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高炉煤气柜底板腐蚀机理及解决对策

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-10-16  来源:陕西龙门钢铁有限责任公司  作者:杨卫锋  浏览次数:461
 
核心提示:摘要:本文阐述了高炉煤气柜使用过程中气柜底板腐蚀泄漏煤气的原因、腐蚀机理及延长气柜使用寿命的措施。
  高炉煤气柜底板腐蚀机理及解决对策

陕西龙门钢铁有限责任公司设备能源办——杨卫锋

摘要:本文阐述了高炉煤气柜使用过程中气柜底板腐蚀泄漏煤气的原因、腐蚀机理及延长气柜使用寿命的措施。

关键词:煤气柜、酸性气体、泄漏、腐蚀

前言

随着钢铁企业的不断发展,高炉冶炼强化、降低高炉冶炼成本技术的广泛应用,如高炉富氧喷煤技术、进口含铁原料配加比例的增加等,导致高炉煤气中酸性气体(如SO2、SO3、H2S、HC1等)含量越来越高。而现行高炉干法除尘工艺的设计并未考虑去除高炉煤气中的酸性气体,导致酸性气体几乎全部保留在煤气当中,进而因冷凝析出造成煤气管网及煤气柜等设备设施的严重腐蚀,严重威胁钢铁企业的正常安全生产。那么如何降低煤气中酸性气体腐蚀成为安全生产和降低维修成本的一项迫切的任务。

一、煤气柜泄漏状况

龙钢公司20万m³稀油活塞POC高炉煤气柜为5#高炉配套项目,由中冶南方设计院设计,中国十九冶煤气柜分公司施工建设,于2013年12月开工建设,2015年1月31日开始投入运行。2017年2月3日,人员点检过程中发现距气柜底板0.5米范围内便携式煤气报警仪显示CO浓度在(600-1000)ppm。经与十九冶煤气柜分公司技术人员交流,初步判断是气柜底板出现腐蚀泄漏煤气,如果煤气柜出现大范围泄漏会发生安全生产事故,研究决定停运气柜排查煤气柜泄漏原因。

二、煤气柜底板腐蚀泄漏原因分析

经查阅20万m³气柜工程建设相关图纸,原设计图纸气柜底板材质及防腐要求为:钢板厚度6mm,材质:Q235-B;防腐要求:H06-1环氧富锌底漆两道厚60μm,H52-4环氧沥青防锈漆两道200μm,总计260μm。经对气柜底板喷砂除锈后,发现气柜底板大面积出现坑状腐蚀,严重的部位已腐蚀透。

图片1图片2 

 

 

 

 

 

 

 




 


1、防腐质量不好起的腐蚀

从图片看,气柜钢底板主要出现的是点蚀。加之,活塞板上的防腐层局部出出脱落,初步判断工程建设期间防腐质量不过关造成的。

2、取样对高炉煤气排水器的冷凝水和高炉煤气中酸性物质成分进行分析,见下表1、2。

 表1   高炉煤气冷凝水成份

分析指标

氯离子

硫酸盐

氨氮

硝酸盐

磷酸盐

数值/(mg.L-1)

2010

58

17.8

0.3

24.9

153

0.35

表2   高炉煤气中腐蚀性气体成份

分析气体成分

HCl

HF

H2SO4

H2S

数值/(mg.m-3)

104.7

1.43

43.2

40

注:上述腐蚀性气体采集于吸收液中,采用离子色谱分析。冷凝液PH值分析数据为2-3。

从上表看煤气冷凝水中CL-离子的含量是非常高的,氯离子对碳钢有非常强的腐蚀作用。

孔蚀失效机理:在钢板表面的局部地区,出现向深处腐蚀的小坑,其余部位不腐蚀或腐蚀轻微,这种腐蚀形态称为小孔腐蚀(也称点蚀)。点蚀一般在静止的介质中容易发生。蚀孔通常沿着重力方向或横向方向发展,孔蚀一旦形成,具有深挖的动力,即向深处自动加速,结果在基底金属上生成孔径为 20μm~30μm小蚀坑,这些小蚀坑便是孔蚀核。 

 3、腐蚀的主要机理

     气柜的腐蚀是比较复杂的,归根到底都属于化学腐蚀。

    (1)底板发生的化学腐蚀

     由于高炉煤气成份,底板上积存HCl、H2S、SO2、CO2等,产生酸性水膜发生化学腐蚀。

     高炉煤气中CO2对气柜底板的腐蚀,CO2溶于水生成H2CO3,与气柜底板接触在常温下发生如下化学反应:

