高爐煤氣是高爐煉鐵過程中產(chǎn)生的氣體，是鋼鐵企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)使用的重要二次能源。高爐煉鐵的原料煤的主要元素為碳（C），還有少量的硫化物（MSx）；燒結(jié)礦中含有氯鹽（CaCl2、MgCl2、FeCl3等）。

1、高爐煤氣TRT系統(tǒng)腐蝕的特點

一些鋼鐵企業(yè)TRT投入使用半年左右就出現(xiàn)了補償器、低溫煤氣管道腐蝕等一系列問題，導(dǎo)致頻繁出現(xiàn)漏點，不得不停止高爐冶煉對管道進行焊補。但是，這種方法只能應(yīng)付一時，造成管道腐蝕的介質(zhì)依然不能消除，長此以往，必將嚴重影響高爐系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。為了解決這個問題，必須對造成腐蝕的因素和腐蝕的類型有所了解，高爐煤氣的組成復(fù)雜，導(dǎo)致的腐蝕種類也不相同，大致分為以下幾種：

（1）均勻腐蝕；隨著煤氣傳輸?shù)木嚯x增加，煤氣的溫度、壓力會逐漸降低。煤氣的露點溫度大約為68℃左右，當煤氣溫度低于此溫度，其中所含的水蒸氣冷凝析出在管道的內(nèi)壁形成一層水膜，煤氣中所含的CO2、SO2、H2S、NOx等酸性氣體就會與水生成相應(yīng)的強酸，對煤氣管道造成酸性腐蝕。

（2）電化學(xué)腐蝕；煤氣中的酸性氣體與水作用生成相應(yīng)的強酸，強酸離解為強電解質(zhì)，從而引起電化學(xué)腐蝕。

（3）電偶腐蝕；電偶腐蝕發(fā)生在不同材質(zhì)之間，比如煤氣管道和補償器兩種不同材質(zhì)的金屬材料，在冷凝水介質(zhì)中相互接觸就形成腐蝕電池，產(chǎn)生電偶腐蝕。

（4）縫隙腐蝕；此類腐蝕存在于管道連接處、管道焊縫處腐蝕產(chǎn)物附著處等部位。這些部位容易積聚冷凝水，因而引起電化學(xué)腐蝕。

（5）磨損腐蝕和應(yīng)力腐蝕；這種腐蝕是由于腐蝕介質(zhì)和機械因素的共同作用，主要是在焊口和管道內(nèi)壁等部位引起腐蝕破壞，形成密集的凹坑和溝槽。

圖1高爐煤氣TRT系統(tǒng)腐蝕積鹽情況

2、高爐煤氣TRT系統(tǒng)腐蝕積鹽原因

高爐煉鋼的原料和工藝使得在形成高爐煤氣過程中存在著CO2、SO2、H2S、HCl、NOx等酸性氣體組分以及少量的鹽雜質(zhì)，雖然經(jīng)過一系列的干法除塵，但其中仍含有少量水分和鹽雜質(zhì)。高爐煤氣的溫度隨著在TRT透平機內(nèi)膨脹做功而逐漸降低，當透平機內(nèi)的煤氣溫度低于煤氣露點溫度時，煤氣中所含的酸性氣體就會冷凝析出，并沿著管道內(nèi)壁在管道底部匯聚，形成強腐蝕性液體，這種液體氣流推動下流動，流過的地方發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，破壞了管道材料結(jié)構(gòu)形成腐蝕層。隨著腐蝕程度加劇，最終導(dǎo)致管道底部穿孔、漏氣和滴水現(xiàn)象。同時，煤氣中所含的鹽分如NH4Cl等遇水及粉塵時會以固體形態(tài)析出并附著在透平的動靜葉片和機殼內(nèi)壁及出口管道上，形成積鹽。

3、高爐煤氣TRT系統(tǒng)防護措施

目前針對高爐煤氣酸性腐蝕和積鹽的現(xiàn)狀的主要措施有

（1）強化設(shè)備；如采用價格昂貴的Incolog800材質(zhì)的不銹鋼波紋補償器，增加管道設(shè)備的厚度，用安全泄壓閥替代干法除塵筒體防爆膜等等。這些措施在一定程度上可以提高管道設(shè)備的使用壽命，但投資大，且不能從本質(zhì)上解決問題。

（2）提高透平機入口煤氣溫度，減少積鹽現(xiàn)象；該法不能解決腐蝕問題。

（3）添加緩蝕阻垢劑；當高爐無法改進操作方式時，在高爐煤氣中添加緩蝕阻垢劑是一種有效的方法。該技術(shù)利用脫硫緩蝕阻垢劑在TRT入口前減少和抑制硫酸銨及氯化銨等積鹽的形成，同時在葉片上形成保護膜，對煤氣中酸性氣體和灰塵對葉片的腐蝕沖刷起保護作用。

由以上解決方法可以看出，通過添加緩蝕劑、阻垢劑，能從根本上解決高爐煤氣干式TRT系統(tǒng)腐蝕積鹽問題。

3.1緩蝕劑

分類：

緩蝕劑的種類有很多，通?？筛鶕?jù)緩蝕劑的化學(xué)組成成分、緩蝕劑使用的介質(zhì)、對電極過程的影響、在金屬表面形成保護膜的特征等不同而有不同的分類方法。

