煤气净循环水系统的腐蚀结垢问题及措施

●48有色冶金节能口环保与综合利用煤气净循环水系统的腐蚀结垢问题及措施郑关平(中金岭南韶关冶炼厂，广东韶关512024)[摘要]介绍了煤气净循环水系统目前较为严重的腐蚀和结垢情况,分析了腐蚀结垢原因,通过添加缓蚀阻钙剂、加大供水量和加强管理,取得了初步效果。[关键词]煤气净循环水系统; 腐蚀;结垢;缓蚀阻垢剂[中團分类号] TQ520.8[文献标识码] B[文章编号] 1008 -5122(2013)04 -0048 -04Corrosion and Scaling of Coal Gas Purification CirculatingWater System and Its SolutionsZHENG Guan-pingAbstract: The serious corrosion and scaling of coal gas purifcation circulating water system at present wereintroduced, and the causes for corrosion and scaling were analyzed. The preliminary effects were realized byadding corosion inhibitor and decalcifying agent，increasing water supply and improving management.Key words: coal gas purification circulating water system ; corrosion; scaling; corrosion inhibitor and de-calceifying agent直流式改造而来,并无设置旁虑装置,而是连续向独0前言循环系统排浓缩水以改善净循环系统水质。系统冷发生炉煤气是烧结机、鼓风炉熔铅炉及精馏塔却的主要部位是煤气炉炉顶水夹套和出口管水夹等的重要热源,煤气炉的安全稳定运行对生产组织套,并且是炉底水封和水力逆止阀两安全装置的水至关重要。随着国家对工业生产废水排放标准日益源,这些部位的材质均为20"碳钢,炉顶水夹套水温提高,韶关冶炼厂已实现废水零排放,各生产用水实为70~90C ,炉出口管水温为40~50 C,炉顶水夹行梯度用水制度,发生炉冷却水系统于2011年7月.套底板和炉出口管水夹套内管是容易腐蚀的部件，由直流式改为敞开式闭路循环冷却系统。随着这一炉底水封和水力逆止阀若腐蚀穿孔失效将带来较大冷却水方式的改变,煤气净循环水系统出现了较为安全隐患。系统现状如表1所示。严重的腐蚀和结垢问题,这已经影响到煤气的稳定表1净循环水系统现状供应与煤气炉的安全运行,因此有必要对此进行分析探讨并找出解决措施。煤气净循环水系统参数循环泵流量/m'.h-' .2001净循环水 系统介绍循环泵数量/台-用一备煤气净循环水系统由9台煤气炉的小循环组运行时间/月1:保有水量/m’40成,目前根据工厂需求只开了6台,预计2013年将冷却塔进出水温差(平均值)/C20左右.要按照7开2备的模式运行,系统系2011年7月由补充水水质管网水有无旁滤器中国煤化工无[收稿日期] 2013-04 -06换热器主要杨.MYHCNMH G=1.67E0*碳钢[作者简介]郑关平(1975-),男,湖南岳阳人,大学本系统目前现物科,工程师,长期从事煤气生产管理工作。自然浓缩,不加药处理.2013年8月第4期煤气净循环水系统的腐蚀结垢问题及措施郑关平●49●表2系统水质分析2系统存在的主要问题分析项目单位补水系统循环水2.1腐蚀和结垢pH7. 377. 97净循环水系统自2011年7月改为循环冷却系电导率μs/cm1 6465 385统后已出现较为严重的腐蚀和结垢问题,这已影响总贼度mg/L5126到煤气的稳定供应与煤气炉的安全运行。总硬度202642011年7月以来煤气炉因净循环水系统腐蚀浊度NTU38127严重被迫提前停炉检修,3" .6"、7"、8"炉炉顶水夹套氯离子mg/14233与炉身水夹套隔板腐蚀穿孔，炉身水夹套蒸汽进人总铁0. 655. 40炉顶水套形成冲击,炉面有轻微颤动并发出沉闷响悬浮物11814324浓缩倍数1.321.67声,炉身水夹套软化水进人净循环水系统出现溢流，因存在安全环保隐患作停炉检修处理。3'、9°炉炉(1)补水水质较差,悬浮物含量较高,容易在系顶水夹套中的探火孔锥体腐蚀穿孔,净循环水渗漏统管道内沉积淤泥及软泥。到煤气炉内造成局部炉温过低,使煤气中氧含量升(2)补水总硬度的浓缩倍数1.32小于系统浓高超标煤气质量下降,因煤气质量下降和爆炸风险缩倍数1.67,系统有钙硬沉积在管道。较高被迫停炉检修。