李尚刚
山东钢铁日照有限公司 山东日照 276800
摘要：煤气管道的安全稳定运行对于燃气企业能源正常供应具有重大意义，因此分析内壁腐蚀与内部堵塞原因，制定应对策略非常重要。本文对煤气管道腐蚀机理与预防措施研究现状进行简单介绍。
关键词：煤气管道；腐蚀机理；预防措施
1煤气管道腐蚀机理
1.1管道中水分内壁腐蚀
铁在潮湿或水溶液环境中，在有氧的条件下，产生内壁腐蚀形成了大量的针铁矿，反应机理为:
(1)
1.2 H2S存在对管道的影响
输送含有湿H2S的人工煤气管道(人工煤气中含有超标的H2S和水)比较容易形成各类内壁腐蚀物。
(1)单质硫的形成。在人工煤气管道中由于空气不充足且温度不高，H2S与O2反应生成了游离硫。因此在管道内壁腐蚀物中可检测到单质硫。
(2)
(2)硫化亚铁的形成。人工煤气管道中有H2S、水分，具备了对人工煤气管道内壁腐蚀的条件。通过检测分析可知人工煤气管道中黑色粉末即为硫化亚铁。
(3)
水分、H2S的影响人工煤气管道中存在水分、H2S的环境时，容易发生内壁腐蚀，形成内壁腐蚀穿孔、应力内壁腐蚀开裂的情况。(1)内壁腐蚀穿孔:人工煤气管道中有水分的存在，H2S溶于水后，发生电化学内壁腐蚀，在含水区域发生了均匀内壁腐蚀，特别在含水分高的区域产生了点状腐蚀，情况严重时甚至造成管道穿孔。(2)应力内壁腐蚀开裂：H2S溶于水后，发生电化学内壁腐蚀，阴极反应析出氢，氢以原子形式渗透到管道的内壁并富集，在应力作用及内部腐蚀介质的共同作用下对管道形成损伤。
1.3其他成分在管道内壁腐蚀作用
(1)CO2、O2的内壁腐蚀作用人工煤气中存在的CO2、O2在水环境下，形成电化学内壁腐蚀，加重管道内壁腐蚀状况。(2)管网内积水位的电化学内壁腐蚀管道中集水呈现弱酸性的条件下，不仅是对管道造成铁锈的均匀内壁腐蚀，而且会形成局部的电化学内壁腐蚀环境，造成点状腐蚀或晶间内壁腐蚀等现象，从而导致管道局部穿孔。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆(3)管网内堆积物的内壁腐蚀作用由于内壁腐蚀物在人工煤气管内造成堆积，特别是在凝水缸附近，而生成物堆积的存在又更容易富集和长时间保留水分、氧气及硫化物气体，因此，存在内壁腐蚀生成物堆积管段是发生严重内壁腐蚀的部位。在同一段人工煤气管的上部，由于没有腐蚀生成物的附着，因此腐蚀的程度相对要低得多。
1.4电化学腐蚀
金属电化学腐蚀是由于金属与其他杂质之间存在电位差，在有电解质溶液的情况下形成原电池而发生的金属腐蚀。煤气管道材质一般是碳钢，碳钢主要是由铁素体和渗碳体两种组织构成的机械混合物。管道接触同一电解质溶液——冷凝水，由于金属本身存在着电化学的不均匀性，即在金属表面或内部的不同区域具有不同的电极电位，它们与铁元素组成许多对电极，当杂质电极电位高于铁的电极电位时，即发生腐蚀反应。煤气管道的电化学腐蚀过程可简单表示为以下两部分:
①在阳极区，铁溶解，变成铁离子进入电解质溶液(冷凝水)中。其化学反应式如下:
②在阴极区，阳极区产生的电子，流至阴极区后，被电解质溶液(冷凝水)中能吸收电子的物质(离子或分子)所接受。其化学反应式如下:
当阳极反应与阴极反应等速进行时，腐蚀电流就不断从阴极区流经电解质溶液(冷凝水)进入阳极区。在阳极区产生Fe(OH)2，其反应式为:
