高爐煤氣管道的酸性腐蝕與防護(hù)

高爐煤氣管道的酸性腐蝕與防護(hù)

1高爐煤氣中酸性氣體的變化隨著我國(guó)工商業(yè)的快速發(fā)展，降低高辛烷開采成本、提高高鉻開采強(qiáng)度已成為所有工商企業(yè)的目標(biāo)之一。而作為提升高爐冶煉強(qiáng)度、降低高爐冶煉成本技術(shù)的廣泛應(yīng)用,如高爐富氧噴煤技術(shù)、燒結(jié)礦噴灑CaC12溶液技術(shù)等,導(dǎo)致高爐煤氣中酸性氣體(如SO2、SO3、H2S、HC1等)含量越來(lái)越高。特別是鋼鐵企業(yè)普遍采用干法煤氣除塵技術(shù)以后,上述各類酸性氣體幾乎全部保留在煤氣當(dāng)中而無(wú)法外排,致使高爐煤氣冷凝水pH值明顯降低,高爐煤氣的酸性腐蝕作用逐漸顯現(xiàn),而成為當(dāng)前影響高爐煤氣管道及其附屬設(shè)備安全運(yùn)行的主要因素。因此,如何有效地防止和控制高爐煤氣的酸性腐蝕,是鋼鐵企業(yè)當(dāng)前所面臨的重要課題。2干法除塵技術(shù)萊蕪鋼鐵股份公司共有各類高爐8座,其中1880m3高爐2座、1000m3高爐4座,750m3高爐2座,全部應(yīng)用了干法除塵技術(shù),并配備了相應(yīng)的TRT發(fā)電機(jī)組。分布于各廠區(qū)之間的各種規(guī)格高爐煤氣管道約40km。在未實(shí)施煤氣酸性腐蝕防控技術(shù)前,所有高爐煤氣管道和除塵筒體進(jìn)出口波紋補(bǔ)償器、眼鏡閥內(nèi)置補(bǔ)償器等全部采用316L材質(zhì)的不銹鋼補(bǔ)償器。同時(shí),由于高爐煤氣的酸性腐蝕性質(zhì),導(dǎo)致TRT機(jī)組葉片積鹽嚴(yán)重,致使機(jī)組不得不采用定期停機(jī)檢修的方式維持生產(chǎn)。3干燥研磨，消除高氣田腐蝕自2003年萊鋼實(shí)施干法除塵技術(shù)以來(lái),高爐煤氣的酸性腐蝕一直對(duì)煤氣輸送系統(tǒng)產(chǎn)生著影響,特別是2006年以來(lái),尤為明顯。3.1裂口和補(bǔ)償器均發(fā)生裂口干法除塵筒體進(jìn)出口的不銹鋼波紋補(bǔ)償器大面積出現(xiàn)點(diǎn)狀腐蝕,并伴有黃色析出物凝結(jié),嚴(yán)重的甚至出現(xiàn)線狀裂口(如圖1所示),并在正常運(yùn)行中爆裂;干法除塵筒體進(jìn)出口的全封閉眼鏡閥內(nèi)置補(bǔ)償器損壞率較高,均表現(xiàn)為內(nèi)漏煤氣;煤氣主管道不銹鋼波紋補(bǔ)償器同樣出現(xiàn)點(diǎn)狀腐蝕,影響到煤氣管道的正常運(yùn)行。根據(jù)生產(chǎn)記錄顯示,在2006年,我公司部分干法除塵系統(tǒng)的波紋補(bǔ)償器壽命最短僅5個(gè)月,平均壽命在8個(gè)月左右。3.2水器鋼板減薄特別是排水器,由于煤氣冷凝水pH值較低(4~5),導(dǎo)致鋼制煤氣排水器鋼板減薄嚴(yán)重,銹蝕漏水,嚴(yán)重威脅著排水器和煤氣管道的正常運(yùn)行。部分管段的頂部放散根部和部分管道壁厚減薄嚴(yán)重,由最初新建時(shí)的8~12mm減薄到1~3mm,有的管道因壁厚太薄甚至無(wú)法實(shí)施鋼板包焊作業(yè)。3.3透平結(jié)垢積鹽原因:nh4cl由于高爐煤氣酸性鹽類含量較多,導(dǎo)致TRT機(jī)組葉片積鹽嚴(yán)重。主要表現(xiàn)為在機(jī)組運(yùn)行中,葉片上極易附著上磚紅色與白色相間的積鹽(如圖2所示)。在煤氣溫度低于120℃,結(jié)垢非常明顯,厚處可達(dá)20mm,局部有脫落。由于葉片上結(jié)垢積鹽的影響,轉(zhuǎn)子在3000r/min的情況下失去平衡,機(jī)組振動(dòng)嚴(yán)重,振動(dòng)值最高達(dá)120μm,不得不停機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)子和葉片清洗。