按緩蝕劑所含化學(xué)成分不同，可將緩蝕劑分為無機、有機和復(fù)合型三種

（1）無機緩蝕劑；主要包括鉻酸鹽、鉬酸鹽、鋅鹽、磷酸鹽和聚磷酸鹽等無機鹽。

（2）有機緩蝕劑；主要包括含磷有機緩蝕劑和有機胺類緩蝕劑。含磷有機緩蝕劑和無機磷酸鹽相比，其化學(xué)穩(wěn)定性好，用量低，不易水解和降解。有機胺類緩蝕劑含有親水極性基團胺基和親油非極性基團烷基，能夠吸附在金屬表面形成保護膜或者與金屬離子形成絡(luò)合物保護膜而起到緩蝕作用。

（3）復(fù)合型緩蝕劑；主要包括鉻酸鹽系列、磷酸鹽系列、鋅鹽系列、鉬酸鹽系列、硅酸鹽系列、全有機緩蝕劑。兩種或幾種化合物復(fù)配使用的復(fù)合型緩蝕劑可以提高緩蝕效率，同時降低了緩蝕劑總濃度，降低了成本，也減輕了環(huán)境污染。

機理：

對于緩蝕劑的緩蝕機理有很多說法，現(xiàn)在主要有三種理論，分別為成膜觀點、吸附機制和酸堿理論。

（1）成膜觀點；緩蝕劑在管線金屬表面形成一層不溶于水的保護膜，這層膜阻礙金屬離子與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，起到了抑制金屬的腐蝕過程。

（2）吸附機制；分為物理吸附和化學(xué)吸附，都是對具有極性基團的有機緩蝕劑。由靜電作用或范德華力引起的為物理吸附，由緩蝕劑和金屬形成配位鍵來實現(xiàn)的為化學(xué)吸附。通過吸附形成的配合物或螯合物達到阻止腐蝕介質(zhì)和金屬接觸，從而起到緩蝕作用。

（3）酸堿理論；在此理論中，緩蝕劑將金屬電子的轉(zhuǎn)移過程轉(zhuǎn)變?yōu)楣蚕磉^程，通過阻止電子轉(zhuǎn)移來阻止金屬腐蝕，緩蝕的過程即為緩蝕劑中分子中的孤對電子向配位中心配位的過程，所形成的配位鍵強度服從軟硬酸堿規(guī)則。

3.2阻垢劑

工業(yè)的發(fā)展離不開水資源，在工業(yè)用水系統(tǒng)中，污垢已經(jīng)成為除腐蝕之外對材料和設(shè)備的第二大危害。因此，阻垢劑的研制對工業(yè)設(shè)備的保護起到重要作用。

分類：

阻垢劑種類繁多，按照其發(fā)展歷程和起作用的官能團，大致可以分為天然聚合物阻垢劑，含磷類聚合物阻垢劑，共聚合物阻垢劑，綠色新型聚合物阻垢劑。

（1）天然聚合物阻垢劑；單寧、木質(zhì)素、纖維素等天然有機高分子化合物曾經(jīng)被用作阻垢劑，它們能與硬度離子形成螯合物而達到抑制結(jié)垢效果，但是由于使用成本較高，所以現(xiàn)在很少使用。

（2）含磷類聚合物阻垢劑；這類阻垢劑的阻垢機理是通過分子內(nèi)的有些官能團或靜電靜電作用力吸附在晶體表面的活性點上，使晶體的生長速度減緩而保持在微晶狀態(tài)，增加其溶解度而達到阻垢目的。但是磷會對環(huán)境造成污染，現(xiàn)在主要使用無磷阻垢劑。

（3）共聚合物阻垢劑；包括丙烯酸類共聚物、磺酸類共聚物、馬來酸酐類共聚物等。這類阻垢劑是由對應(yīng)的單體聚合而成，羧基是起作用的官能團，它不僅有分散和凝聚作用，而且能夠干擾晶體形成過程中晶格的排列而起到阻垢目的。

（4）綠色新型聚合物阻垢劑；主要有聚環(huán)氧琥珀酸和聚天冬氨酸，這類阻垢劑具有無毒、可生物降解的特性。

機理：

阻垢劑能夠和水中的成鹽陽離子（Ca2+、Mg2+）形成可溶的螯合物，使微溶鹽的溶解度提高，達到阻垢的目的。研究發(fā)現(xiàn)，阻垢劑阻礙沉淀積聚主要有三種途徑，低劑量效應(yīng)、晶格畸變作用及分散作用。

（1）低劑量效應(yīng)；一定化學(xué)劑量的阻垢劑才能使硬度離子穩(wěn)定于水中，當阻垢劑的濃度大于一定量后，它的阻垢作用就不再增強。HPMA就具有這種低劑量效應(yīng)。

（2）晶格畸變作用；阻垢劑的加入，不僅與水中的硬度離子形成螯合物，而且與晶體表面曲折位置的硬度離子螯合，形成的螯合物占據(jù)晶體正常生長的晶格位置，阻礙晶體的繼續(xù)生長。

（3）分散作用；阻垢劑相當于分散劑吸附在晶體顆粒表面，使顆粒表面形成雙電層，改變其電荷狀態(tài)，顆粒在靜電作用下互相排斥，避免了顆粒碰撞繼續(xù)生長。