由于有少量的氧存在，Fe(OH)2会继续反应，生成Fe(OH)3。由于氢氧化铁在水中的溶解度低于氢氧化亚铁，在管道上沉淀析出，开始时是非晶态，并在管壁表面形成多孔的结合较差的腐蚀产物。该腐蚀产物对管壁并无保护作用，相反起着传递铁离子和氧的作用，使腐蚀继续蔓延，腐蚀产物与氢氰酸发生结合生成六氰合铁，进一步加速管壁的腐蚀。实际上，在管道上所发生的电化学反应要复杂得多。阴极区的反应随煤气中杂质组成的不同，产物有很大区别。对鲁谷地区高压煤气管道内严重腐蚀区进行鉴定分析发现，严重腐蚀区分为两层，靠近基体的为Fe的硫化物，主要是多硫化铁，该层硫的质量分数可达20%，外层为Fe的氧化物，主要是Fe2O3、Fe3O4等，外层硫的质量分数为5%。轻微腐蚀部位的结构是:基体外层有一层氧化物膜，主要是Fe2O3、Fe3O4等，并没有发现硫化物的存在。其具体反应过程可能是煤气冷凝水呈中强酸性，微量的Cl-容易侵入金属氧化膜内部，使金属表面的保护膜遭到破坏。保护膜遭到破坏后，S2-很容易渗透到铁的晶格中，与铁原子结合形成多硫化铁，多硫化铁的电位高，与铁形成原电池，进一步腐蚀管道。金属耐腐蚀性很大程度上取决于金属表面的保护膜，一般直接氧化形成的保护膜有很好的保护作用，但腐蚀产物所形成的膜则起不到保护作用。基于以上分析可知，H2S对低碳钢在焦炉煤气中腐蚀行为存在非常显著的影响。Polyakov对H2S对低碳钢的腐蚀机理进行了探讨，解释了在H2S质量浓度为0.15g/m3时，电极过程的控制步骤出现明显的转化，即H2S质量浓度<0.15g/m3时为阴极过程控制，H2S质量浓度>0.15g/m3时为阳极过程控制，表现为H2S质量浓度>0.15g/m3时低碳钢表面形成了致密的保护膜，阻碍了腐蚀的进一步发生。通过薄膜试样在不同H2S含量的煤气中腐蚀后的透射电镜形貌看出，在高H2S含量的煤气中形成的腐蚀产物完整、致密，而在低H2S含量的煤气中形成的腐蚀产物则非常疏松，存在大量的空洞。电子衍射结果表明，低碳钢在低H2S含量的煤气中形成的腐蚀产物主要是β-FeO(OH)、Fe3O4、α-Fe2O3；而在高H2S含量的煤气中形成的腐蚀产物则主要是FeS、FeS2。Chernov等人指出了煤气管道腐蚀的主要原因是静止及循环的氢气造成的金属的氢裂、硫腐蚀破裂和管道内表面的凹槽和气泡。
2煤气管道腐蚀预防措施
2.1酸碱中和法
如首钢集团分公司在TRT后部管道喷淋NaOH溶液控制煤气冷凝水酸性腐蚀。其优点是煤气酸性控制较好，缺点是占用场地，碱液制备和输送系统腐蚀严重，维护工作量大。
2.2管道内壁涂防腐层
如太钢1800m3高炉和4350m3高炉干法除尘TRT后部就近管道发生煤气腐蚀、泄漏事件，我们采取了更换不锈钢管、管内壁涂有防腐层等综合措施。其优点是设备设施没有专用场地，节约空间，日常设备维护工作量小；缺点是该防腐措施属被动型，不能根本解决和控制煤气酸性，净化区域后部和主管网管道存在煤气酸性的腐蚀。
2.3高炉原料工艺控制
如济钢采取控制烧结矿中CaCl2加强剂的添加量控制煤气酸性。其优点是不存在设备、设施投入；缺点是由于CaCl2添加剂量波动影响烧结矿入炉强度控制，可能影响高炉炉况，不利于生产稳定运行。
参考文献
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[4]卢春雪、万成略、李晓飞、魏萍、张文秀等.GB 6222-2005 工业企业煤气安全规程
论文作者:李尚刚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第34期
论文发表时间:2019/4/9
标签：内壁论文; 煤气论文; 管道论文; 电化学论文; 煤气管道论文; 阴极论文; 产物论文; 《建筑学研究前沿》2018年第34期论文;