供水管路及炉出口管腐蚀穿孔(3)系统的电导率和独度较高,系统会有冲刷点较多,有白色微黄粉末状物质附着在管道外壁上，腐蚀,氯离子会在高温的垢下加速腐蚀。需要经常抢修处理,影响系统稳定供水。通过对比净循环水系统用水方式改变前后的腐在煤气净循环水系统出现这些比较严重的腐蚀蚀情况,发现目前腐蚀情况有明显加快的趋势。情况后,在检修工作中进行了详细检查,发现有如下3原因分析问题:(1)炉顶水夹套底板上附着- 层厚约30 -40(1)炉顶水夹套内腐蚀物及悬浮物沉积形成的mm沉积物,外表呈铁锈色内里呈褐色,清理干净后软泥沉积在水夹套底部,形成沉积物腐蚀(]。在沉发现底板有大量深浅不一的腐蚀坑,严重者直径约积物下面形成缝隙区,在这些缝隙区内的溶液中由10 mm、深约2~3 mm;炉出口管水夹套也存在类似于沉积物的阻隔作用,氧要得到补充非常困难,而在的情况。缝隙外的金属表面上的溶液,氧的供应很充分,因而(2)炉顶水夹套与炉身水夹套隔板焊缝部位开缝腺外是富氧区一-阴极，而缝腺内则是贫氧裂,宽约3~5 mm、长约100 mm;炉顶水夹套与炉身区一阳极,缝隙区形成的氧浓差电池造成的腐蚀水夹套隔板腐蚀穿孔，直径约20mm;加煤机喇叭口部位发生在缝隙之内,也即是在沉积物下面。由于与炉顶水夹套底板焊缝处开裂,长约100mm,宽约2水夹套外径达到3.5 m,以及支撑水夹套面板的需~3 mm;探火孔锥体一般在炉顶水夹套水线附近腐要,在水套内设置了4块加强筋板,增加了水流阻蚀穿孔,呈长约40~50mm、宽约20~30mm不规则力,有利于腐蚀物等的沉积,加快了底板腐蚀;水夹孔状。套底板受炉内流动高温煤气(470 ~550 C)传热和(3)地下池池壁上附着一层黑色水垢,约2~3炉高温料层(约1000C)传热影响,此处温度较高，mm厚,净循环水呈黄褐色，地下水池和炉顶水夹套.高温和水的汽化将加快底板腐蚀。上部漂浮着一层黄褐色泡沫。(2)探火孔锥体腐蚀穿孔的原因主要是由于在..2 系统水质差不同深度的水中溶解氧浓度不同造成氧浓度梯度产根据《工业循环冷却水处理设计规范》“2和生生氧浓差电池。产实际要求,分别从煤气净循环水系统中取了循环(3)炉出"r 中国煤化工K线腐蚀,下冷却水和系统补水的水样化验分析,以了解目前净部则是沉积物MHCNMHG更严重。循环水系统的运行状况,见表2。(4)存在应力阀蚀开裂,机积物相水垢使水夹由表2分析可知:套换热不均形成热应力检修时的焊接应力以及腐50.有色冶金节能口环保与综合利用.蚀的共同作用引起焊缝开裂。出时,循环冷却水的总碱度JDm应与补充水的总碱(5)净循环水系统水温较高(70 ~90 C),腐蚀度JD#成线性关系,即JD丽=kJD#(k为浓缩倍速率也相对较快。在开放系统中,开始时腐蚀率随数)。ken与h,同步增长,0A=ka- -kmp=0。由于水温升高而变大,水温每升高10 C,钢铁的腐蚀率冷却水在浓缩过程中,水中CO2不断逸出,pH不断约增加30%,到80C时达到最大。这是由于水温上升,导致水中的重碳酸盐的平衡破坏,CaCO3晶体升高时,氧扩散系数增大使溶解氧更容易达到阳极从溶液中析出,即出现沉淀析出现象,此时sA不再表面而发生去极化作用;溶液电导率增加,腐蚀电流为0,-般以OA =0.2为实验精度,认为此时结垢已增大;水的粘度降低有利于阳极和阴极的去极化作经形成,对应的浓缩倍数k(即ker-)称为极限浓缩用3]。倍数,对应的浓度称为极限碳酸盐浓度。加人阻垢(6)由于梯度用水要求,补水水质较差和排污剂后,评定得到的极浓缩倍数越大,阻垢性能越好。量较少使得系统水质较差,电导率、总硬度、悬浮物、表4挂片试验氯离子的含量较高。缓蚀阻垢剂/ mg.Ll004解决措施碳钢挂片腐蚀速率/ mm.a~0. 0510. 0320.019根据系统水质和腐蚀结垢情况可知,本系统的(2)实验水质(表5)解决措施应以防止垢下腐蚀为主,结垢为辅,具体措表5极限碳酸盐硬度试验水质单位:mg/L施如下:Ca2+总碱Mg2+(1)加大供水量,提高水流流速,有利于降低系(以CaCO,计) (以CaCO,计) (以CaCO,计)c1- SO2统水温、减少悬浮物和腐蚀物沉积,从而减缓腐蚀。124. 9090. 86150. 04400.78 132. 30虽然加大供水量将增加能耗,但同时考虑到水量增加后在工艺上有利于降低煤气温度,减少煤气中的(3)终点判断含水量,整体而言加大供水量是有利的。OA=(Cl:/CI# - JDw/JD#)≥0.2(2)加强管理，在做好煤气浊循环水系统和净式中:Cl元循环冷却水中的含量, mg/L;循环水系统水量平衡的前提下适度加大净循环水系CI#一补充水中的含量,mg/L;统向浊循环水系统的排污量(每天30m'左右),以JD丽一-循环冷却水中的总碱度,mg/L;.