转炉煤气回收输配系统腐蚀研究

转炉煤气回收输配系统腐蚀研究

施万玲  邱晟华  李君  李星星

中冶南方工程技术有限公司  湖北武汉  430223

摘要：针对转炉煤气回收输配系统管道与煤气柜腐蚀严重的问题，本文分析腐蚀原因提出三种控制系统腐蚀的措施：（1）使用带坡度设计实现系统防腐;（2）涂刷耐腐蚀涂料层实现系统防腐；（3）易腐蚀局部加厚设计实现系统防腐。

关键词：设备防腐，含湿量，转炉煤气，露点温度

1.概述

全流程钢铁企业中，转炉煤气回收占整个转炉工序能源回收的80%-90%，是降低炼钢能耗，实现负能炼钢的关键环节，因此，各企业都十分重视转炉煤气回收。在转炉煤气的回收输配系统中，转炉煤气柜是一个重要环节，起着对煤气输配、稳压调峰的关键作用。随着转炉煤气回收输配系统的生产运行，系统腐蚀问题逐渐在各大钢厂显露出来，主要为（1）转炉煤气柜底板及侧板的腐蚀，底板尤为严重，出现腐蚀孔洞，给设备和系统运行带来了严重的安全隐患[1,2]；（2）煤冷器至转炉煤气柜之间的输配管道腐蚀，尤其是管道底部的腐蚀。

本文结合现有钢厂转炉煤气回收输配系统腐蚀的实际情况，对转炉煤气系统腐蚀机理进行分析，提出防腐的措施。

2. 转炉煤气管路及煤气柜腐蚀机理分析

采用干法除尘的转炉煤气回收过程为，转炉荒煤气通过裙罩、活动烟罩及固定烟罩进入汽化冷却烟道，回收部分能量后进入蒸发冷却器。蒸发冷却器通过喷水，先将900℃～1000℃的烟气冷却至250℃～300℃，同时对烟气进行粗除尘，之后烟气进入静电除尘器进行精除尘。静电除尘器出口设煤气风机，通过消声器后把煤气送到切换站。当烟气中氧气、一氧化碳气体含量达到可回收条件时，通过切换站将煤气导入煤气冷却器，经过喷水洗涤，将煤气冷却到70℃以下后送出。当烟气中氧气或一氧化碳气体含量不满足回收条件时，则通过切换站将烟气导入放散烟囱进行放散。

由于蒸发冷却器与煤气冷却器的喷水降温，使得出煤冷器的转炉煤气为饱和蒸汽，其中饱和煤气含湿量计算公式为：

式中：de--工作状态饱和气体的含湿量，g/m3；

P--煤气绝对压力，Pa；

P汽--饱和水蒸汽分压，Pa；

通过上式计算出，在不同温度下转炉煤气输配过程中各饱和状态时的含湿量如表2.1所示。从表中数据得出，随着煤气温度的升高，煤气含湿量迅速升高，且温度越高，升高越快。出煤冷器的转炉煤气含湿量高达357.97g/m3,如转炉煤气经过管网输送至转炉煤气柜并在柜中停留后温度降为50℃，则煤气含湿量将降为111.58 g/m3。这一输配过程由于煤气降温将析出冷凝水246.39 g/m3。在冬季，受外界环境温度影响，煤气降温更大，冷凝水析出量更大。大量的冷凝水析出是转炉煤气柜与转炉煤气管道腐蚀的必要条件。

转炉煤气经过蒸发冷却器及煤冷器的喷水降温，转炉煤气比较干净，其中的杂质与CL离子含量比较低，却含有约18%（体积分数）的CO2。转炉煤气回收与输配系统的主要腐蚀为煤气中的CO2溶于冷凝水形成HCO3-，在钢结构表面形成了一层含腐蚀介质的弱酸性冷凝水膜，使得基材表面发生了CO2均匀腐蚀，造成弱酸露点腐蚀。