根據(jù)以前運(yùn)行情況看,該機(jī)組結(jié)垢嚴(yán)重時(shí)一個(gè)星期就需清理一次,平均一個(gè)月清理一次。通過(guò)對(duì)干式TRT透平結(jié)垢物取樣分析,發(fā)現(xiàn)垢樣成分為NH4Cl結(jié)晶。葉片積鹽的原因?yàn)?高爐煤氣中富含NH4Cl組分,而NH4Cl相對(duì)密度1.527,350℃升華。加熱到120℃左右開始顯著揮發(fā),337℃時(shí)離解為氨和氯化氫,遇冷重新合成NH4Cl小顆粒顯白色濃霧,在陰雨天吸潮結(jié)塊,水溶液呈酸性,且粘結(jié)性較強(qiáng),易粘結(jié)在設(shè)備表面形成鹽垢。而且此類積鹽還會(huì)對(duì)葉片金屬帶來(lái)腐蝕,對(duì)葉片安全性和機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性帶來(lái)極大的隱患。3.4不銹鋼防爆膜發(fā)生點(diǎn)腐蝕正常情況下,干法除塵筒體頂部防爆膜壽命在3~4年(正常爆裂除外),而由于高爐煤氣的酸性腐蝕作用,使不銹鋼防爆膜出現(xiàn)點(diǎn)狀腐蝕,導(dǎo)致防爆膜提前或在未達(dá)到泄爆壓力時(shí)爆裂,最短的僅2周就異常爆裂。4從設(shè)備的角度進(jìn)行適應(yīng)性改造經(jīng)過(guò)對(duì)高爐煤氣酸性腐蝕性質(zhì)及產(chǎn)生原因的分析,發(fā)現(xiàn)除上述提升高爐冶煉強(qiáng)度、降低高爐冶煉成本技術(shù)的應(yīng)用之外,高爐主要以進(jìn)口礦為原料也是重要原因之一。由于此種生產(chǎn)格局無(wú)法徹底改變,所以,從源頭上消除高爐煤氣的酸性腐蝕性質(zhì)難度較大。故我們從設(shè)備入手,從防護(hù)、控制、延長(zhǎng)壽命等方面對(duì)設(shè)備進(jìn)行適應(yīng)性改造。針對(duì)高爐煤氣酸性腐蝕的現(xiàn)狀,根據(jù)不同的設(shè)備,我們采取了不同的應(yīng)對(duì)措施。4.1采集缺陷材料的防腐技術(shù)及高爐煤氣管道的應(yīng)用熱電廠與制造廠家、高?？蒲袉挝坏裙餐芯?、分析,歷時(shí)半年成功研發(fā)應(yīng)用了新型耐酸性不銹鋼波紋補(bǔ)償器,并逐步在干法除塵及高爐煤氣管道上應(yīng)用。波紋補(bǔ)償器的防腐技術(shù)主要采用254SMo不銹鋼材質(zhì)代替原316L材質(zhì)等。經(jīng)過(guò)技術(shù)革新與改造,在未改變高爐煤氣酸性腐蝕性質(zhì)的前提下,高爐煤氣系統(tǒng)的不銹鋼波紋補(bǔ)償器壽命大大延長(zhǎng),自2006年更換至今(3年),未發(fā)現(xiàn)一處補(bǔ)償器腐蝕現(xiàn)象,效果明顯。首秦鋼廠則采用了Incoloy800材質(zhì)的不銹鋼波紋管補(bǔ)償器,也取得了一定效果。4.2加強(qiáng)煤氣管道的保護(hù)對(duì)于煤氣管道的防腐,有些兄弟單位已進(jìn)行了嘗試并有自己的處理方法,如濟(jì)鋼采用了低氯燒結(jié)助劑、在高爐煤氣進(jìn)入管網(wǎng)前噴灑堿液、管道采用硅膠內(nèi)襯等方法來(lái)消除,濟(jì)源鋼廠也進(jìn)行了相應(yīng)的防護(hù)措施。由于高爐煤氣管道及附屬設(shè)備數(shù)量較多,對(duì)于煤氣管道的重要部位,如鍋爐用戶等處,在管道內(nèi)壁進(jìn)行內(nèi)部防腐。