張佳男
（天津天鐵冶金集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠，河北涉縣 056404）
[摘 要] 分析了天鐵公司鐵前新區(qū) 6# 高爐煤氣中酸性介質(zhì)產(chǎn)生的原因、酸性介質(zhì)溶于冷凝水后對(duì)高爐煤氣管網(wǎng)和下游用戶設(shè)備的腐蝕情況。為減少和消除腐蝕危害，采用了噴堿除氯的方法高爐煤氣進(jìn)行處理。介紹了該方法的設(shè)計(jì)方案、裝置組成、工藝流程和特點(diǎn)。
[關(guān)鍵詞] 高爐；煤氣；腐蝕；噴堿；除氯
0 引言
天鐵集團(tuán)鐵前新區(qū) 6# 高爐于 2009 年建成投產(chǎn)，高爐煤氣凈化系統(tǒng)采用干法布袋除塵，經(jīng)干法布袋除塵后的高爐煤氣會(huì)富集酸性離子以及金屬離子，而天鐵 6# TRT 或調(diào)壓閥組出口處的煤氣溫度多在 80~100℃，隨著煤氣遠(yuǎn)距離輸送后溫度降低，導(dǎo)致冷凝出酸性液體或凝結(jié)鹽垢，致使對(duì)我廠外部輸送管道及附件和后續(xù)用戶設(shè)備造成腐蝕。
1 腐蝕問(wèn)題影響
（1）煤氣管網(wǎng)腐蝕，使高煤管道壁厚下降，易形成砂眼泄漏；（2）主管線沿線冷凝水排水器本體及閥門等附件結(jié)垢生銹，腐蝕后使排水器使用壽命下降且易泄漏；（3）高爐煤氣管網(wǎng)沿線波紋補(bǔ)償器腐蝕，對(duì)波紋段及碳鋼連接段均有腐蝕造成泄漏點(diǎn)；（4）腐蝕問(wèn)題對(duì)于下游用戶也有較大影響，尤其是以高爐煤氣為熱源燃燒的設(shè)備，如燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)忮仩t、高爐熱風(fēng)爐等的燃燒室噴嘴結(jié)垢堵塞，使熱效率降低，增加了設(shè)備維修成本和使用成本；（5）對(duì)煤氣加壓站的升壓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子造成腐蝕進(jìn)而降低工作效率，增加了運(yùn)行和維護(hù)成本。為防范管網(wǎng)和運(yùn)行設(shè)備因腐蝕發(fā)生煤氣泄漏造成安全事故，延長(zhǎng)管網(wǎng)和設(shè)備的使用壽命，降低成本，因此去除或降低腐蝕影響極為重要。
2 腐蝕原因分析
高爐煤氣管網(wǎng)及相關(guān)設(shè)備的腐蝕主要為酸性介質(zhì)造成的，其來(lái)源主要有 3 個(gè)方面：（1）在高爐生產(chǎn)時(shí)的高溫環(huán)境中，會(huì)使為降低焦比而噴吹的煤粉中的硫元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而產(chǎn)生的氣體硫化物如H2S、SO2、SO3 等將混入煤氣中，含硫物質(zhì)溶于煤氣 冷凝水中后將形成 S2-、SO2- 3 、SO2- 4 離子，形成酸性溶液；（2）高爐燒結(jié)礦為提高強(qiáng)度，多使用CaCl2 等含氯輔料，其高溫下分解會(huì)使大量 Cl-等腐蝕性物質(zhì)進(jìn)入高爐煤氣中，遇水后形成強(qiáng)酸性溶液；（3）進(jìn)口原料礦的使用，因其在選礦時(shí)大量的使用海水，會(huì)使海水中的含有硫酸根和氯根離子物質(zhì)進(jìn)入到煉鐵原料中，另外，在海運(yùn)的過(guò)程中也會(huì)噴灑海水，這些含有 SO24 和 Cl-的物質(zhì)在高爐生產(chǎn)時(shí)會(huì)混入高爐煤氣中。
