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常見問題

煤氣管道膨脹節腐蝕分析及解決方案

發布時間:2017-03-10

從唐山某鋼廠煤氣管道用膨脹節發生腐蝕泄漏情況入手,對其發生腐蝕泄漏的原因進行了分析研究。根據分析發現該管道膨脹節發生腐蝕泄漏的主要原因是高爐煤氣結露后產生了腐蝕性液體,該液體腐蝕了波紋管與接管焊接熔合的碳鋼部分,導致波紋管焊接部分與接管脫離。針對這種情況提出了解決類似問題的措施,并且結合現場的具體條件,提出了鑒戒有效的解決措施,保證了煤氣管線膨脹節的平穩運行。

煤氣管道是高爐系統最主要和最重要的管路系統,同時煤氣屬于易燃、易爆、有毒氣體,一旦發生泄漏或爆炸,將有極大的危害。唐山某煉鐵廠發生的一起煤氣管線膨脹節腐蝕問題進行了分析,并提出了解決方法。

高爐煤氣按是否除塵分成兩部分,二次除塵前的為荒煤氣或粗煤氣,二次除塵后為凈煤氣,不同的煤氣系統煤氣的成分、溫度、壓力都不相同,其具體的工藝流程如圖1所示。

在以往的煤氣管線用波紋膨脹節使用中,由于內部介質腐蝕及加工工藝條件,多數失效型式為波紋管的點腐蝕、晶間腐蝕、疲勞腐蝕或波峰位置的應力腐蝕等。

針對這些腐蝕情況做過大量的介紹和失效分析,使得各設計院用于膨脹節制造廠分別不同程度地提高波紋管的材料等級,將波紋管材料由316L變位254SMo、6XN或Incoloy825,有的廠家對波紋管進行高溫固溶處理,從一定程度上抑制了波紋管的腐蝕失效。

2011年,唐山某鋼廠煤氣管線膨脹節在運行6個月后,發現在波紋管直邊段位置開始泄漏,流出液體,并陸續有幾臺膨脹節相繼出現類似問題,經了解,該膨脹節為水平安裝,具體失效形式為在膨脹節安裝最低點位置,波紋管直邊段有液體流出,將該膨脹節取下,切除導流筒后,查看膨脹節內部可以看出,膨脹節內部波紋管波峰內有大量碳鋼腐蝕積聚物,波紋管呈深黑色(見圖2),波紋管表面完好,無點腐蝕、晶間腐蝕、應力腐蝕等產生的泄漏點,但碳鋼表面腐蝕嚴重,表面呈疏松狀,去除表面腐蝕物后,可見接管表面有較深的腐蝕深孔,最大直徑及深度達2mm(見圖3)。

波紋管直邊段與接管焊接的焊道連接碳鋼部分已經完全被腐蝕掉(見圖4)

該膨脹節位于 TRT發電與煤氣柜之間,靠近煤氣柜位置,波紋管外部無保溫。該位置膨脹節經二次除塵、TRT發電后,煤氣溫度大幅度減低(60-90℃),而膨脹節外部無保溫,使得此段煤氣管道煤氣處于露點溫度以下,煤氣管道中有大量冷凝水析出,由前段工序中產生的S2-、H2S、Cl- 等形成多連硫酸及Cl-的電解質結露后溶于該液體中,形成酸液。

而該波紋管材質為Incoloy825,接管材質為Q235-B,波紋管和接管為角焊縫,工作狀態下膨脹節內部長期浸泡在煤氣結露后產生的腐蝕性介質中,由于介質的強腐蝕性,致使大部分碳鋼件與腐蝕性介質發生化學反應,破壞其結構,形成腐蝕層,隨著腐蝕的加劇,碳鋼件表面形成腐蝕深孔,波紋管直邊段與接管位置焊接的焊道連接部分的碳鋼部分被完全腐蝕掉,波紋管直邊段與接管部分完全脫離,膨脹節在該位置發生泄漏。