對(duì)于其他部位,定期測(cè)量壁厚,發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié),及時(shí)進(jìn)行包覆,消除煤氣泄漏危險(xiǎn);對(duì)于煤氣排水器,采用保溫免伴熱玻璃鋼排水器代替普通鋼制排水器,不僅起到了防腐作用,冬季還節(jié)省了大量伴熱蒸汽。4.3干法阻垢劑的主要成分及其技術(shù)指標(biāo)為解決TRT機(jī)組葉片積鹽問(wèn)題,熱電廠、技術(shù)研發(fā)中心與陜鼓共同研發(fā)試驗(yàn)了干式TRT的阻垢劑技術(shù)。該技術(shù)利用阻垢劑在TRT入口前掩蔽和抑制氯化銨積鹽的形成,同時(shí)在葉片上形成保護(hù)膜,對(duì)煤氣中酸性氣體和灰塵對(duì)葉片的腐蝕沖刷起保護(hù)作用。干式阻垢劑主要成分:雜環(huán)有機(jī)胺、咪唑啉、表面活性劑。干式阻垢劑的技術(shù)指標(biāo)如下:外觀:淺黃色液體;密度:0.90~1.10g/cm3;pH值(1%水溶液):8.0~10;溶解度:油溶水分散。4.4安全泄壓閥系統(tǒng)針對(duì)防爆膜易腐蝕損壞的現(xiàn)狀,并考慮到運(yùn)行點(diǎn)檢人員的人身安全,將防爆膜更換改造為安全泄壓閥(彈簧式安全閥),消除了因高爐煤氣腐蝕而導(dǎo)致防爆膜頻繁爆裂的隱患。5試驗(yàn)研究階段與廠家聯(lián)合研制成功254SMO材質(zhì)補(bǔ)償器后,2006年7月首先在銀前1#1000m3高爐9#干箱筒體出口進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。經(jīng)半年試驗(yàn)后,在補(bǔ)償器上未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象,隨后利用高爐休風(fēng)機(jī)會(huì),在萊鋼全部8座干法除塵高爐煤氣管道相關(guān)補(bǔ)償器進(jìn)行了幾十個(gè)補(bǔ)償器更換,總費(fèi)用為2600萬(wàn)元。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù),在萊鋼當(dāng)前的煤氣環(huán)境下,該系列補(bǔ)償器平均壽命可達(dá)5年以上。同時(shí),對(duì)于TRT葉片消除積鹽的研究也相應(yīng)展開。由公司技術(shù)研發(fā)中心、陜鼓和我廠相關(guān)專業(yè)人員在銀前1#TRT共同進(jìn)行了為期117天的試驗(yàn),在試驗(yàn)期間,未發(fā)生因葉片積鹽導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)升高而停機(jī)的現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)束后,經(jīng)開缸檢查,發(fā)現(xiàn)葉片藥劑保護(hù)膜分布均勻(如圖3所示),未發(fā)現(xiàn)積鹽現(xiàn)象,效果較好。該裝置投運(yùn)以來(lái),TRT機(jī)組運(yùn)行周期可延長(zhǎng)到5個(gè)月甚至更長(zhǎng)。該加藥裝置,設(shè)備總投資為6萬(wàn)元/套,運(yùn)行費(fèi)用為20萬(wàn)元/年。對(duì)于高爐煤氣管道排水器,采用了保溫免伴熱玻璃鋼排水器代替原鋼制排水器。首先在銀前加壓站入口高爐煤氣管道上進(jìn)行了試驗(yàn)。2007年冬季,在室外溫度為-15℃時(shí),該排水器內(nèi)的煤氣冷凝水溫度還能保持了10℃左右,完全滿足冬季排水器正常運(yùn)行的要求。此種排水器單個(gè)造價(jià)為0.6萬(wàn)元,壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便,且冬季不用保溫伴熱。