3 應(yīng)對(duì)措施
3.1 傳統(tǒng)處理措施
（1）對(duì)于高煤管網(wǎng)腐蝕，在設(shè)計(jì)時(shí)加厚高爐煤氣管道壁厚，當(dāng)出現(xiàn)砂眼時(shí)，在高爐煤氣管道漏點(diǎn)打瓦，而針對(duì)較大區(qū)段管道壁腐蝕變薄的在管道底部采取重新包裹處理；（2）冷凝水排水器作為冷凝水的直接回收裝置，延線管網(wǎng)上排水器 100 多個(gè)，需每日安排人員巡查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)補(bǔ)救或組織更換；（3）波紋管補(bǔ)償器的材質(zhì)升級(jí)，采用更耐氯離子腐蝕的 Incoloy825 材質(zhì)制作不銹鋼波紋管，能使其壽命略有提高，但設(shè)備成本昂貴，且無(wú)法解決根本問(wèn)題，在波紋管出現(xiàn)較大腐蝕點(diǎn)后，或者離線更換，或者在線進(jìn)行整體包覆，施工難度大，資金投入成本高。
3.2 天鐵鐵前新區(qū)高爐煤氣噴堿除氯技術(shù)的引入應(yīng)用
3.2.1 高爐煤氣脫除酸性介質(zhì)設(shè)計(jì)方案
高壓凈煤氣經(jīng)減壓閥組或 TRT 發(fā)電后，煤氣溫度仍維持在 80~100 ℃，煤氣輸送途中隨著溫度降低，在管網(wǎng)內(nèi)析出大量冷凝水，酸性物質(zhì)溶于水后可形成酸液。因此，考慮將高爐煤氣中的酸性介質(zhì)在并入管網(wǎng)之前脫除，而去除高爐煤氣中酸性介質(zhì)最簡(jiǎn)單有效的方法就是利用酸堿中和反應(yīng)原理向其中噴灑堿液，使煤氣中溶于水里的酸性介質(zhì)被堿液中和后，pH 值控制在 7 左右的冷凝水沿排水器排出。為提供一個(gè)酸性介質(zhì)與堿液反應(yīng)的場(chǎng)所，建設(shè)了一臺(tái)噴堿洗氯脫水裝置。
3.2.2 天鐵 6# 高爐煤氣脫除酸性介質(zhì)設(shè)計(jì)參數(shù)
噴堿塔煤氣處理量：270 000Nm3 /h；
高爐煤氣含濕量：約50 g/Nm3；
入塔煤氣溫度：~80℃（最大按 110℃考慮）；
出塔煤氣溫度：48~55 ℃；
入塔煤氣壓力：9~13 kPa；
出塔煤氣壓力：7~11 kPa；
煤氣冷凝液 pH 值：6~7.5；
機(jī)械水含量：約5 g/Nm3；
塔體運(yùn)行阻力：約3 kPa。
3.2.3 天鐵高爐煤氣噴堿除氯裝置簡(jiǎn)述
作為高爐煤氣噴堿洗氯裝置的噴堿塔，內(nèi)部排布多組噴嘴，并布置脫水填料等。噴堿塔直徑為6 000 mm，塔體高度約23 m，出口高煤管道設(shè)有 DN400 手動(dòng)卷?yè)P(yáng)放散閥，整體高度約28.5 m；塔底設(shè)有檢修用集水池，塔體下錐部設(shè)有水封式噴淋循環(huán)水回水管，管徑 DN300，另有 DN100 檢修排污放空管。塔內(nèi)設(shè)置 3 層噴淋裝置及填料脫水層，第 1 層為噴淋循環(huán)水，第 2 層為噴淋稀釋堿液層，第 3 層為定期反沖洗層。1、2 層均為 9 個(gè)噴槍，配有哈氏合金噴嘴；3 層為 11 個(gè)碗型噴嘴，脫水填料采用鋁合金金屬花環(huán)。
3.2.4 本噴堿除氯系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)述
