張立秋，郭景民，王海順

（河鋼集團安全生產(chǎn)監(jiān)督部，河北 石家莊 050023）

鋼鐵廠焦爐煤氣是煉焦用煤在高溫?zé)捊股a(chǎn)過程中的副產(chǎn)品，即煙煤隔絕空氣條件下在焦爐炭化室內(nèi)加熱至950℃～1050℃的整修結(jié)焦過程中釋放出的氣態(tài)產(chǎn)物經(jīng)凈化而得到的氣體產(chǎn)品。某鋼廠外供的工業(yè)焦爐煤氣是中灤焦化公司一期焦爐的副產(chǎn)品，經(jīng)過脫焦油、脫硫、洗氨、洗苯和精脫硫進入工業(yè)煤氣柜，再經(jīng)過加壓機輸送至用戶。工業(yè)焦爐煤氣在輸送過程中會對設(shè)備產(chǎn)生影響，這主要體現(xiàn)在對設(shè)備的堵塞和腐蝕。

1 現(xiàn)狀描述

某鋼廠焦爐煤氣的基本成分如下表1：

表1 某鋼廠焦爐煤氣的基本成分表

根據(jù)行業(yè)標準，外供工業(yè)煤氣質(zhì)量指標如下表2：

表2 外供工業(yè)煤氣質(zhì)量指標表

某鋼廠工業(yè)焦爐煤氣在實際輸送過程中對設(shè)備的影響主要體現(xiàn)在兩個方面。

1.1 煤氣雜質(zhì)對煤氣設(shè)備的堵塞

（1）粉末堵塞。在某鋼廠外供工業(yè)煤氣和切割煤氣時多次出現(xiàn)設(shè)備堵塞現(xiàn)象，清理出來的堵塞物為黑褐色粉末，化驗結(jié)果為單質(zhì)硫和鐵的氧化物及固體碳，形成原因是煤氣管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)物。

（2）萘及焦油堵塞。管道中出現(xiàn)的萘是芳烴有機物。室溫下為無色單斜晶體，易升華，易隨水蒸氣揮發(fā)。它不溶于水，但易溶于有機試劑。當(dāng)溫度相對較低時，焦爐煤氣的輸送和分配管道經(jīng)常在大氣環(huán)境中形成冷凝器效應(yīng)。諸如萘和焦油之類的物質(zhì)很容易沿管道沉積，因此在用戶側(cè)很少發(fā)生萘阻塞現(xiàn)象[1]。當(dāng)溫度升高時，在管道中沉淀的萘升華，并被氣體攜帶到隨后的過程中。過濾器清潔的頻率增加，甚至發(fā)生堵塞。在晝夜溫差大的季節(jié)，萘的含量波動很大,焦油是多種芳香烴的混合物，呈現(xiàn)黑油狀，在高溫下為液體，在低溫下為粘性。萘和焦油封堵設(shè)備的主要特征是：封堵物會燃燒，外觀是油狀，可流動的粘稠物質(zhì)，伴有含有萘的晶體，并且還帶有萘的氣味。被阻塞的零件主要是彎頭，閥門和燃燒器以及其他容易造成局部阻力損失的零件。當(dāng)萘和焦油沉積物繼續(xù)增加時，可能會導(dǎo)致閥門切換困難。如果不及時處理萘和焦油，很容易導(dǎo)致管道的通過能力下降，影響生產(chǎn)活動。

焦油是由許多具有不同物理和化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)組成的混合物。焦油具有很高的粘性，容易粘附灰塵，而且不容易將兩者分開。在焦爐煤氣加壓過程中，如果采用活塞式加壓機，往往會在加壓機停機再啟時，無法電動啟車或手動盤車現(xiàn)象。這是由于焦油使加壓機吸、排氣閥的閥片粘接，致使閥片不能動作，導(dǎo)致無法正常啟車。更甚者，焦油將活塞與氣缸內(nèi)壁粘接，活塞不能往復(fù)運行，這也是無法正常啟車的原因。每次拆機檢修時都會發(fā)現(xiàn)氣閥、活塞、缸體內(nèi)壁有緊固的粘接物，很難清理。