對(duì)于高爐煤氣管道,建立了定期壁厚測(cè)量制度,隨時(shí)掌控煤氣管道壁厚變化情況,加強(qiáng)專業(yè)點(diǎn)檢,及時(shí)對(duì)薄壁管道進(jìn)行鋼板包覆,延長(zhǎng)管道壽命,確保運(yùn)行安全。對(duì)于干法除塵筒體安全閥的改造,在確保安全閥的穩(wěn)定性和可靠性及滿足筒體安全泄壓的基礎(chǔ)上,在1000m3高爐和1880m3高爐進(jìn)行了同步試驗(yàn),試驗(yàn)完成后再各個(gè)高爐同步展開替換工作,每臺(tái)安全閥成本為0.3萬(wàn)元。6節(jié)約補(bǔ)償器系統(tǒng)的費(fèi)用經(jīng)過(guò)近3年的高爐煤氣酸性腐蝕防控技術(shù)改造,使當(dāng)前萊鋼高爐煤氣系統(tǒng)處于穩(wěn)定、安全的運(yùn)行狀態(tài),并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。雖然254SMO材質(zhì)的不銹鋼波紋補(bǔ)償器花費(fèi)了大量資金,但帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是非常巨大的:到目前為止,254SMO材質(zhì)的不銹鋼波紋補(bǔ)償已安全運(yùn)行了32個(gè)月,未發(fā)現(xiàn)一起腐蝕現(xiàn)象。從2006年7月~2008年2月的費(fèi)用統(tǒng)計(jì)來(lái)看,每年干法除塵系統(tǒng)與煤氣管網(wǎng)補(bǔ)償器系統(tǒng)應(yīng)用這種新材質(zhì)所節(jié)省的費(fèi)用約在420萬(wàn)元以上,按5年計(jì)算,就可節(jié)約補(bǔ)償器備件資金2000余萬(wàn)元。若再考慮因補(bǔ)償器損壞給高爐造成的影響,經(jīng)濟(jì)效益無(wú)法估量。采用TRT葉片阻垢技術(shù)后,TRT機(jī)組停機(jī)檢修周期從2個(gè)月延長(zhǎng)到5個(gè)月甚至更長(zhǎng),停機(jī)次數(shù)至少減少3次,且有效遏制了TRT機(jī)組葉片的積鹽現(xiàn)象,減少了機(jī)組振動(dòng),保護(hù)了機(jī)組及相關(guān)設(shè)備。以8000kW的機(jī)組(每天發(fā)電10萬(wàn)kW·h)為例,每次停機(jī)定修為3天,現(xiàn)可多發(fā)電90萬(wàn)kW·h,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益45萬(wàn)元。機(jī)組越大,效益越明顯。再加上對(duì)機(jī)組的保護(hù)和機(jī)組相關(guān)設(shè)備,如軸瓦、葉片等損壞的減少,經(jīng)濟(jì)效益更加突出。對(duì)于高爐煤氣管道即附屬設(shè)施的腐蝕防控改造,在保障煤氣管道正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了投入最少、效果最好的目標(biāo)。保溫免伴熱玻璃鋼排水器的應(yīng)用,在克服煤氣冷凝水酸性腐蝕的基礎(chǔ)上,還節(jié)約了大量蒸汽伴熱,據(jù)統(tǒng)計(jì),一年萊鋼可節(jié)約蒸汽伴熱2000余t,經(jīng)濟(jì)效益約30萬(wàn)元。對(duì)于防爆膜的改造,根據(jù)以往記錄,每年每套干法除塵平均消耗防爆膜20余片(每片0.2萬(wàn)元),現(xiàn)改為安全泄壓閥后,不僅能滿足生產(chǎn)需要,節(jié)約備件成本,更重要的是保證了高爐頂壓穩(wěn)定,消除了運(yùn)行人員點(diǎn)檢的人身安全風(fēng)險(xiǎn),收到了較好的效果。7高爐煤氣緩蝕劑的試驗(yàn)研究經(jīng)過(guò)近3年的不懈努力,萊鋼干法除塵高爐煤氣管網(wǎng)及