Fe+ H2CO3= FeCO3+H2

随着CO2溶解显酸性水膜,加速钢板的腐蚀,CO2分压增高,钢板腐蚀速度也随之加快。

     (2)高炉煤气中H2S对煤气柜底板的腐蚀,煤气中含有少量的H2S,在水分子存在的环境下对气柜钢板的腐蚀非常强烈,主要发生如下反应:

H2S+Fe=Fe+2H+

H2S是一种强腐蚀剂,它不仅能增加钢板的腐蚀速度,而且会加剧钢的渗氢作用,S离子为有效“毒化剂”,它促进并增加氢进入钢内部形成应力,从而导致钢的氢脆和应力腐蚀破裂。

(3)高炉煤气中HCl煤气柜底板的腐蚀,主要发生反应如下。

Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O

煤气中含有HCl,在高炉煤气温度低于露点的地方,高炉煤气在气柜内部有冷凝水形成,HCl进入冷凝水形成强盐酸溶液,酸性水溶液在气柜底部沉积,并与管道表面的Fe2O3保护膜发生化学反应,形成腐蚀层,随着腐蚀层的脱落,在气柜底部形成腐蚀坑,腐蚀坑又聚集了大量酸性水溶液,腐蚀坑赿来赿深,最终导致气柜底部底板腐蚀透,继而煤气柜泄漏煤气。

三、解决对策

要解决气柜底板的腐蚀问题,采用耐腐蚀的不锈钢材料或其它工艺,投资巨大,施工工期长,且增加企业的生产成本。经咨询同行企业气柜底板腐蚀情况,采用普通碳钢完全可以满足气柜的安全运行要求,但必须选取耐酸性溶液腐蚀的防腐材料,要求防腐材料的耐水性和耐腐蚀性要好。另外,要求防腐的附着力强,表面强度、硬度要高,抗老化性要强,不易渗透。龙钢公司结合脱硫塔塔防腐技术方案,决定对气柜底板采用刮玻璃鳞片胶泥防腐处理方案。

⑴施工前对油槽采用塑料布进行了防护处理,防止粉尘污染密封油。

⑵对气柜底板进行水喷砂除锈,除锈等级Sa2.5级。

⑶对发现的孔洞部位进行补焊并打磨平整,对麻点较多的地方采用钢板覆盖焊接。

⑷刷两遍防锈底漆,刮玻璃胶泥修平底板。

⑸刮玻璃鳞片,铺3层玻璃丝布(无气泡、平整无褶皱),对气柜底板防腐刷漆,6遍油漆(环氧铁锈红底漆2遍,环氧煤沥青中间漆2遍,环氧煤沥青面漆2遍),干膜厚度≥180μm(≥30μm/遍)。

⑹切割分解转移进气方管,对进气方管下重点处理:补焊坑洞;刷两遍防腐底漆;铺8mm钢板;按上述方法进行防腐处理。

⑺气柜底板打压查漏。用水不漏封堵气柜底板与水泥基础的缝子;气柜底板安装4个DN25的进气孔;将压缩空气鼓入气柜底板下,压力控制3-5kPa;用喷壶喷肥皂水检查气柜底板泄漏情况。

经过上述工艺处理,气柜如期安全投运。上述仅是当前采取的临时性措施,要有效彻底解决高炉煤气管网系统及煤气柜设备设施的腐蚀问题,必须从源头上采取措施,高炉煤气脱酸项目,可以降低或消除高炉煤气中的酸性物质,将高炉煤气冷凝水的PH值控制在中性,确保设备设施在正常工况条件下安全运行。

高炉煤气脱酸工艺简介:将氢氧化钠溶液持续喷入高炉煤气中,碱液与高炉煤气中的酸性物质进行中合反应。用PH值计检测排水器的溢流水,自动调节喷入煤气中的碱液量,从而达到控制高炉煤气PH的目的。

结束语

1、煤气柜底板是煤气柜的薄弱点,极易发生腐蚀穿孔,应高度重视。气柜建设初期就应采用重防腐,例如:铺煤焦油、铺软化沥青、做玻璃钢、刮玻璃鳞片等等。

2、进气方管下的防腐是难点,方管下要防腐首先必须拆除方管。故进气方式的工艺选择很重要。

3、行业内人皆知高炉煤气干法除尘有很多优点,但缺点也很明显。要解决问题必须从源头这手,即从TRT后上脱酸工艺,彻底解决问题。

 
 
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