摘要：在钢铁企业炼铁过程中产生的可燃气体就是高炉煤气。其主要成分包括N2、CO和CO2等气体，发热值为3000~3800kJ/m3，平均产气1400~1800m3/t（铁），是一种发热值很低的煤气。它的大致成分含量为二氧化碳6%~12%、一氧化碳28%~33%、氢气1%~4%、氮气55%~60%、烃类0.2%~0.5%及少量的二氧化硫，它的含尘浓度10~50g/m3，产尘量平均为50~75kg/t（生铁）。粉尘粒径在500μm以下，主要是铁、氧化亚铁、氧化铝、氧化硅、氧化镁和焦炭粉末，还有少量的氯化物和硫酸盐、碳酸盐。高炉煤气利用前一般需要进行除尘，为了强化节能降耗与能源回收利用的效果，现在国内外钢铁企业大多都将传统的湿法除尘系统改成了布袋干法除尘系统，并且取得了很好的经济效益。但煤气管道及不锈钢管件氯根的腐蚀现象却变得比以往更加严重，腐蚀严重时甚至会导致管道穿孔、开裂而使煤气泄漏，影响了生产的安全和经济性。
关键词：高炉煤气管道；不锈钢管件氯根腐蚀；解决措施
引言
近几年，钢铁行业中应用最为广泛的除尘设备就是干法除尘装置。受干法除尘工艺影响，高炉煤气中的Cl-、S-2无法通过洗涤方式在除尘工序中被溶解、稀释、外排，而是通过管网带到了用户端。由于高炉煤气的温度在输送和使用过程中存在较大的变化，温度降低幅度大约在20~30℃，因此，煤气中大量的饱和水被析出，Cl-、So4-2溶解到冷凝水中就形成了腐蚀性很强的酸性水溶液。酸性水溶液在管道底部流动或沉积，并与管道内壁金属表面的Fe2O3保护膜发生化学反应，从而破坏保护层结构，形成腐蚀产物层，该层又很容易脱落，脱落后在管道内壁局部区域形成腐蚀坑，在初始腐蚀坑处更容易积聚酸性水溶液，导致腐蚀坑向深处发展，最终可能导致管壁腐蚀穿孔，从而引发设备停机，乃至安全事故。
1高炉煤气氯根（Cl-）主要来源
一般情况下，氯元素在高炉原料矿含量较高，而且构成成分复杂且多变，主要为：（1）生产工序中的浓盐水大部分被用于高炉INBA冲渣或原料厂喷洒降尘，这些水资源回收利用举措加大了高炉煤气Cl-含量，加剧了高炉煤气有害成分对相关设备设施的腐蚀。（2）为了改善高炉炉况，部分高炉原料均被加工成球团，而为了利于成型，同时提高球状（粒状）原料的硬度，含氯的添加剂正在被普遍使用，含氯添加剂的使用在一定程度上也使得高炉煤气中的氯根含量进一步增高。
2高炉煤气管道容易受到腐蚀的部位
高炉煤气管道中，Cl-、SO4-的腐蚀遍布各处：（1）在高炉煤气余压回收透平电装置（TRT）喷水点后的管道及U形水封排水器处腐蚀最为严重。（2）发生腐蚀的部位多为水平管道的下部和其它与煤气冷凝水接触的部位。（3）燃气（工业高炉煤气）锅炉煤气管道上使用的不锈钢金属软管及波纹管补偿器，由于管道中的煤气冷凝液不能及时外排，并且不断受到锅炉高温浓缩，冷凝液中的氯根含量可以达到10×104mg/l，这种高浓度的冷凝液对锅炉煤气管道上使用的不锈钢金属软管及波纹管补偿器具有强烈的腐蚀作用，部分不锈钢金属软管及波纹管补偿器使用寿命甚至无法超过15天。
3高炉煤气管道及不锈钢管件氯根腐蚀的解决措施
3.1使用防腐新材料
选择高抗腐蚀性的材料制作管件或者选用复合材料的管件也是目前最为有效的抵抗氯根腐蚀解决方案。经过查阅相关资料，可选用254SMo替代304、316L不锈钢来制作不锈钢管件。
