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煤气管道积液和沉积物的产生、危害与应对措施

【摘 要】 针对xx煤气管道运行情况，主要介绍了煤气管道积液和沉积物产生的主要形成，分析了积液和沉积物对煤气管道的严重危害，并提出了相应的应对措施和对策。
【关键词】煤气管道、积液、排水器、危害、措施

1 概述
xx钢铁在生产过程中副产的高炉煤气及转炉煤气是一种优质的气体燃料，作为二次能源越来越得到充分、合理应用，在xx发展循环经济方面起到了举足轻重的作用。据统计副产煤气在企业总能耗的比例在32%，个别企业已经达到45%以上，如何安全高效利用好副产煤气，对企业的可持续发展具有极其重要的意义。副产煤气具有易燃、易爆、易中毒特性外，基于生产工艺、设备管理及人员操作等因素，管道积液和沉积物的问题也成为危及副产煤气正常使用的重要因素，轻则影响煤气的正常供应及用户的使用，严重的将导致管道坍塌，发生严重的煤气泄漏安全事故。
2 煤气管道积液和沉积物的主要形式
2.1 煤气中的机械水分
冶金企业煤气净化的主要工艺方式有干式、湿式两种，xx钢铁16台高炉全部配备干法布袋除尘器，对高炉煤气采用干式净化工艺，煤气的腐蚀较强，附表1为2012年3月份部分煤气管道排水PH值，从数值看酸性较强。
排水器编号及位置
中排-009
西排-040
西排-027
西排-024
西排-022
东排-032
东排-005
西排-010
3#高炉
7#8#高炉
10#高炉
11#12#
14#高炉
2150厂
型钢门口Φ2600
电厂Φ3400
3月份平均
3.99
3.79
4.4
3.21
3.35
6.09
5.96
4.91
酸性较强的主要原因是湿法除尘可以通过文氏管或洗涤塔将煤气中的腐蚀成分（如SO2、SO3、Cl2、H2S等）通过溶解或反应去除，进入水系统；而干法除尘腐蚀性成分只能随煤气的流动进入下道工序，并可以随着煤气的降温水分的析出而进入冷凝水，形成高腐蚀性的酸。为解决干法除尘带来的这些问题，各冶金企业采取了多种措施，其中在干法除尘后（或TRT发电装置后加装降温喷淋塔，达到除去煤气中腐蚀性成分的目的，可增加煤气中的饱和水和机械水。xx为降低冷凝水PH值和减少煤气对TRT装置的腐蚀冲刷主要采用了在TRT入口管道加缓释阻垢剂，增加了煤气中饱和水和机械水的含量。
高炉因工艺操作，如炉顶温度高时打水降温，也增加了煤气中机械水分。
2.2 煤气中的饱和水
冷凝物以水为主体，冷凝液的量取决于煤气饱和含湿量的析出，可以按下列公式初步计算：
W=Q(d1-d2)，kg/m3
式中：Q-气流量，kg/m3；d1，d2-温度t1，t2时的煤气绝对湿度，kg/m3；
dc=0.804Pz /P-Pz ,kg/m3;干气；
式中：Pz-温度t℃时水蒸汽分压（mmH2O）,MPa；
P-饱和气体的绝对压力（mmH2O）,MPa；
dc-工作状态下饱和气体的绝对适度，kg/m3。
从以上公式明显可以看出，煤气冷凝水的析出量主要取决于：（1）、煤气量：煤气流量愈大，冷凝水析出量就越大；（2）、煤气绝对适度（或含湿量）：煤气温度愈高水蒸汽在饱和气体中的分压愈大，而且水蒸汽分压差随煤气温度上升剧增，导致煤气温度愈高，煤气绝对湿度愈大，冷凝液排量愈大。
因此可以得出：(1)、煤气管道距离净化装置近的始端排水量多，末端排水量少；（2）、小直径煤气管道的表面积大，散热快，故水分析出快；（3）、大直径煤气管道因输气量大，可析出的水量相对多，但温降慢致使较远的末端仍将析出水分；（4）、加装TRT发电装置后，因经TRT发电后煤气温度降低较多，在TRT出口管到处水分析出较多，xx自2006年至2008年来将所有高炉都加装了TRT煤气透平回收发电装置，这也是xx高炉区域及TRT区域管道腐蚀较重的主要原因之一；（5）、冬季温差大，比夏季排水多。
