转炉煤气柜柜内钢结构的腐蚀原因探析

转炉煤气柜柜内钢结构的腐蚀原因探析

张飞

陕西龙门钢铁有限责任公司陕西韩城715405

摘要：转炉煤气柜主要采用Q235碳钢制成，所以在一些环境中难免会出现腐蚀现象，甚至会出现腐蚀孔洞等问题，而这可能导致转炉煤气发生泄露，进而给钢铁企业的生产过程构成严重的安全威胁。本文以干式转炉煤气柜为例，对柜内的腐蚀环境进行了研究，并详细分析了导致煤气柜柜内钢结构出现腐蚀的原因和机理。

关键词：转炉煤气柜；柜内钢结构；腐蚀原因

近年来，虽然湿式转炉煤气柜逐渐被干式结构所替代，而且取得了不错的应用成效，但国内对干式煤气柜柜内钢结构的腐蚀研究比较少，而这显然不利于安全生产。本文以干式转炉煤气柜为例，对柜内的腐蚀环境进行了研究，并详细分析了导致煤气柜柜内钢结构出现腐蚀的原因和机理，希望对干式煤气柜钢结构的防腐技术开发和应用提供参考依据。

一、煤气柜内腐蚀环境

转炉煤气主要包含CO、CO2、H2、N2和少量的O2。在转炉煤气柜中，煤气的温度通常处于50～60℃的范围内。当转炉煤气进入煤气柜后，一旦环境温度小于煤气露点温度时，会在柜内钢结构表面形成呈弱酸性的冷凝水。因为该冷凝水中融入了CO2，所以会形成大量的HCO3－。此外，冷凝水中还包含一定量的Cl－、SO42－、Ca2+和Mg2+等离子，所以会使得冷凝水产生导电性。正是因为冷凝水的弱酸和导电特性，所以会使煤气柜内的钢结构比较容易出现电化学腐蚀。

二、柜内钢结构的腐蚀原因分析

通过上文介绍已知，当干煤气中的CO2溶于水后，会在煤气柜内的钢结构表面形成一层弱酸介质的冷凝水膜，而该水膜就具有较强的腐蚀性，会使钢结构被腐蚀。对CO2腐蚀机理的研究表面，影响腐蚀程度和速率的因素主要包括介质温度、CO2分压、水介质矿化度、酸碱性以及水溶液中Cl－、SO42－、Ca2+和Mg2+等离子以及O2的含量等。下面将对这些因素对腐蚀过程产生的影响机理进行详细探讨。

1、CO2和O2对腐蚀的影响

在实际工作中，CO2一旦溶于水，就会对碳钢产生极强的腐蚀性，这种腐蚀性甚至会比同pH条件下的HCI更高，进而就会给煤气柜柜内的钢结构造成非常严重的局部和全面腐蚀。一般而言，溶于水中的CO2越高，且酸性越强时，腐蚀的速率就会越快，所以溶于钢结构表面冷凝水中的CO2成份会对最终的腐蚀程度和速率造成巨大影响。实践研究和分析证明，CO2腐蚀是导致柜内钢结构腐蚀的主要原因。

此外，因为干煤气成分中还包括少量的O2，而O2成分会对CO2腐蚀产生催化作用，进而加剧腐蚀速率和破坏性。当pH大于4时，二价亚铁离子会被氧化成三价铁离子，而铁离子又容易与去极化反应的产物发生反应生成Fe(OH)3沉淀。该沉淀物一旦发生水解反应，就会促使冷凝水的酸性值提升，进而加速腐蚀作用。当柜内钢结构没有形成全面、致密的保护膜时，随着氧气含量的增加，会使腐蚀过程加快，进而导致钢结构表面出现严重的点蚀问题。