常用解決措施

改變介質環境    采用噴堿液中和工藝

在高爐煤氣TRT發電后段高爐煤氣中噴灑堿液,使煤氣中的酸性介質溶于水中,隨洗滌水排出。

對煤氣脫硫、脫Cl-處理

加強對煤氣脫硫處理,同事針對現在鐵礦石的海水西礦或海運礦粉中海水所含的Cl-,應進行脫Cl-處理。改變燒結礦中的CaCl2添加劑成本,從根本上解決腐蝕源問題。

管道外部采用外保溫

在煤氣管道外部加外保溫,避免或減少液體的析出。

選用高分子材料作為內襯

在膨脹節內襯聚四氟乙烯塑料,提高膨脹節的抗腐蝕能力。

選用防腐涂料   管道內部涂防腐涂料,保護管道內部和焊道位置,使得腐蝕性介質與管道內部和焊道隔離。

改變接管材質    改變接管材質,采用304或316L接管,提高接管的耐腐蝕性能。

改變波紋管直邊段焊接結構  

波紋管直邊段焊接結構由角接改變對接結構,提高直邊段位置焊道的防腐能力。

波紋管直邊段位置增加保護環

波紋管直邊段與接管焊接位置無法采用對接焊接結構時,可以采用波紋管內插接帶保護環(見圖5)或外插接帶保護環結構(見圖6),保護環材質同連接焊縫從搭接優化為對接,提高了焊縫的綜合力學性能及耐腐蝕能力,同時改變了介質的腐蝕路線,提高了與介質接觸的材料等級,保護環及波紋管直邊段組合結構形成了雙重保護,增強了耐腐蝕能力。

將波紋管由內插結構改為外插結構

將該位置膨脹節的均改為外插接結構,波紋管與接管焊接采用外插。采用外插接結構便于環縫失效的過程監控及問題的發現,以保證及早消除缺陷。在使用中,如果出現焊道腐蝕開裂,方便現場采取補救措施。

針對文中問題采取的措施    對該膨脹節采取如下措施:將波紋管直邊段焊接結構改為內插接帶保護環結構;膨脹節內部噴涂防腐涂料,管道外部采用外保溫。

經過上述更改后,現場煤氣管道內液體析出量明顯減少,該膨脹節安裝完成后未發生腐蝕泄漏現象,膨脹節運行情況良好。

陰極保護

埋地管道實施陰極保護是對涂層破損處的管體金屬提供防腐防腐保護。通過對受保護的金屬管道進行陰極極化,使之成為一個大陰極,從而防止金屬腐蝕(金屬只有在陽極狀態下才可能腐蝕)。陰極保護可以通過兩種方法實現:外加電流法;犧牲陽極法。

外加電流法是通過外加保護電流來實現的,將被保護的金屬接到電流電源的負極,并要保持在金屬極化的電流范圍內,達到防腐蝕的目的。由于外加電流法需要外部提供電源,要專門建立電流監視站,需要專人管理,而且容易受到大電流的影響,造成恒電源的燒壞,因此該法在埋地管道防腐蝕中應用的比較少,一般采用犧牲陽極法。

犧牲陽極法簡單易行,無需維護,它是在被保護的接地網上連接電位更負、更容易腐蝕的金屬或合金,靠陽極的腐蝕達到保護陰極的目的。犧牲陽極法不僅適用于新建埋地管道的防護,還可以用來對已建埋地管道進行改造,延長其使用壽命。

采用外涂層和施加陰極保護是管道外腐蝕防護的主要手段。盡管管道的絕大多數表面都被涂層有效地保護著,但是在漏點處或是剝離區將會產生較高的腐蝕速率,很可能導致穿孔或開裂。所以埋地管線的涂層系統一般與陰極保護共同使用。聯合保護使腐蝕控制手段相互補充,使腐蝕控制成本降低,經濟合理,安全可靠。

埋地管道的外壁腐蝕防護措施還有緩蝕劑保護。緩蝕劑保護是在腐蝕環境中,通過添加少量能阻止或減緩金屬腐蝕速度的物質以保護金屬的方法。采用緩蝕劑防腐蝕,由于使用方便、投資少、收效快、因而對于燃氣管道的防腐有很廣闊的前景。

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