2.3 煤气中灰尘及其它杂物
高炉冶炼过程中产生的副产品高炉煤气，因xx采用干法除尘工艺，首先经重力除尘后，再进入布袋除尘，含尘量小于10mmg/m3的净煤气进入TRT发电装置发电后，煤气送入外部管网，再进入各煤气用户使用。因高炉操作工艺的影响，煤气温度高低波动较大，对布袋除尘效果产生影响，另因降低成本布袋质量很难保证除尘要求，致使净煤气中含尘量较高，从xx2011年高炉区域煤气管道改造更换下来的管道内积灰明显看出，xx高炉除尘效果部分没有达到理想要求，致使在煤气管道中积灰较多，最严重的5#-10#高炉出口管道积灰最厚处达700mm左右。附表2为3月份人工检测的煤气含尘量，从数值上看含尘量较高。
3月份能源管控中心1-16#高炉出口人粉尘监控工取样数据 单位：mg/m3
机组
2#TRT
3#TRT
4#TRT
5#TRT
6#TRT
15#TRT
16#TRT
7#TRT
3月平均
26.07
13.01
12.24
79.24
50.76
10
7.8
34.60
机组
8#TRT
9#TRT
10#TRT
11#TRT
12#TRT
13#TRT
14#TRT
3月平均
3.09
1.70
10.34
0.14
4.5
6.14
15.04
煤气管道内防腐层脱落，因管道施工过程中对管道内部进行了内部防腐处理，因防腐为普通防腐漆，在管道运行过程中，因工艺影响管道内部防腐层脱落在管道底部沉积，甚至排水管堵塞等现象发生。
2.4 其它形式的外部水进入煤气管道
（1）、TRT添加缓释阻垢剂量大，在煤气管网沿途排水器排水管堵塞，排水能力不足；（2）、高炉焦炭含水量大或因高炉应急处理炉顶打水降温使煤气中含水量大；（3）、使用U型水封作为煤气管道切断装置的情况下，补充水源管理不善，连续性注水，但溢流装置不起作用，导致管道大量积水。（4）、管道使用水作为打压介质，形成超过管道承受负载的能力；
3 管道积液及沉积物的严重危害
由于管道积液及沉积物的存在将对对煤气管道、TRT发电装置、阀门、补偿器、附属设施及生产用户带来许多严重危害。
3.1 对煤气管道的危害
以上冷凝液及沉积物积存在煤气管道下部，如不及时排出，将产生许多严重危害，如检查发现和处理不及时将产生严重安全事故。主要的危害有以下几方面：（1）、电化学腐蚀，冷凝液在管道内形成浓差电池使管壁腐蚀，如果煤气中含有H2S等去极化成分，腐蚀速度将加速进行；（2）、冷凝液较多时被煤气流推动将产生潮涌，造成煤气压力波动，严重时将产生水锤现象而是管道振幌而坍塌；（3）、冷凝液聚集使管道流通断面减少，增加压力降，在低洼地段形成水封使输气停止，影响生产，也有可能因积水或沉积物过多，管道荷载过大而坍塌；（4）、由于沉积物的存在，使管道中的水不能顺畅排出，加剧了煤气管道的腐蚀。
因煤气管道内大量积水，又因煤气管道腐蚀壁厚变薄，导致煤气管道坍塌断裂的事故在冶金行业中时有发生，需引起足够的重视。
3.2 对TRT发电装置的危害
由于积液和沉积物存在对TRT叶片腐蚀冲刷严重，机壳壁厚变薄，提高了TRT检修频率，降底了发电效率，同时因操作频率的提高和设备偏设计较多对TRT发电安全稳定运行不利。
3.3 对阀门、补偿器及其他附件的危害
因积液和沉积物的存在，阀门腐蚀严重，存在关闭不严，内露量增大；补偿器、排水器、放散、人孔腐蚀泄露。
3.4 对生产用户的危害
因积液和沉积物的存在，用户燃烧器烧嘴腐蚀、堵塞，燃烧受影响，造成检修周期缩短等。
