【技术文摘】酒钢7号高炉水系统水管锈蚀原因及防护措施

陈典举  孙继元

（酒钢宏兴钢铁股份有限公司炼铁厂设备保障作业区）

 

摘  要  水系统设备的运行稳定性直接影响着炼铁高炉生产的连续性，水系统是高炉生产的循环血液和冷却肌肤；高炉水系统一旦发生断水或者泄漏，会使高炉连续作业失调发生停产、某些被冷却的设备烧损，严重者会发生重大安全生产事故；本文就酒钢炼铁厂7号高炉水系统水管锈蚀原因进行了分析，提出了水系统日常防护的新方法。

关键词  水系统  锈蚀开裂  超级包  包裹防护

 

1  概述

酒钢7号高炉有效容积为2650m³，设计年产炼钢生铁192.5×104t/a，高炉于2011年3月6日开炉投产；高炉炉身采用薄壁内衬，设置15段冷却壁，21带炉皮。高炉本体、炉底和热风阀（含倒流休风阀）采用软水闭路循环冷却系统。冷却水经水泵站主循环泵升压后，通过DN1000供水主管输入高炉本体，由供水总环管和供水干管将冷却水引至冷却壁直冷管。

2  高炉冷水系统供水方式及存在问题

高炉炉体第 1-4 段冷却壁材质为灰口铸铁（HT150），其中铁口两侧设置两块铜冷却壁，第 5 段为球墨铸铁冷却壁，第6-8段为铜冷却壁，其余各段均为球墨铸铁冷却壁（QT400-18）。

铸铁冷却壁直冷管分14个扇形区域供水，以利于分区检漏，灵活调节冷却水量，控制冷却强度。冷却壁进水直接由供水干管引出接至第1段冷却壁直冷管的入口（冷却壁每根直冷管从第1段～第5段自下而上串接），回水分别进入14个区域的14根回水集管内。14根回水集管作为第10段冷却壁的供水管接至第10段冷却壁直冷管的入口（第10段～第16段冷却壁直冷管自下而上串接）。回水分别进入14个区域共14根回水集管内，汇集到DN1000总回水管，经脱气罐、膨胀罐组回送到主循环泵房。

路基第1-4段灰口铸铁光面冷却壁，水冷管采取4进4出竖直排列，其中铁口处铜冷却壁水管采取6进6出，设计水管为φ70×6mm。

在日常生产过程中，因高炉冷却壁破损，炉皮发红，高炉采取炉皮强制打水冷却运行；加至高炉炉役运行后期，炉基炉底封板开裂上涨等因素综合作用，水系统水管出现锈蚀开裂隐患，制约高炉指标进步和安全运行。

3  水系统水管锈蚀的危害

（1）水管管壁厚度减薄，降低了管道的承压能力，严重时会低于设计压力，产生爆管，带来严重后果。

（2）水管管内壁沉积锈蚀物或结成瘤状物，增大管内壁的摩阻系数，减少管道的有效截面积，降低流量。

（3）水管管道锈蚀穿孔时，导致介质外流，造成污染并产生经济损失。

（4）水管严重锈蚀系统会造成阀门、水泵、减压阀等过水设施出现渣滓沉积卡堵，导致系统不能正常运行直至瘫痪。消防系统的消火栓可能打不开，自动喷淋头可能被堵死或喷水强度大大减小，不能达到灭火效果。

4  水系统水管锈蚀的原因

水系统水管锈蚀的原因主要是金属腐蚀主要表现在两个方面分为化学腐蚀和电化学腐蚀。

（1）化学腐蚀，水系统水管在干燥空气中，如水管在高炉环境高温潮湿下跟氧气直接发生氧化还原反应而发生腐蚀

（2）电化学腐蚀，水系统水管金属材质在潮湿空气中，表面吸附一层薄薄的水膜，纯水是弱电解质，它能电离出少量的H⁺和OH^-，同时由于空气里的CO₂的溶解，使水里的H+增多。结果在钢铁表面形成了一层电解质溶液薄膜，它跟钢铁的铁和少量的碳（或其它杂质）恰好构成了原电池。因此，钢铁制品的表面就形成了无数微小的原电池。在这些原电池里，铁是负极，碳是正极，这时作为负极的铁就失去电子而被氧化：Fe-2e=Fe²⁺；在正极，溶液里的H⁺得到电子而被还原，最后产生氢气在碳的表面放出：2H⁺+2e=H₂这种腐蚀通常叫析氢腐蚀。如果钢铁表面水膜酸性很弱或呈中性，在负极上也是铁失去电子而被氧化成Fe²⁺，而在正极上主要是溶解于水膜里的氧气得到电子而被还原：Fe-2e=Fe²⁺，2H₂O+O₂+4e=4OH^-，这种腐蚀叫吸氧腐蚀。

