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常见问题

煤气管道膨胀节腐蚀分析及解决方案

发布时间:2017-03-10

从唐山某钢厂煤气管道用膨胀节发生腐蚀泄漏情况入手,对其发生腐蚀泄漏的原因进行了分析研究。根据分析发现该管道膨胀节发生腐蚀泄漏的主要原因是高炉煤气结露后产生了腐蚀性液体,该液体腐蚀了波纹管与接管焊接熔合的碳钢部分,导致波纹管焊接部分与接管脱离。针对这种情况提出了解决类似问题的措施,并且结合现场的具体条件,提出了鉴戒有效的解决措施,保证了煤气管线膨胀节的平稳运行

煤气管道是高炉系统最主要和最重要的管路系统,同时煤气属于易燃、易爆、有毒气体,一旦发生泄漏或爆炸,将有极大的危害。唐山某炼铁厂发生的一起煤气管线膨胀节腐蚀问题进行了分析,并提出了解决方法。

高炉煤气按是否除尘分成两部分,二次除尘前的为荒煤气或粗煤气,二次除尘后为净煤气,不同的煤气系统煤气的成分、温度、压力都不相同,其具体的工艺流程如图1所示。

在以往的煤气管线用膨胀节使用中,由于内部介质腐蚀及加工工艺条件,多数失效型式为波纹管的点腐蚀、晶间腐蚀、疲劳腐蚀或波峰位置的应力腐蚀等。

针对这些腐蚀情况做过大量的介绍和失效分析,使得各设计院用于膨胀节制造厂分别不同程度地提高波纹管的材料等级,将波纹管材料由316L变位254SMo、6XN或Incoloy825,有的厂家对波纹管进行高温固溶处理,从一定程度上抑制了波纹管的腐蚀失效。

2011年,唐山某钢厂煤气管线膨胀节在运行6个月后,发现在波纹管直边段位置开始泄漏,流出液体,并陆续有几台膨胀节相继出现类似问题,经了解,该膨胀节为水平安装,具体失效形式为在膨胀节安装最低点位置,波纹管直边段有液体流出,将该膨胀节取下,切除导流筒后,查看膨胀节内部可以看出,膨胀节内部波纹管波峰内有大量碳钢腐蚀积聚物,波纹管呈深黑色(见图2),波纹管表面完好,无点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀等产生的泄漏点,但碳钢表面腐蚀严重,表面呈疏松状,去除表面腐蚀物后,可见接管表面有较深的腐蚀深孔,最大直径及深度达2mm(见图3)。

波纹管直边段与接管焊接的焊道连接碳钢部分已经完全被腐蚀掉(见图4)

该膨胀节位于 TRT发电与煤气柜之间,靠近煤气柜位置,波纹管外部无保温。该位置膨胀节经二次除尘、TRT发电后,煤气温度大幅度减低(60-90℃),而膨胀节外部无保温,使得此段煤气管道煤气处于露点温度以下,煤气管道中有大量冷凝水析出,由前段工序中产生的S2-H2S、Cl- 等形成多连硫酸及Cl-的电解质结露后溶于该液体中,形成酸液。

而该波纹管材质为Incoloy825,接管材质为Q235-B,波纹管和接管为角焊缝,工作状态下膨胀节内部长期浸泡在煤气结露后产生的腐蚀性介质中,由于介质的强腐蚀性,致使大部分碳钢件与腐蚀性介质发生化学反应,破坏其结构,形成腐蚀层,随着腐蚀的加剧,碳钢件表面形成腐蚀深孔,波纹管直边段与接管位置焊接的焊道连接部分的碳钢部分被完全腐蚀掉,波纹管直边段与接管部分完全脱离,膨胀节在该位置发生泄漏。