分析得出转炉煤气冷凝水析出与CO2含量高是形成系统弱酸露点腐蚀的两个必要因素。而转炉煤气从煤冷器后一直是饱和煤气，只要环境温度低于煤气温度，转炉煤气就要随温度降低排出冷凝水，同时转炉煤气中CO2的捕集技术成本较高。故在转炉煤气回收与输配系统中，冷凝水析出与CO2含量高是不可避免的两个情况，若酸性露点腐蚀是不可避免的情况，只能采用各种手段减缓转炉煤气输配系统的腐蚀。

表1饱和状态转炉煤气含湿量

注：表1取转炉煤气压力为0.103 MPa（绝压），出煤冷器煤气温度为70度。

3.解决转炉煤气系统腐蚀的方法

3.1．使用带坡度设计实现系统防腐

研究发现，现在大型全流程钢铁厂的转炉煤气管道设计一般采用同管道标高设计方法。而煤气管道在两片支架间是简支梁，受管道挠度影响，两片支架的中间形成低点，煤气冷凝水将长期聚集于此，无法排入煤气排水器，容易形成管底腐蚀。

因此在含水的煤气管道设计过程中，采用坡度设计，并使坡度大于煤气管道的挠度，可以将煤气管道中析出的冷凝水顺坡度快速流入排水器，防止冷凝水在管道底部聚集，实现管道防腐。同理，转炉煤气柜底板采用带坡度的倾斜设计，可以将煤气柜中的大量冷凝水即时排入排水器中，减缓底板腐蚀。

3.2.涂刷耐腐蚀涂料层实现系统防腐

针对转炉煤气管道弱酸性冷凝水膜腐蚀的特点，采用管道内壁涂刷耐腐蚀涂料层是减缓管道腐蚀的较好的办法。对于转炉煤气柜前的转炉煤气管道，基于其温度高、含湿量大的特点，环氧玻璃鳞片涂料防腐效果更好；对于煤气柜后的转炉煤气管道，煤气温度低，含湿量低，环氧树脂防腐涂料有较好的防腐效果。如同时采用管道带坡度设计及涂刷防腐涂料，将能有效减缓转炉煤气输配系统的腐蚀。

3.3.易腐蚀局部加厚设计实现系统防腐

对于煤气冷却器至煤气柜之间的这段转炉煤气管道，温度高，煤气含湿量大，腐蚀性强，建议将该段管道采用厚壁管道，留有足够的腐蚀裕量。对于煤气柜入口处容易腐蚀的情况，建议局部进行厚钢板设计，或额外焊接钢板补强。对于转炉煤气柜出口至各用户的输配管路，由于煤气温度低，冷凝水含量低，钢板厚度可以采用常规设计。

4.结论

分析采用转炉煤气干法除尘系统的转炉煤气的回收输配工艺流程，得出转炉煤气冷凝水的析出与CO2含量高是低处理成本下转炉煤气中不可避免的两个情况，故转炉煤气管道的若酸性露点腐蚀是不可避免的情况，只能采用各种手段减缓转炉煤气输配系统的腐蚀。本文提出三种减缓转炉煤气输配系统腐蚀的方法：（1）使用坡度设计实现系统防腐；（2）涂刷耐腐蚀涂料层实现系统防腐；（3）易腐蚀局部加厚设计实现系统防腐。在转炉煤气输配系统中，需要同时使用这三种方法来实现综合防腐，对于不同的场所，着重采用不同的方式。

参考文献：

[1] 李闽,黄永红.转炉煤气柜柜内钢结构的腐蚀原因[J].腐蚀与防护,2017,38(7):568-572.

[2] 王玉兴,孙德银,韩其福.转炉煤气柜侧板和底板腐蚀的检测与处理[J].冶金动力,2018(4):24-26.

作者简介：施万玲（1985—），女，湖北武汉，高级工程师，硕士，钢铁厂燃气设施节能研究。