4 应对措施及对策
4.1 减少煤气中酸性物质量，提高设备耐腐蚀性能
（1）、减少入炉原燃料及助剂的S、CL含量。
（2）、在高炉出口或TRT入口加缓释阻垢剂，降低煤气中的酸性。
（3）、煤气管道及附属设施在设计时，必须在国家标准的基础上适当加厚。
（3）、煤气系统材料和设备订货时，必须强调煤气腐蚀性特点。
（4）、煤气管道及附属设施采用特殊防腐或选用耐酸腐蚀材料。
4.2 加强排水器的管理，确保正常排水
排水器在煤气管道运行中，处于非常重要的位置，由于其分布广，附件多，是煤气中毒事故的主要危险源，确定了排水器既是煤气管道运行管理的重点也是难点，为确保煤气管网运行的安全就必须突出排水器的管理，时刻要满足“管道有液及时排，管道无液不漏气”的要求。
（1）、对每个排水器进行编号，建立台账，定人定时运行巡视检查，重点在排水器水位、下降管堵塞情况、伴热装置及各附件是否完善、齐全。
（2完善排水器运行管理制度，对排水器定期检修，清理底部沉积物，检查隔板腐蚀情况。
（3）、稳定管网煤气压力，出现较大波动时，及时安排检查巡视各排水器有无缺水现象。
（4）、做好排水器器的防冻保温工作，确保排水顺畅无堵塞。
（5）、关键要害部位选用具有防击穿、防冻、免补水等先进技术的排水器。
4.3 强化高炉干式布袋除尘器的管理
对布袋除尘器加强运行管理，定期检修维护，按照周期更换布袋，确保达到除尘效果。
4.4 加强关键数据监测，提高对关键参数的实时跟踪
对煤气冷凝水PH值、TRT入口粉尘含量、TRT入口温度等关键参数进行跟踪分析，并采取日报的形式将数据通报给相关部门，在数据总结分析中，对异常数据进行查找原因，并使数据在运行要求范围内。对提高煤气质量成立攻关小组，形成月度例行工作，将提高煤气质量工作作为一项长期的重点工作来抓。
4.5 排查煤气管道U型最低点
煤气管道在设计、施工等各环节不可预料的出现一些U型低点，由于排水装置无设置或设置不合理，不能到达正常排水效果，致使运行一段时间后，出现管道积液，阻断煤气现象，影响用户使用，严重会出现管道变形或坍塌事故。
对所有管道U型低点进行排查，未设置排水的采取带压开口的方式加装排水装置。
4.6 加强U型水封的使用管理
煤气管网中，蝶阀或闸阀等配合U型水封使用可以作为煤气可靠切断装置，但要注意水封使用的关键几点:(1)、投运后的水封补充水连续可靠，溢流排水连续稳定；（2）、冬季水封投运防冻保温措施完善，具有伴热保温等；（3）、对运行水封加强管理，定人、定时巡视检查，记录完整；（4）、水封下部配套安装的排水器是水封的重要组成部分，在水封退出使用时，要特别做好排水器的使用管理，确保排水正常可靠；
4.7 强化管网巡检与定期专检的管理机制
在煤气管道的管理中，除要强化日常的检查巡视外，要建立并完善定期专检工作，并将运行年限长的管道作为管理的重点，主要有：（1）、高炉煤气管道每季度进行一次壁厚监测，转炉煤气管道每半年进行一次壁厚监测，并做好详细记录和总结分析；（2）、每年雨季到来前要监测一次接地电阻，检查一次防雷、防雨和防风装置；（3）、每年春秋两季对排水器进行一次全面清理、检查；（4）、每年入冬前和解冻后要检查一次泄露情况并填写记录；补偿器及阀门填料每季度检查一次；（5）、每3-5年对煤气管道及附属装置的金属表面涂刷防锈漆及管道标示。
5、结束语
xx钢铁自2003年至今已经过8年对煤气管网运行管理，既有丰富的经验也有许多值得深思的教训，认真总结和分析管道积液和沉积物对煤气管网安全运行的影响及危害，具有重要的意义。对煤气管网规范管理形成安全可靠地管理模式，确保煤气管网安全可靠稳定运行，为xx循环经济发展做出更大的贡献。