2、腐蚀机理

由于高炉煤气腐蚀源主要是HCl，冷凝析出后成PH值为1～2的酸性强的液体，因此，高炉煤气管道内的腐蚀以电化学腐蚀中的析氢腐蚀为主。金属电化学腐蚀方式如表3所示。

HCl和H₂S溶于水，在水溶液中产生电离，从而产生析氢腐蚀：

HCl→H⁺+Cl^-         Fe-2e=Fe²⁺

H₂S→H⁺+HS^-     2H⁺+2e^-=H₂↑

HS^-→H⁺+S^2-      

 Fe²⁺+ S^2- →FeS ↓      Fe²⁺+2Cl^-→FeCl₂ ↓

H⁺与一个水分子络合，成为H₃O⁺，使得水溶液显酸性：

HCl + H₂O →H₃O⁺ +Cl^-

稀盐酸能够溶解许多金属，生成金属氯化物与氢气：

M +nHCl → MCln+1/2nH₂

表3    金属电化学腐蚀方式

  从腐蚀反应自由能的变化△G来看，电化学腐蚀是容易产生的。△G＜0，能发生腐蚀反应，负值越大，表示越容易反应，金属越不稳定；△G＞0，不能发生腐蚀反应，正值越大，表示金属越稳定。

在25℃和一个大气压下，在不同的介质中，铁的腐蚀反应自由能变化为：

在PH=0的酸性水溶液中：

             2H⁺+Fe=Fe²⁺+H₂↑    △G= -84.85 KJ/mol

在空气中接触PH=7的纯水中：

             2Fe+2H₂O+O₂=2Fe(OH)₂    △G= -244.41 KJ/mol

在空气中接触PH=14的碱性水溶液中：

          Fe+1/2O₂+OH^-=HFeO₂^-        △G= -236.97 KJ/mol

可见，上述腐蚀反应自由能的变化△G均为较大的负值，说明这些腐蚀反应是比较容易产生的。

铜在无氧的纯盐酸中，△G大于0，所以不产生腐蚀：

         Cu+2H⁺=Cu²⁺+H₂ ↑       △G= 64.91 KJ/mol

但是，铜在有氧的纯盐酸中，△G小于0，所以容易产生腐蚀：

         Cu+1/2O₂+2H⁺=Cu²⁺+H₂ O       △G= -171.67 KJ/mol

镍在25℃和一个大气压下，无氧的纯硫酸溶液中，也容易产生腐蚀：

         Ni+2H⁺=Ni²⁺+H₂↑     △G= -48.2 KJ/mol

另外，再从铁在不同PH值的水溶液中的电位图分析，如图1所示，可以看出:电位在负的0.6V以上，PH值在9以下，铁都容易被腐蚀。铁失去电子的电位只有负的0.414伏。

         Fe=Fe²⁺ +2e     E=-0.44 V

铜在不同PH值的水溶液中的电位图，如图2所示。可见其难于腐蚀。

        Cu=Cu²⁺ +2e      E=+0.34 V

各种金属电位表如表4所示。镁、铝、锌的电位比铁低很多，更容易腐蚀。

3、腐蚀部位

高炉煤气干法除尘减压降温后的主要腐蚀部位有：热风炉煤气管道及阀门；调压阀组后的管道及波纹管；TRT发电转子叶片及其后的管道与波纹管；净煤气管道及其波纹管。各部位的腐蚀状况如下列图片所示^[1]。腐蚀以局部腐蚀为主，形式有管道内壁的点腐蚀、焊缝及法兰连接及阀门密封面处的缝隙腐蚀、316L和800系列不锈钢波纹管的晶间应力腐蚀、不锈钢氯脆的应力腐蚀开裂、TRT叶片积盐腐蚀等。

4、防止腐蚀措施

高炉煤气正常情况下一般含水在50g/Nm³左右，当炉顶温度过高时要喷水降温，此时煤气含水在200～500 g/Nm³左右。气体的露点随着压力升高而升高，通过计算可知，即使在高炉炉顶打水降温煤气的情况下，高压煤气温度在80～110℃下也不会有冷凝水，所以，高压煤气管网腐蚀不明显；通过TRT或减压阀组后的低压煤气正常温度在60℃左右，在高炉炉顶打水降温煤气的情况下，就容易析出冷凝水，酸性物质溶于水，从而造成低压煤气管网系统明显腐蚀。

