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高爐煤氣柜底板腐蝕機理及解決對策

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-10-16  來源:陜西龍門鋼鐵有限責任公司  作者:楊衛鋒  瀏覽次數:566
 
核心提示:摘要:本文闡述了高爐煤氣柜使用過程中氣柜底板腐蝕泄漏煤氣的原因、腐蝕機理及延長氣柜使用壽命的措施。
  高爐煤氣柜底板腐蝕機理及解決對策

陜西龍門鋼鐵有限責任公司設備能源辦——楊衛鋒

摘要:本文闡述了高爐煤氣柜使用過程中氣柜底板腐蝕泄漏煤氣的原因、腐蝕機理及延長氣柜使用壽命的措施。

關鍵詞:煤氣柜、酸性氣體、泄漏、腐蝕

前言

隨著鋼鐵企業的不斷發展,高爐冶煉強化、降低高爐冶煉成本技術的廣泛應用,如高爐富氧噴煤技術、進口含鐵原料配加比例的增加等,導致高爐煤氣中酸性氣體(如SO2、SO3、H2S、HC1等)含量越來越高。而現行高爐干法除塵工藝的設計并未考慮去除高爐煤氣中的酸性氣體,導致酸性氣體幾乎全部保留在煤氣當中,進而因冷凝析出造成煤氣管網及煤氣柜等設備設施的嚴重腐蝕,嚴重威脅鋼鐵企業的正常安全生產。那么如何降低煤氣中酸性氣體腐蝕成為安全生產和降低維修成本的一項迫切的任務。

一、煤氣柜泄漏狀況

龍鋼公司20萬m³稀油活塞POC高爐煤氣柜為5#高爐配套項目,由中冶南方設計院設計,中國十九冶煤氣柜分公司施工建設,于2013年12月開工建設,2015年1月31日開始投入運行。2017年2月3日,人員點檢過程中發現距氣柜底板0.5米范圍內便攜式煤氣報警儀顯示CO濃度在(600-1000)ppm。經與十九冶煤氣柜分公司技術人員交流,初步判斷是氣柜底板出現腐蝕泄漏煤氣,如果煤氣柜出現大范圍泄漏會發生安全生產事故,研究決定停運氣柜排查煤氣柜泄漏原因。

二、煤氣柜底板腐蝕泄漏原因分析

經查閱20萬m³氣柜工程建設相關圖紙,原設計圖紙氣柜底板材質及防腐要求為:鋼板厚度6mm,材質:Q235-B;防腐要求:H06-1環氧富鋅底漆兩道厚60μm,H52-4環氧瀝青防銹漆兩道200μm,總計260μm。經對氣柜底板噴砂除銹后,發現氣柜底板大面積出現坑狀腐蝕,嚴重的部位已腐蝕透。

圖片1圖片2 

 

 

 

 

 

 

 




 


1、防腐質量不好起的腐蝕

從圖片看,氣柜鋼底板主要出現的是點蝕。加之,活塞板上的防腐層局部出出脫落,初步判斷工程建設期間防腐質量不過關造成的。

2、取樣對高爐煤氣排水器的冷凝水和高爐煤氣中酸性物質成分進行分析,見下表1、2。

 表1   高爐煤氣冷凝水成份

分析指標

氯離子

硫酸鹽

氨氮

硝酸鹽

磷酸鹽

數值/(mg.L-1)

2010

58

17.8

0.3

24.9

153

0.35

表2   高爐煤氣中腐蝕性氣體成份

分析氣體成分

HCl

HF

H2SO4

H2S

數值/(mg.m-3)

104.7

1.43

43.2

40

注:上述腐蝕性氣體采集于吸收液中,采用離子色譜分析。冷凝液PH值分析數據為2-3。

從上表看煤氣冷凝水中CL-離子的含量是非常高的,氯離子對碳鋼有非常強的腐蝕作用。

孔蝕失效機理:在鋼板表面的局部地區,出現向深處腐蝕的小坑,其余部位不腐蝕或腐蝕輕微,這種腐蝕形態稱為小孔腐蝕(也稱點蝕)。點蝕一般在靜止的介質中容易發生。蝕孔通常沿著重力方向或橫向方向發展,孔蝕一旦形成,具有深挖的動力,即向深處自動加速,結果在基底金屬上生成孔徑為 20μm~30μm小蝕坑,這些小蝕坑便是孔蝕核。 

 3、腐蝕的主要機理

     氣柜的腐蝕是比較復雜的,歸根到底都屬于化學腐蝕。

    (1)底板發生的化學腐蝕

     由于高爐煤氣成份,底板上積存HCl、H2S、SO2、CO2等,產生酸性水膜發生化學腐蝕。

     高爐煤氣中CO2對氣柜底板的腐蝕,CO2溶于水生成H2CO3,與氣柜底板接觸在常溫下發生如下化學反應:

Fe+ H2CO3= FeCO3+H2

隨著CO2溶解顯酸性水膜,加速鋼板的腐蝕,CO2分壓增高,鋼板腐蝕速度也隨之加快。

     (2)高爐煤氣中H2S對煤氣柜底板的腐蝕,煤氣中含有少量的H2S,在水分子存在的環境下對氣柜鋼板的腐蝕非常強烈,主要發生如下反應:

H2S+Fe=Fe+2H+

H2S是一種強腐蝕劑,它不僅能增加鋼板的腐蝕速度,而且會加劇鋼的滲氫作用,S離子為有效“毒化劑”,它促進并增加氫進入鋼內部形成應力,從而導致鋼的氫脆和應力腐蝕破裂。

(3)高爐煤氣中HCl煤氣柜底板的腐蝕,主要發生反應如下。

Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O

煤氣中含有HCl,在高爐煤氣溫度低于露點的地方,高爐煤氣在氣柜內部有冷凝水形成,HCl進入冷凝水形成強鹽酸溶液,酸性水溶液在氣柜底部沉積,并與管道表面的Fe2O3保護膜發生化學反應,形成腐蝕層,隨著腐蝕層的脫落,在氣柜底部形成腐蝕坑,腐蝕坑又聚集了大量酸性水溶液,腐蝕坑赿來赿深,最終導致氣柜底部底板腐蝕透,繼而煤氣柜泄漏煤氣。

三、解決對策

要解決氣柜底板的腐蝕問題,采用耐腐蝕的不銹鋼材料或其它工藝,投資巨大,施工工期長,且增加企業的生產成本。經咨詢同行企業氣柜底板腐蝕情況,采用普通碳鋼完全可以滿足氣柜的安全運行要求,但必須選取耐酸性溶液腐蝕的防腐材料,要求防腐材料的耐水性和耐腐蝕性要好。另外,要求防腐的附著力強,表面強度、硬度要高,抗老化性要強,不易滲透。龍鋼公司結合脫硫塔塔防腐技術方案,決定對氣柜底板采用刮玻璃鱗片膠泥防腐處理方案。

⑴施工前對油槽采用塑料布進行了防護處理,防止粉塵污染密封油。

⑵對氣柜底板進行水噴砂除銹,除銹等級Sa2.5級。

⑶對發現的孔洞部位進行補焊并打磨平整,對麻點較多的地方采用鋼板覆蓋焊接。

⑷刷兩遍防銹底漆,刮玻璃膠泥修平底板。

⑸刮玻璃鱗片,鋪3層玻璃絲布(無氣泡、平整無褶皺),對氣柜底板防腐刷漆,6遍油漆(環氧鐵銹紅底漆2遍,環氧煤瀝青中間漆2遍,環氧煤瀝青面漆2遍),干膜厚度≥180μm(≥30μm/遍)。

⑹切割分解轉移進氣方管,對進氣方管下重點處理:補焊坑洞;刷兩遍防腐底漆;鋪8mm鋼板;按上述方法進行防腐處理。

⑺氣柜底板打壓查漏。用水不漏封堵氣柜底板與水泥基礎的縫子;氣柜底板安裝4個DN25的進氣孔;將壓縮空氣鼓入氣柜底板下,壓力控制3-5kPa;用噴壺噴肥皂水檢查氣柜底板泄漏情況。

經過上述工藝處理,氣柜如期安全投運。上述僅是當前采取的臨時性措施,要有效徹底解決高爐煤氣管網系統及煤氣柜設備設施的腐蝕問題,必須從源頭上采取措施,高爐煤氣脫酸項目,可以降低或消除高爐煤氣中的酸性物質,將高爐煤氣冷凝水的PH值控制在中性,確保設備設施在正常工況條件下安全運行。

高爐煤氣脫酸工藝簡介:將氫氧化鈉溶液持續噴入高爐煤氣中,堿液與高爐煤氣中的酸性物質進行中合反應。用PH值計檢測排水器的溢流水,自動調節噴入煤氣中的堿液量,從而達到控制高爐煤氣PH的目的。

結束語

1、煤氣柜底板是煤氣柜的薄弱點,極易發生腐蝕穿孔,應高度重視。氣柜建設初期就應采用重防腐,例如:鋪煤焦油、鋪軟化瀝青、做玻璃鋼、刮玻璃鱗片等等。

2、進氣方管下的防腐是難點,方管下要防腐首先必須拆除方管。故進氣方式的工藝選擇很重要。

3、行業內人皆知高爐煤氣干法除塵有很多優點,但缺點也很明顯。要解決問題必須從源頭這手,即從TRT后上脫酸工藝,徹底解決問題。

 
 
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