改善净循环水质。JD#一 补充水中的总碱度,mg/L。(3)最为根本的就是要通过加药处理来改善净(4)试验结果(表6)循环水系统的水质,实现缓蚀阻垢的目的。表6极限碳酸盐硬度试验4.1缓蚀阻垢剂试验药剂名称剂量/mg.L-' 总碱/mg*L-'OA缓蚀阻垢剂的腐蚀试验一-旋转 挂片法[°!40305. 743. 4950. 13(1)试验水质(表3)缓蚀阻钙剂5o303. 563. 4910. 15表3挂片试验水质50300. 663.4890.18"HH(以CaCO,计) (以 CaCO,计) (以 CaCO,计)4.3用碳酸钙沉积法测定缓蚀阻垢剂性能[5]7.10350.7144.51134. 40(1)测试条件(表7)表7阻垢性能测定的试验条件(2)挂片:黄铜、碳钢,面积28 mm2(3)温度:40 CH,Ca2*HCO, .时间/温度/浓度(4)时间:96 h(以CaCO,计) (以CaCO,计) h(5)试验结果(表4)8.0中国煤化工场40.50.804.2缓蚀 阻垢剂的极限碳酸盐硬度试验1.H. CNMH G(1)试验原理(2)阻垢任能测定(衣0)冷却水在循环过程中不断浓缩,在没有沉淀析由以上实验可知,此缓蚀阻垢剂缓蚀和阻钙性.2013年8月第4期煤气净循环水系统的腐蚀结垢问题及措施--郑关平51●能较好,应能解决净循环水系统腐蚀和结垢的问题。显下降,其它指标也有所改善。从实际运行情况来2012年10月底在净循环水系统开始按照60mg/L看,炉顶水套、探火孔等没有出现穿孔及焊缝开裂的浓度投加药剂,加药后水质分析如表9所示。情况,说明系统水质得到改善,治理腐蚀和结垢取得表8阻垢性能测定试验单位:mg/L了初步成效。药剂名称剂量Ca2*总贼pH率/%5结束语120. 00.44.84 8.1通过投加缓蚀阻钙剂来改善水质并加强工艺控40122. 4530.26 8.30 93.78制和日常管理,可以有效改善净循环水系统的水质,缓蚀阻垢剂50123. 3540.31 8.28 94. 56减缓腐蚀和控制结垢情况。30136. 7844.98 8.27 95.12[参考文献]表9投加缓蚀阻垢剂后系统水质[1] CB50050- -2007 工业循环冷却水处理设计规范[S].电导率/浊度总臧总硬2]金熙等.工业水处理技术问答及常用数据[M].北京:.分析时间pl总铁μus.cm~' NTU度度离子化学工业出版社,1997:274-349.2012-11-23 7.97 5385 127 1264 5.233[3] 李本高，等.现代工业水处理技术与应用[M].北京:2012-11-29 6.95 3229 66 12202 3.65中国石化出版社,2004:35 -112.2012-12-14 8.15 5172 144 208 278 8.3 209[4] GB/T18175- -2000水处理剂缓蚀性能的测定旋转挂片法[S].2013-10-247.96 3098 94 140 170 8.2 335[5] GB/T16632- -2008 水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙2013-10-27 9.20 76029 26230沉积法[S].2013-20-25 8.82 989 26.3 138 190 4.672013-20-28 7.98 861 34 126 238 3.8 218对比投加药剂前后电导率、浊度等指标均有明(上接第21页)投人变小,而且在降低热损失方面的效果非常明显。以第-一个方案为基准,其他各个方案与其相比通过对炉底的深人研究,其结果对以后的阳极焙烧较所得数据如上表所示。从表中可以看出方案2焙炉炉底结构设计具有一定 的指导意义,有助于在今烧炉炉底砌体及热损失总成本差数百分比随着使用后的工程设计中逐步完善阳极焙烧炉的炉底结构。年限的增加变化不大，比较平稳;方案3、方案4、方案7和方案8焙烧炉炉底砌体及热损失总成本差数百分比随着使用年限的增加而逐渐增大。而方案5[1]杨世铭,陶文铨. 传热学(第三版)[M].北京:高等教和方案6焙烧炉炉底砌体及热损失总成本节约的效育出版社,1998 ,12: 423.果都非常明显。[2钢铁厂工业炉设计参考资料[M].北京:冶金工业出版社,1979,5: 79 -83.4结论[3] 梅炽等. 有色冶金炉设计手册[M].北京:冶金工业出版社,2001 ,2: 254 - 267.通过对8种不同底部结构的造价、蓄热以及散[4]梅炽等. 有色冶金炉设计手册[M].北京:冶金工业热损失的比较分析,认为文中第5方案是阳极焙烧出版社,2001 ,2: 98 -99.炉炉底的砌筑结构的最佳方案,不但其前期一次性中国煤化工MHCNMH G.