圖1 職工正在清理管道內(nèi)堵塞物圖

圖2 加壓機氣閥內(nèi)粘接物

（3）煤氣冷凝水堵塞。由于焦爐氣體中含有大量的水分，因此水分主要通過主冷卻器和最終冷卻塔的冷凝而除去，除去后的氣體仍將具有大量的水分。焦爐煤氣攜帶的水主要是機械水和飽和蒸汽水等。機械水主要以薄霧的形式存在，易于去除，而飽和蒸汽則易于攜帶到后續(xù)工藝中。水含量越高，氣體溫度越低，將產(chǎn)生一定量的冷凝水。當(dāng)冷凝水積聚到一定高度時，會影響氣體的通過并形成水堵，導(dǎo)致氣壓下降增加。當(dāng)壓降增加到一定程度時，水塊破裂形成一條通道，而當(dāng)水回到低點時，又形成水塊。因此，可以觀察到一段時間內(nèi)的歷史壓力曲線是波形的，并且氣體的壓力有時高有時低。當(dāng)水含量增加時，低溫水會在氣體燃燒過程中吸收熱量，因此爐溫會在一定程度上降低，這會影響正常的生產(chǎn)操作。

1.2 焦爐煤氣對管道、設(shè)備的腐蝕

（1）對焦爐煤氣管道的化學(xué)腐蝕。凈化氣體中的諸如H2S，HCN，CO2，O2，萘，甲苯不溶物和碳之類的雜質(zhì)或多或少地保留在氣體中。當(dāng)環(huán)境溫度低于氣體露點時，會在氣管壁上引起冷凝。在嚴重的情況下，冷凝水會在燃氣管的下部產(chǎn)生并積聚。煤氣中的H2S，HCN 和CO2等腐蝕性氣體將與冷凝水共存，生成氫硫酸，氫氰酸，碳酸，并通過酸對焦爐煤氣管道產(chǎn)生化學(xué)腐蝕。

電化學(xué)腐蝕是在冷凝水主要為電化學(xué)腐蝕的區(qū)域中發(fā)生的腐蝕。焦爐煤氣管道中存在一定量的冷凝水，因此煉焦爐煤氣管道內(nèi)壁的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。也就是說，由于焦爐氣體中的腐蝕性介質(zhì)是離子導(dǎo)體，因此除了化學(xué)反應(yīng)之外，還流動有電子，從而產(chǎn)生從高電位到低電位的電流。

從圖3 可以看出，電化學(xué)腐蝕電路由4 部分組成：陽極，陰極，電解液和外部電路。電解質(zhì)溶液是酸性或中性的水溶液。電子通過外部電路從陽極金屬A 流向陰極金屬B。氫離子在陰極吸收電子以形成氫氣。陽極金屬失去電子，產(chǎn)生金屬離子，直接導(dǎo)致金屬損壞。焦爐煤氣中的腐蝕性氣體（例如H2S，HCN，CO2）與冷凝水共存，生成氫硫酸，氫氰酸，碳酸，并在水溶液中電離形成電解質(zhì)（電介質(zhì)溶液）。

圖3 電化學(xué)腐蝕機理

在焦爐煤氣管道的內(nèi)壁表面和電介質(zhì)鍵合之間的界面處發(fā)生電化學(xué)腐蝕，F(xiàn)eS 生成并沉積在管道壁上。反應(yīng)公式如下：

硫化亞鐵（FeS）是焦爐煤氣管道內(nèi)壁上電化學(xué)腐蝕的產(chǎn)物。

焦爐煤氣中含有少量的氧氣（通常＜1%）。當(dāng)它與管道的內(nèi)壁接觸時，它將發(fā)生氧化反應(yīng)以生成氫氧化亞鐵，然后該氫氧化亞鐵將繼續(xù)與氣體中的氧氣反應(yīng)以生成氫氧化鐵。這導(dǎo)致管壁腐蝕。

少量的萘，焦油和甲苯不溶物殘留在焦爐氣中。管道中的焦爐氣隨環(huán)境溫度變化，或多或少的冷凝水，萘，焦油殘渣，甲苯不溶物和其他物質(zhì)沉積并存儲在管道底部，這些固體物質(zhì)會影響管道中冷凝水的排放，導(dǎo)致焦爐氣中的H2S，HCN 和CO2與水共存，產(chǎn)生氫硫酸，氫氰酸和碳酸，然后會發(fā)生電化學(xué)腐蝕。從對焦爐煤氣管道腐蝕和堵塞的實際觀察來看，兩者之間的相關(guān)性很強，焦爐煤氣管道嚴重堵塞，腐蝕嚴重，腐蝕面積也較大，F(xiàn)eS 也越高，更多地暴露于大氣中，越容易自燃。相反，從焦爐煤氣鼓風(fēng)機到萘洗滌塔的焦爐煤氣管道幾乎沒有固體沉積物，腐蝕程度也很輕。

