其抗腐蚀的能力也在逐渐下降[2]，甚至有利于氧气的结合，从而导致铁发生了氧化还原反应，对于高炉煤气管道的腐蚀作用增加。
1.3氯离子
湿法除尘改为干法除尘后，虽然净煤气中水分含量下降，TRT发电后煤气温度有所升高，水分减少而煤气温度又升高了，使得冷凝水的量有所降低，而冷凝水是煤气管道腐蚀的重要条件，理应使煤气管道腐蚀减轻。但是，改造后煤气管道腐蚀反而更加严重了，这是由于干法除尘不能滤掉煤气中的Cl离子，煤气中含有大量的HCl气体，一遇冷凝水变会产生高浓度的盐酸。煤气管道内表面本身会有一层氧化物薄膜，能起到一定的防腐作用。但当盐酸液与氧化膜接触时会在金属管壁发生（1）式的化学反应。该反应发生后破坏了原有的保护膜，而且产生了水，虽然高炉煤气本身带有的水分有所下降，但是因为大量Cl离子的存在，导致盐酸与Fe2O3反应生成了大量的水，从而加速了煤气管道的腐蚀，反而使管道腐蚀加重。
化学反应式如下：Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O（1）
煤气管道中Cl离子主要来源有两个：①为了提高烧结矿的强度，给高炉内喷了大量的CaCl2。②我国高炉所用的铁矿石主要来源于进口，而这些铁矿石在海运或在港口堆放期间，为了压尘需要喷洒大量的海水。海水含有大量的氯化钠，经过高炉冶炼后，最终会以氯离子的形式混人到高炉煤气中。
1.4管内磨损与应力也是加快腐蚀速率的原因
湿法除尘改为干法除尘后，煤气管道的伸缩膨胀节和焊缝处相较于其他部位腐蚀更加严重，这是由于这两部位更易产生磨损和应力。高炉煤气中含有的杂质随煤气在管道内部流动时将会对管道内壁造成一定程度的磨损，破坏管道内壁原有的氧化物保护膜，从而加剧酸化学腐蚀的发生。管道在焊接和安装过程中产生的残余内应力，或者是管道在使用过程中所承受的各种应力，使金属晶格歪扭，导致管道应力部分的电极电位降低，使其变成腐蚀电池阳极，从而致使电化学腐蚀的现象愈加严重。
2高炉煤气管道的防腐措施
2.1减少酸性物质含量
减少酸性物质含量：选用酸性成分含量少的铁矿石、煤粉等原料；烧结使用低氯助剂、减少或停用脱硫废水；加碱水洗除酸，降低煤气中氯、硫含量。该类措施对原料、生产工艺条件的要求比较苛刻，很难实现。“加碱水洗除酸”工艺即在TRT后加喷碱塔装置，此工艺虽然可以将煤气管网中冷凝水的pH值提高至6~7、脱除部分氯离子缓解煤气管道腐蚀，但是其脱氯效果不理想。首钢研究院研究数据显示“加碱水洗除酸”工艺最高脱氯率仅70%，最低脱氯率不足10%，煤气管道腐蚀问题依然存在。此外煤气喷碱塔占地面积大、投资高、运行费用大，产生的废水量大且废水处理难度大。
2.2改进煤气系统
增加喷碱设施对煤气进行处理，控制煤气冷凝水酸性腐蚀。如：在高炉煤气净化设备后加设煤气洗涤塔装置，对煤气用NaOH溶液喷淋予以洗涤，去除煤气中的氯、硫等酸性离子。外加电源阴极保护装置，如图1所示，在煤气管道外部加装一个低压直流电源构成电解池，将煤气管道与外加直流电源的负极相连，持续外加很小的直流电，而另用石墨作为辅助阳极。虽然该装置是加在外部，但因为铁是导体从而管道内部的铁也一直处于得电子的状态，因此在发生电化学腐蚀时，作为阳极的石墨被腐蚀，而作为阴极的煤气管道却得到了保护。控温防腐。在TRT出口之后的低压煤气管道外加设套管，向套管内通入低压热流体（预热后的空气），通过热流体加热煤气，防止煤气温度低于露点温度，从而减少煤气管道中的冷凝水，以达到减轻管道腐蚀的目的[3]。套管材质使用与高炉煤气管道材质一样的碳钢，外设保温层，采用岩棉制品进行保温。同时在运行过程中加强对煤气管道进行排水或保证连续排水，以减少煤气输送过程中杂质的沉积和水蒸汽的冷凝。
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2.3涂敷防腐涂层
首先在煤气管道涂上一层非金属物质，如沥青、塑料、搪瓷等（防止电化学腐蚀），然后在该层上涂敷防酸腐蚀涂料，如VEGF材料(乙烯基树脂玻璃鳞片)、聚脲、环氧胶泥、环氧涂料等。
2.4阻止液体腐蚀环境形成
从阻止液体腐蚀环境形成的角度来说，由于高炉煤气中水的来源不可避免，故除了尽可能减少水的引入外，只有让煤气中的水不以液态水形式析出，才可以达到防腐目的，煤气温度是实现这一目标的关键。一般全干法布袋除尘高炉煤气中含湿量约45g/Nm3，对应的煤气露点温度约60℃，理论上只需煤气实际温度高于此露点温度即可避免冷凝水析出；但实际工程上很难保证全厂管网（尤其是末端用户）的高炉煤气温度都高于露点温度，故控制煤气温度的方法无法完全消除腐蚀隐患。
2.5新型耐蚀合金波纹管使用
254SMO奥氏体不锈钢具有较强的耐氯离子腐蚀性能，且具有很好的综合性价比。该项目高炉煤气管道波纹管均采用254SMO奥氏体不锈钢，替代对氯腐蚀敏感的300系列不锈钢（如316L等），大大延长了波纹管的使用寿命。
2.6新型耐蚀合金复合板的合理使用
高炉煤气经TRT膨胀做功后，压力温度下降，在TRT后煤气管道中易析出冷凝水，由于未经处理，冷凝水中含高浓度酸性成分，故TRT后低压管道是最易腐蚀的区域。该项目在TRT出口至喷淋塔的10m左右长度煤气管道采用复合钢板，复合钢板内层为普通碳钢，外层为2mm厚的254SMo钢板，并经特殊的复合处理，既控制了投资成本，又大大提高了该段管道抗腐蚀能力。
结语
对于运送高炉煤气的高炉煤气管道应当慎重对待，如果高炉煤气管道因为腐蚀等问题出现了裂缝或者孔洞，一旦高炉煤气发生泄漏，其中的一氧化碳进入空气中，不仅容易导致现场的工作人员出现一氧化碳中毒，还有可能会导致其发生爆炸等问题。因此作为相关冶金企业及生产人员，必须加强对管道腐蚀原因的分析研究，通过全面有效的防护处理，维持高炉冶金安全稳定的生产环境。
参考文献
[1]孙素英，臧镇.高炉煤气脱氯防腐技术的研究与应用[J].现代冶金，2016，44(4)：27-29.
[2]吴畏.湘钢高炉煤气设备设施腐蚀原因及解决方案探讨[J].冶金动力,2019(02):24-31.
[3]邓彬,鄢晓忠,彭博,阳志强,吴畏,吴白景.高炉煤气管道腐蚀原因分析及防腐措施[J].冶金动力,2018(09):13-16+21.