噴堿除氯裝置位于鐵前加壓站院內(nèi)，進(jìn)、出塔高爐 煤氣管道 直徑 均為 DN2400，均 與 原并 網(wǎng)DN2400管道對(duì)接，并在原管道上增加DN2400蝶閥和軸向波紋補(bǔ)償器作為旁通，塔體進(jìn)、出口管道上設(shè)置蝶閥與插板閥作為可靠切斷閥門組及電伴熱冷凝水排水器，進(jìn)口管道加設(shè)大拉桿型波紋補(bǔ)償器，對(duì)管道進(jìn)行橫向補(bǔ)償。
高爐煤氣從塔體側(cè)下方進(jìn)入，上方排出，與噴淋液逆向接觸，經(jīng)噴淋后的煤氣可以溶解并去除大部分的氯及金屬離子物質(zhì)，再通過(guò)塔頂?shù)拿撍盍蠈用摮簹庵泻喾N離子的機(jī)械水，之后煤氣通過(guò)出口排水器、出口閥組后并入外部管網(wǎng)。塔內(nèi)脫水填料定期用噴淋水進(jìn)行反沖洗。噴堿塔對(duì)噴淋過(guò)程起到一定降溫作用，出塔煤氣溫度可降至~55 ℃，進(jìn)一步避免了煤氣進(jìn)入管網(wǎng)后析出大量冷凝水。噴淋回水通過(guò)水封式回水管流入煤氣噴淋洗滌循環(huán)水池，由噴淋供水泵送噴堿塔循環(huán)使用，循環(huán)水在進(jìn)噴淋塔使用之前經(jīng)過(guò)自清洗式過(guò)濾器，噴淋水循環(huán)消耗量約為 100 t/h。為控制循環(huán)水系統(tǒng)中氯離子濃度，并保證噴淋循環(huán)水池有效液位高度，需定期對(duì)噴淋回水進(jìn)行排放，同時(shí)補(bǔ)充工業(yè)新水進(jìn)行置換，排水送至 6# 高爐水沖渣冷水池進(jìn)行串級(jí)使用或集中處理，池內(nèi)設(shè)置在線超聲波液位計(jì)，根據(jù)液位啟停排污泵。煤氣中和洗滌液采取邊混合稀釋邊噴淋方式，堿液通過(guò)計(jì)量泵抽取注入管道靜態(tài)混合器中，與軟化水混合稀釋后，隨軟化水送至噴堿塔的洗滌液層噴嘴，稀釋后的 堿液理論用量約 12~14 m3 /h。煤氣出塔后的冷凝水排水器設(shè)置有在線 pH 值監(jiān)測(cè)裝置，其數(shù)據(jù)引至微機(jī)顯示，以便調(diào)整堿液添加量，使塔后冷凝液 pH 值控制在 6~7.5 范圍內(nèi)。洗滌液根據(jù)冷凝水 pH值不定期配置使用。
3.3 本噴堿除氯系統(tǒng)工藝特點(diǎn)
（1）噴淋用水分層級(jí)控制，用最少的水量使煤氣中的水分達(dá)到飽和狀態(tài)，并進(jìn)行噴堿處理，達(dá)到最好的酸堿中和效果；
（2）為保證噴堿的效果，濃堿液與軟水進(jìn)行混合配比；
（3）煤氣經(jīng)過(guò)洗滌后通過(guò)填料層脫除機(jī)械水，并且對(duì)填料可定期進(jìn)行反沖洗；
（4）噴淋水自成循環(huán)系統(tǒng)，僅需定期補(bǔ)充新水及加藥處理。
4 結(jié)束語(yǔ)
噴堿洗氯裝置的使用可有效地減少高爐煤氣中的酸性離子以及金屬離子，進(jìn)而大大改善了酸性物質(zhì)溶解對(duì)煤氣管道及設(shè)備的腐蝕問(wèn)題，減少了維修工作量，降低了投入成本，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
[1] 高志平．高爐煤氣管系用金屬波紋管膨脹節(jié)失效機(jī)理分析及對(duì)策[J]．壓力容器，2006，23（4）：47-50．
[2] 曹勇杰，袁琦，肖惠敏．干法除塵工藝高爐煤氣管道內(nèi)防腐復(fù)合 技術(shù)[J]．冶金動(dòng)力，2009（6）：56-58．