254SMo具有以下优点：（1）具有很强的抗点腐蚀能力和抗晶间腐蚀能力，具有较高的PRE（耐点腐蚀能力指数）值和CPT/CCT（临界点/缝隙腐蚀温度）值。（2）这种牌号的不锈钢是为专门用于诸如海水等含有卤化物的环境中而研制和开发的。广泛用于高浓度氯离子介质、海水等苛刻工况环境。在酸性介质的各种工业场合，特别是在含卤化物的酸中，254SMO要远远优于其它不锈钢，甚至在某些情况下可以和哈氏合金以及钛相媲美。因此，该钢抵抗氯根腐蚀的能力远远要优于普通不锈钢，特别适合用于高炉煤气系统。（3）254SMO在略高的温度下，在高浓度氯根环境下，也具有很高的耐缝隙腐蚀的性能。（4）由于254SMO具有较高的含氮量，因此其机械强度比其他种类的奥氏体不锈钢要高。此外，254SMO还具有很高的延展性和冲击强度以及良好的可焊接性。
3.2改造管道系统，避免氯根在管道内聚集、浓缩
为了及时将含氯冷凝水外排，应当增强高炉煤气管网的排水功能。对主管网中排水设施、水封设施设计不合理的部分进行整改；在用户端，如锅炉、轧钢加热炉，炉前管道布置必须合理，减少水平管道数量，加大水平管道的坡度，避免高炉煤气冷凝液停留聚集。可采取将管件尽可能地安装在立管上的管道布置方式；炉前管道应当设置排液管。
3.3采用复合结构的波纹管补偿器
这种结构补偿器是一种实用型的新型波纹管补偿器，具有成本低廉、防腐效果好的突出优点。其基本结构如图1、2所示。
图1复合波纹管补偿器结构示意图
图2局部放大
图中：1.端管；2.波纹管；2-1.耐蚀不锈钢层；2-2.聚四氟乙烯层；2-3.低碳素结构钢层；3.法兰；4.螺栓；5.密封圈；6.圆弧过度角。
耐腐蚀波纹管补偿器包括波纹管、端管与法兰，法兰对称设置在波纹管的两侧，端管对称设置在两法兰外侧，波纹管为三层复合结构，外层为耐蚀不锈钢层，中间层为聚四氟乙烯层，内层为低碳素结构钢层。法兰包括内法兰与外法兰，聚四氟乙烯层的两端分别加持在内法兰与外法兰之间，耐蚀不锈钢层的两端分别焊接在内法兰的端面，低碳素结构钢层贴合在聚四氟乙烯层内。聚四氟乙烯层与外法兰之间设置环形的橡胶密封圈。聚四氟乙烯的C-F化学键的具有高度的化学稳定性，对强酸、强碱、强氧化剂、有机溶剂均耐腐蚀，用于膨胀节中，起防腐蚀的作用。内层使用低碳素结构钢层，其防止聚四氟乙烯层移位，起到支撑骨架的作用。外层为耐蚀不锈钢层，起到承压、补偿、密封、防腐蚀的作用。中间层较长，可伸入加持法兰，可防止连接点的腐蚀。这种补偿器可以广泛适用于-100℃至250℃的环境中，适用温度范围较宽，完全可以满足钢铁行业高炉煤气系统抗氯腐蚀要求。同时，由于各部件选用材料均为行业常用料，因此造价较低，具有较高的经济型。
3.4控制源头，减少进入高炉煤气的氯根含量
为了避免Cl-在整个炼铁生产工艺中循环浓缩，应当从根本上解决氯根外排问题，即从高炉原料环节即开始采取措施，以降低进入高炉的氯根含量。原料降尘喷洒尽量不用或者少用浓盐水或其它含氯水。高炉原料在制粒过程中，选用其它添加剂代替含氯添加剂，以避免增加进入高炉煤气的氯根含量。
结语
解决高炉煤气中腐蚀成份对金属部件的腐蚀问题，可以采取五种解决方法或几种方式的组合，有的方式具有简单、经济、见效快的特点。在解决这一问题时，还需要认真结合现场实际，并且系统分析，然后选择适合本企业特点的解决方案，以确保高炉煤气系统安全、稳定、连续运行，为企业创造最大的经济效益。
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论文作者:樊丽娜
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/14
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