常用解决措施

改变介质环境    采用喷碱液中和工艺

在高炉煤气TRT发电后段高炉煤气中喷洒碱液,使煤气中的酸性介质溶于水中,随洗涤水排出。

对煤气脱硫、脱Cl-处理

加强对煤气脱硫处理,同事针对现在铁矿石的海水西矿或海运矿粉中海水所含的Cl-,应进行脱Cl-处理。改变烧结矿中的CaCl2添加剂成本,从根本上解决腐蚀源问题。

管道外部采用外保温

在煤气管道外部加外保温,避免或减少液体的析出。

选用高分子材料作为内衬

在膨胀节内衬聚四氟乙烯塑料,提高膨胀节的抗腐蚀能力。

选用防腐涂料   管道内部涂防腐涂料,保护管道内部和焊道位置,使得腐蚀性介质与管道内部和焊道隔离。

改变接管材质    改变接管材质,采用304或316L接管,提高接管的耐腐蚀性能。

改变波纹管直边段焊接结构  

波纹管直边段焊接结构由角接改变对接结构,提高直边段位置焊道的防腐能力。

波纹管直边段位置增加保护环

波纹管直边段与接管焊接位置无法采用对接焊接结构时,可以采用波纹管内插接带保护环(见图5)或外插接带保护环结构(见图6),保护环材质同连接焊缝从搭接优化为对接,提高了焊缝的综合力学性能及耐腐蚀能力,同时改变了介质的腐蚀路线,提高了与介质接触的材料等级,保护环及波纹管直边段组合结构形成了双重保护,增强了耐腐蚀能力。

将波纹管由内插结构改为外插结构

将该位置膨胀节的均改为外插接结构,波纹管与接管焊接采用外插。采用外插接结构便于环缝失效的过程监控及问题的发现,以保证及早消除缺陷。在使用中,如果出现焊道腐蚀开裂,方便现场采取补救措施。

针对文中问题采取的措施    对该膨胀节采取如下措施:将波纹管直边段焊接结构改为内插接带保护环结构;膨胀节内部喷涂防腐涂料,管道外部采用外保温。

经过上述更改后,现场煤气管道内液体析出量明显减少,该膨胀节安装完成后未发生腐蚀泄漏现象,膨胀节运行情况良好。

阴极保护

埋地管道实施阴极保护是对涂层破损处的管体金属提供防腐防腐保护。通过对受保护的金属管道进行阴极极化,使之成为一个大阴极,从而防止金属腐蚀(金属只有在阳极状态下才可能腐蚀)。阴极保护可以通过两种方法实现:外加电流法;牺牲阳极法。

外加电流法是通过外加保护电流来实现的,将被保护的金属接到电流电源的负极,并要保持在金属极化的电流范围内,达到防腐蚀的目的。由于外加电流法需要外部提供电源,要专门建立电流监视站,需要专人管理,而且容易受到大电流的影响,造成恒电源的烧坏,因此该法在埋地管道防腐蚀中应用的比较少,一般采用牺牲阳极法。

牺牲阳极法简单易行,无需维护,它是在被保护的接地网上连接电位更负、更容易腐蚀的金属或合金,靠阳极的腐蚀达到保护阴极的目的。牺牲阳极法不仅适用于新建埋地管道的防护,还可以用来对已建埋地管道进行改造,延长其使用寿命。

采用外涂层和施加阴极保护是管道外腐蚀防护的主要手段。尽管管道的绝大多数表面都被涂层有效地保护着,但是在漏点处或是剥离区将会产生较高的腐蚀速率,很可能导致穿孔或开裂。所以埋地管线的涂层系统一般与阴极保护共同使用。联合保护使腐蚀控制手段相互补充,使腐蚀控制成本降低,经济合理,安全可靠。

埋地管道的外壁腐蚀防护措施还有缓蚀剂保护。缓蚀剂保护是在腐蚀环境中,通过添加少量能阻止或减缓金属腐蚀速度的物质以保护金属的方法。采用缓蚀剂防腐蚀,由于使用方便、投资少、收效快、因而对于燃气管道的防腐有很广阔的前景。