宁波钢铁有限公司 浙江宁波 315800
摘要：某钢厂高炉煤气管道于2007年5月投运已有13年之久，该管道运行压力8KPa，存在以下问题：管道底部腐蚀严重，出现高频次的点状穿孔现象，导致煤气泄漏。特别是位于炼铁中路的高炉煤气总管（管径：φ3020），严重影响周边环境及人身安全。虽已多次进行带压堵漏处理，但其费用昂贵，检修成本大幅增加。煤气管道的泄漏会对其区域安全危害极大，特别容易发生重大人身伤害事故。因我公司地域狭小，煤气管道所处区域人员相对密集，发生煤气泄漏事故若没在第一时间发觉，后果不堪设想。制定长期有效的施工方案刻不容缓。
关键词：高炉煤气主管道；泄漏包覆加固处理
1高炉煤气主管道腐蚀机理
1.1高炉煤气介质成分
高炉煤气成分包括N2、CO、CO2、SO2、NOx以及尘粒(包括Cl-、CO32-、SO32-、Fe3+、Ca2+、Mg2+等)。其中气体中CO2、SO2、NOx均为酸性气体，尘粒中CaCl2、MgCl2、FeCl3等均为强酸弱碱盐。这些酸性气体和酸性盐在（干法）TRT出口高炉煤气喷淋降温后溶解到机械水以及煤气冷凝水中。
1.2管道腐蚀
目前国内大型高炉煤气净化系统均投运干法、TRT发电后，TRT后部管道煤气冷凝水呈现强酸性，pH值最低达到1以下，管道设施均出现严重腐蚀。高炉煤气管道本身金属腐蚀主要为:化学腐蚀、电化学腐蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀。
1)煤气中的硫化氢、二氧化碳、氧、硫化物或其他腐蚀性化合物直接和金属起作用，引起化学腐蚀；
2)水在管道内壁生成一层亲水膜，形成了原电池腐蚀的条件，产生电化学腐蚀；
3)在管道连接处、衬板、垫片、管道焊缝(尤其是单面焊缝)处、设备污泥沉积处、腐蚀产物附着处、金属涂层破损处等，易产生缝隙腐蚀；
4)高炉煤气中的氯化物、溶液中的氯离子、硫化物是不锈钢产生应力腐蚀的重要原因；湿的一氧化碳、二氧化碳混合气(高应力)、硫化氢、硝酸盐溶液、碱液等对碳钢低合金钢产生应力腐蚀。
高炉煤气管道腐蚀机理可用如下化学方程式表示：
S03+H20→H2S04，SO2+H20→H2SO3
Fe+H2S04→FeSO4+H2，Fe+H2SO3→FeSO3+H2
Fe+2HCL→FeCL2+H2等。
冷凝水中的Fe2+就来自酸对管道的腐蚀。
2.高炉煤气管道包覆加固处理实践
2.1方案制定
1)委托专业的施工队伍（上海金艺检测技术有限公司）对泄露严重的炼铁中路高炉煤气管道进行检测。该段管道全长464米，管径φ3020，采用超声波C扫检测管道底部2米距离（管道弧长）进行检测分析：
A、9个检测部位管道下部（22次扫查）实测最小厚度为：3.96mm～7.92mm。其中2#、3#、4#（包括10#检测加点）、5#、8#检测部位实测最小壁厚小于5mm（公称壁厚的二分之一），分别为4.21mm、4.33mm、4.08mm、4.21mm、3.96mm；
B、3个检测部位管道上部（3次扫查）实测最小厚度为：4.87mm、6.37mm、7.13mm；
C、管道下部的壁厚减薄量大于同部位的管道上部；
D、从实测最小厚度、厚度（剩余壁厚）分布范围来看，2#、3#、4#（包括10#、11#检测加点）、5#、8#检测部位的管壁减薄相对严重。
2)方案制定
根据上海金艺检测技术有限公司出具的《宁波煤气管道检测报告》。报告中提出“相似的工况条件，即同规格、同工作压力、水平管段，最小允许壁厚为3.2mm”。其中8#检测点--支架635#-2部位的检测数据，检测面积300mm×2000mm，实测最小壁厚3.96mm，鉴于管道底部壁厚减薄的厉害，结合柜内兄弟企业煤气管道处理经验，故决定本次炼铁中路高炉煤气管道项目方案采用6mmQ235钢板，对炼铁中路464米高炉煤气管道底部1/3截面贴板焊接包覆，对现有管道进行修补加强
3）强度校验
该项目中高炉煤气管道（φ3020x10）敷设过程中，最大敷设跨距为24米。煤气管道上有其他管道（氧气、蒸汽管道等）在其上进行敷设。高炉煤气管道跨距计算主要参考《钢铁企业燃气设计参考资料—煤气部分》和《动力管道设计手册》中的公式和资料。
A、跨距计算
为考虑修补后高炉煤气管道的运行的整体性及管道强度、刚度等。本工程中贴板厚度采用6mm或8mm进行核算，核算壁厚见后面。本工程最终选取6mm厚钢板进行修补。其中1/3包的高炉煤气管道上：6mm厚贴板在每米管道上净重155.43Kg。
计算荷载：q=1650+450+64+265*2+200+1000=3894Kg/m
操作荷载：qc=943+156+64+265*2+200+1000=2896Kg/m
其他管道计算荷载：qg=450+64+265*2+200+1000=2244Kg/m
查表得：Z=63890（cm3）.png)
[τ]=550(Kg/cm2)；单面焊φ=0.8；E=2.1×106（Kg/cm2）
本工程高炉煤气管道跨距的计算按有外加管道的跨距计算公式进行计算。
管道跨距：.png)
式中：kb—均布荷载弯矩系数，对中间跨k=0.1，对于端跨k=0.125；
qb—煤气管道的基本计算荷载（Kg/m）；
kj—集中荷载下的弯矩系数；
qg—外加管道荷载及预留荷载（Kg/m）；
DN3020X10高炉煤气管道按均布荷载计算，qb=1650Kg/m，k=8，即kb=0.125。
其他管道按跨中为两支点的集中荷载计算，qg=2244Kg/m，根据《钢铁企业燃气设计参考资料—煤气部分》中表4-8，kj=0.111。
故
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=36米
当管道附加厚度6mm钢板时：
.png)
=35.5米
故高炉煤气管道（1/3包）段满足实际最大跨距24米。
2.2实施后效果
截止完稿之日，炼铁中路高炉煤气管道包覆工程已结束4个月，到目前为止，该段高炉煤气管道再未发生过腐蚀穿孔现象，对于场地狭小的某钢铁公司杜绝了巨大的安全风险。但煤气管道包覆加固处理只能是一种没有办法的办法，短时间内不停机维持生产。若生产条件允许时，还是要择机更换。高炉煤气管道的腐蚀问题还要从源头上、工艺上、材料上、防护上等各个方面综合考虑防范。
参考文献
[1]官习艳马作仿熊树林，高炉煤气管道的腐蚀及预防措施，钢铁技术，2011年第4期
A，U9V
论文作者:张天寿,梁明明,李学标
论文发表刊物:《基层建设》2019年第30期
论文发表时间:2020/3/16
标签：高炉论文; 管道论文; 煤气管道论文; 煤气论文; 荷载论文; 跨距论文; 厚度论文; 《基层建设》2019年第30期论文;