表5计算了不考虑HCI含量时，不同压力与湿度下煤气的露点温度。可见，在实际工况煤气压力10 KPa、喷水降温后煤气含水200g/Nm³，煤气露点约60℃，所以煤气会有冷凝水析出。

　　高炉煤气含水量和HCI含量增加，煤气露点温度升高。在煤气压力为10kPa、煤气含水约200g/Nm³、HCI含量约500mg/Nm³的工况下，煤气的露点为约66℃。实际生产中，通过TRT或减压阀组后的低压煤气正常温度在60℃左右，即使不喷水冷却，煤气也会有冷凝水析出，从而造成腐蚀。

原料如表2所示的国内某炼铁厂，布袋净化后煤气中氯浓度约300mg/Nm³，经过喷淋塔喷水55～60t/h降温后，煤气温度降至50℃左右，饱和水量约100 mg/Nm³，煤气中HCI的脱除率约为26.6%～29%，还有约70%的HCI残留在净煤气中，入管网煤气HCI的浓度约212～220 mg/Nm³，煤气露点约为52℃，可见，喷淋塔后的净煤气依然会析出冷凝水而造成腐蚀。这也说明了仅仅靠喷水脱除煤气中HCI是有限的，解决不了腐蚀问题。

盐酸可以与氢氧化钠酸碱中和：

HCl +NaOH → NaCl + H₂O

于是在煤气中喷人浓碱，期望解决腐蚀问题。有的在TRT后的煤气管中喷入，有的在喷淋塔上层喷入，有的二者并用。使用效果因原燃料等条件不同而不同，但是，多数在喷入装置和煤气管网上都还存在问题。喷入装置上表现为喷碱管路与设备腐蚀严重、喷头堵塞、浊环水管路堵塞等。煤气管网上的各种腐蚀现象依然成隐患。为此，有的在净煤气管道上采用环氧玻璃鳞片保护法，费用按200元/m²计，2m直径1公里的煤气管道总费用约126万元，但也只管5年左右；有的波纹补偿器材质由316L不锈钢改为价格更贵的254SMo，或者双向不锈钢，或者铜材质；阀门密封面材质由D547Mo或D507MoNb合金改为EY22090MoW合金材质。

为解决TRT叶片积盐腐蚀，有的半个月一周前用水洗清理叶片上约10～15mm的结垢；有的加入TRT专用缓蚀阻垢药剂，药剂含有：环己胺、乙醇胺、吗啉盐、脲胺盐、炔氧甲基胺季铵盐、丙炔醇、HPMA、甲醇等，加药浓度为60～70g/（万m³高炉煤气），最大100g/（万m³煤气），控制目标是煤气冷凝水PH在5.0～6.5之间，取得了比较好的效果^[3]。

5 结语

以上提高材质、水稀释、碱中和等措施，虽然取得了一定效果，但是还没有消除隐患。在尽量降低高炉原燃料中氯离子含量的同时，还需要在脱除氯离子的装置上进一步完善。如:提高水雾化效果和改善煤气流分布，以提高煤气与水雾的碰撞率；提高浊环水污泥沉积效果，降低管道和喷嘴堵塞；新增煤气冷凝水PH值自动检测和自动调节喷碱量及喷水量的装置，使冷凝水PH值稳定在6以上，尽量消除目前冷凝水PH值波动大的现象。

干法高炉煤气的腐蚀是电化学腐蚀，仅仅依靠物理方法来解决腐蚀问题是难于彻底的。从腐蚀机理可以看出，利用电位更低的金属镁、铝或锌等作为阳极，用电化学防腐的措施，是投资少、运营成本底、安全性更好的解决办法。

6 参考文献

[1] 张琰. 干法除尘高炉煤气的管道腐蚀机理与防护对策研究，东北大学硕士论文，2014:11-14.

[2] 徐萌,李增朴等. 迁钢2号高炉干法除尘系统氯腐蚀控制的研究[J].炼铁，2009.10,Vol.28(5):37-40.

[3] 张虎. 高炉煤气TRT缓蚀阻垢剂的研制与配方设计，江汉大学硕士论文，2015:66.