从本质上看，电化学腐蚀和化学腐蚀都是铁等金属原子失去电子而被氧化的过程，而电化腐蚀过程伴有电流产生，化学腐蚀过程却没有，在一般情况下，两种腐蚀往往同时发生。造成电化学腐蚀的外因主要是大气中的二氧化碳、二氧化硫、氨、氧等成分及材料表面的灰尘、锈蚀伤痕等。内因则是金属材料的电位不同，化学成分及材料内部的组织的不均匀性等。

5  水系统水管锈蚀采取的对策

5.1  水系统锈蚀水管

（1）日常点检对炉基1-4段锈蚀水管壁厚打磨测量，并对水管（设计水管为φ70×6mm）壁厚小于3.5mm的水管标记。

（2）对测量壁厚小于3.5mm的水管利用日修优先用超级包包裹加固，并对测量壁厚在3.5～4.5mm之间的水管用高压胶管外侧使用的防火套包裹，延缓锈蚀趋势。

（3）超级包的防腐原理

用涂料均匀致密地涂敷在经除锈的金属管道表面上，使其与各种腐蚀性介质隔绝，材料和结构要具有良好的介电性能、物理性能、稳定的化学性能和较宽的温度适应范围。通过涂层在金属表面形成一层绝缘材料的连续均匀覆盖层，将金属与其接触的电解质之间进行绝缘，防止电解质直接接触到金属，设置一个高电阻使得电化学反应无法正常发生。

（4）超级包包裹加固方案详细如下

① 超级包技术介绍：超级包组成成份是进口高强加固带组合液态陶瓷外包金属补强的新技术，具有施工方便，外包部分成型后强度高，耐腐蚀，不收缩，不开裂，耐压等优点。

②超级包价格及需求量：

水冷壁水管数量：     168根；         管径：70mm

介质压力：           7公斤          管长：800mm

超极包最佳使用量：   120公斤

③具体施工方案

A、超级包的施工条件：

施工温度：超级包的施工温度范围是10度到36度，最佳施工温度是21度到32度之间，过低的温度和过高的温度会影响超级包的施工效果，从目前的现场温度是完全满足要求的。

施工湿度：湿度过高不利于施工，需保证施工表面干燥，一般情况下相对湿度不应超过80％。

施工工期：超级包的在施工温度是25度情况下，抗化性固化时间为48小时，加上现场去除原来的环氧树脂和外包超级包需3天到4天的时间。

5.2  水系统开裂水管

（1）对于开裂后能停水的水管，看水人员结合高炉运行参数停水后，检修人员对补焊加固。

（2）对于开裂后不能停水的水管：

①检修人员对该水管区域关联水管进行加固，防止水管裂纹发展扩大，要求竖管开裂则对横管约束固定，横管开裂则对竖管约束固定。

②对有裂纹的关联水管加固固定后，根据水管裂纹位置及大小，采用胶皮包裹后外加半剖管材进行绑扎固定。

③对有裂纹的关联水管加固固定后，若无法进行包扎固定，联系专业带压堵漏人员处理。

④利用高炉休风降水压或停水机会，对开裂水管支盒子焊接加固。

5.3  现场应用案例

2016年4月7号高炉系统检修对炉基1段及铁口两侧锈蚀水管，采用超级包高含量陶瓷材料实验加固做防腐25根，并对26#-4水管在线做卡子堵漏填充密封胶，消除了水系统隐患。

4  结语

水系统管道的腐蚀及防腐对策是一个很大的课题，重点要正对防腐机理采取防腐对策，，在线封堵或使用超级包对锈蚀水管包裹防护使用时应根据保护对象和投资、维护等条件综合考虑选定，选择适合工况的防护手段，保证水系统的安全稳定运行。

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