2、温度对腐蚀的影响

许多研究实践已经证明，温度是腐蚀产物膜形成的一个重要因素。现实中，随着温度的升高，二价亚铁离子的溶蚀速率会加快，进而导致腐蚀加剧，但同时FeCO3的沉淀速度也会加快，而这又容易在柜内钢结构表面形成保护膜，进而降低腐蚀危害。因此，温度对腐蚀的影响就呈现出了一种高度的复杂特性。

研究表面，当温度小于60℃时，碳钢表面虽然会形成FeCO3保护膜，但该保护膜却并不致密，所以能够提供的腐蚀保护性十分有限，具体则表现为严重的均匀腐蚀;当温度达到60～110℃时，碳钢表面产生的保护膜就具有一定的保护性，腐蚀速率会明显降低，主要以发生局部腐蚀为主;当温度达到110℃左右时，均匀腐蚀和局部腐蚀速度都会提高，腐蚀速率又会提升;当温度超过150℃时，因为产生的FeCO3保护膜非常致密，所以对腐蚀的保护性比较强，此时的腐蚀速率就比较低。现实中，考虑到柜内煤气的平均温度主要处于50～60℃的范围内，所以形成的保护膜会比较疏松，局部地方甚至会形成未被覆盖的空白区域，所以很难对腐蚀产生较强的保护作用，尤其是在一些特殊位置如焊缝处，更会产生比较明显的点蚀现象。

3、Cl－对腐蚀的影响上文已经提到，柜内钢结构表面的冷凝水膜中会还有一定量的Cl－，而氯离子本身对碳钢腐蚀也会产生催化作用。因为氯离子的半径较小，所以它比较容易穿透保护膜到达钢结构表面，进而加速腐蚀作用。此外，氯离子可以比较好地吸附在碳钢表面，而且吸附作用会随着氯离子含量的升高而提高，进而导致碳钢表面的FeCO3保护膜发生严重脱落，这也会进一步加剧腐蚀作用。此外，当氯离子浓度增大到一定程度后，其进一步增加会导致CO2溶解度降低，而这又会造成水中的H+、H2CO3、HCO3－降低，进而起到对腐蚀的减缓效果。

综上所述，冷凝水中的Cl－对柜内钢结构的腐蚀影响也比较复杂，它的含量对腐蚀速率的影响很大，但总的来说，它不会对CO2腐蚀的产物造成影响，主要表现为对腐蚀产物膜以及产物膜形态的破坏上。

4、Ca2+、Mg2+和SO42－对腐蚀的影响

转炉煤气中除了包含氯离子之外，还含有少量的Ca2+、Mg2+和SO42－等离子，而这些离子也会对腐蚀过程产生影响。其中，Ca2+会在柜内钢结构表面形成CaCO3垢层，而该垢层会与腐蚀产物保护层共同实现对钢结构表面的保护，进而使得腐蚀速率减缓。但当钙离子的质量浓度较低时，柜内钢结构表面可能无法被垢层完全覆盖，而这就会在覆盖区域和未覆盖区域间形成腐蚀电偶，进而导致未被覆盖的区域出现严重的局部腐蚀。所以，钙离子的存在虽然可以在一定程度上降低全面腐蚀作用，但随着浓度含量的不同，也可能会导致局部区域出现严重的腐蚀。

当柜内钢结构表面的冷凝水膜中含有少量的Mg2+和SO42－时，因为这会增加冷凝水膜的导电率，所以也会导致腐蚀加剧。但当镁离子和硫酸根离子的浓度达到一定值后，即使浓度进一步增加，因为导电率变化不明显，所以腐蚀速率也不会产生显著改变。

参考文献

[1]李闽,黄永红.转炉煤气柜柜内钢结构的腐蚀原因[J].腐蚀与防护,2017,38(7):568-572.

[2]李闽.转炉煤气系统内钢结构腐蚀原因及机理分析[J].环境技术,2017(6):34-38.

[3]王玉兴,孙德银,韩其福.转炉煤气柜侧板和底板腐蚀的检测与处理[J].冶金动力,2018(4):24-26.