（2）對氣柜密封油的影響。煤氣中的水、硫化氫、氨、苯等雜質(zhì)對氣柜密封油性能有極大的影響，可在短時間內(nèi)使密封油乳化變質(zhì)。主要體現(xiàn)在密封油破乳化性和氧化安定性降低，運動粘度下降，閃點下降，凝點升高。使密封油起不到封住煤氣的作用，存在極大的安全隱患。2012 年發(fā)生在煤氣摻混站的煤氣柜密封油槽泄漏，導(dǎo)致崗位人員煤氣中毒死亡的事故，直接原因就是由于密封油乳化結(jié)冰造成的。另外，氣柜密封油更換一次需要上百萬元的費用，大大增加了煤氣柜運行成本。

圖4 煤氣管道的腐蝕

2 技術(shù)方案

（1）嚴格控制焦爐煤氣質(zhì)量指標。在煤氣凈化工序中嚴格控制焦爐煤氣質(zhì)量指標，尤其關(guān)注焦油、萘含量是否超標，避免雜質(zhì)超標導(dǎo)致的設(shè)備堵塞和腐蝕的現(xiàn)象的發(fā)生。定期對管道中積聚的焦油、萘進行蒸汽吹掃，利用高壓蒸汽的吹掃，使融化的雜質(zhì)通過煤氣管道排液管排出管道。在使用蒸汽吹掃過程中要注意控制壓力，切勿壓力過高，以防止吹掃過快導(dǎo)致萘的堆積，最終影響管道的通暢。在清理工作中，要注意清理的管段與運行管段之間可靠切斷。脫水器下液管的清理前要關(guān)閉閥門并加盲板，可采用蒸汽加鐵條通堵的辦法，并用清水沖洗。

（2）及時脫出煤氣中的機械水。要除去煤氣中的機械水，需要降低煤氣溫度，以確保減少飽和水含量。其次，在鋪設(shè)管道時，應(yīng)合理設(shè)置管道的坡度，以確保冷凝水順利通過冷凝缸排出。崗位人員必須定期將冷凝水排到冷凝水箱中，建立抽水帳號，并詳細記錄抽水位置，抽水日期等，以便對燃氣管道的運行和管理進行核實；再次，新安裝的管道應(yīng)進行防腐處理，以免氣體與管道直接接觸而引起腐蝕甚至阻塞氣體管道。

（3）加強設(shè)備的定期清潔。在年度維修期間，應(yīng)對管道進行全面檢查。如果有沉淀，可以使用蒸汽吹掃和手動清潔。尤其在晝夜溫差大的季節(jié)，要注意定期清洗系統(tǒng)中的除萘濾池，以免管道堵塞；燃氣管道及輔助設(shè)備必要的防腐處理，如果發(fā)現(xiàn)防腐層脫落，應(yīng)及時進行修補，以防止因腐蝕沉積而造成的管道堵塞。

（4）管道防腐。從以上分析可以看出，為防止煤氣管道的腐蝕和堵塞，首先要改善煤氣生產(chǎn)的凈化工藝，提高脫萘和脫硫（氰化物）的效率，并減少煤氣中腐蝕性成分的含量。其次，采用隔離方法，在燃氣管道內(nèi)壁涂上一層防腐蝕層，以隔離鐵基體與腐蝕性介質(zhì)之間的接觸。同時，要求防腐層的表面光滑，與管道的坡度一致，并設(shè)置適當(dāng)量的水封以促進冷凝水和結(jié)晶萘的流動。使用防腐蝕涂料時，關(guān)鍵是選擇和使用防腐蝕涂料，在燃氣管道內(nèi)壁上使用防腐涂料時，必須滿足以下條件。①由于煤氣流對管道內(nèi)壁有一定的沖擊和摩擦，因此要求涂層對管道具有很強的附著力，耐腐蝕性和沖擊力。②由于煤氣體管道中存在腐蝕性氣體，因此要求涂層的化學(xué)性能穩(wěn)定且耐酸和氧腐蝕。③由于冷凝物會在氣體中沉淀，因此要求涂層具有抗水浸性能。④涂層必須光滑，以減少冷凝水和固體沉淀物的流動阻力，并保持管道暢通。