高爐煤氣是高爐煉鐵過程中產生的氣體，是鋼鐵企業內部生產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）；燒結礦中含有氯鹽（CaCl2、MgCl2、FeCl3等）。

1、高爐煤氣TRT系統腐蝕的特點

一些鋼鐵企業TRT投入使用半年左右就出現了補償器、低溫煤氣管道腐蝕等一系列問題，導致頻繁出現漏點，不得不停止高爐冶煉對管道進行焊補。但是，這種方法只能應付一時，造成管道腐蝕的介質依然不能消除，長此以往，必將嚴重影響高爐系統的穩定運行。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，高爐煤氣的組成復雜，導致的腐蝕種類也不相同，大致分為以下幾種：

（1）均勻腐蝕；隨著煤氣傳輸的距離增加，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的強酸，對煤氣管道造成酸性腐蝕。

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

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

（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，因而引起電化學腐蝕。

（5）磨損腐蝕和應力腐蝕；這種腐蝕是由于腐蝕介質和機械因素的共同作用，主要是在焊口和管道內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系統腐蝕積鹽情況

2、高爐煤氣TRT系統腐蝕積鹽原因

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，雖然經過一系列的干法除塵，但其中仍含有少量水分和鹽雜質。高爐煤氣的溫度隨著在TRT透平機內膨脹做功而逐漸降低，當透平機內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，流過的地方發生化學反應，破壞了管道材料結構形成腐蝕層。隨著腐蝕程度加劇，最終導致管道底部穿孔、漏氣和滴水現象。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析出并附著在透平的動靜葉片和機殼內壁及出口管道上，形成積鹽。

3、高爐煤氣TRT系統防護措施

目前針對高爐煤氣酸性腐蝕和積鹽的現狀的主要措施有

（1）強化設備；如采用價格昂貴的Incolog800材質的不銹鋼波紋補償器，增加管道設備的厚度，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備的使用壽命，但投資大，且不能從本質上解決問題。

（2）提高透平機入口煤氣溫度，減少積鹽現象；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系統腐蝕積鹽問題。

3.1緩蝕劑

分類：

緩蝕劑的種類有很多，通常可根據緩蝕劑的化學組成成分、緩蝕劑使用的介質、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。

按緩蝕劑所含化學成分不同，可將緩蝕劑分為無機、有機和復合型三種

（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，其化學穩定性好，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合物保護膜而起到緩蝕作用。

（3）復合型緩蝕劑；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配使用的復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，也減輕了環境污染。

機理：

對于緩蝕劑的緩蝕機理有很多說法，現在主要有三種理論，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生化學反應，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的為化學吸附。通過吸附形成的配合物或螯合物達到阻止腐蝕介質和金屬接觸，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移過程轉變為共享過程，通過阻止電子轉移來阻止金屬腐蝕，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則。

3.2阻垢劑

工業的發展離不開水資源，在工業用水系統中，污垢已經成為除腐蝕之外對材料和設備的第二大危害。因此，阻垢劑的研制對工業設備的保護起到重要作用。

分類：

阻垢劑種類繁多，按照其發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、木質素、纖維素等天然有機高分子化合物曾經被用作阻垢劑，它們能與硬度離子形成螯合物而達到抑制結垢效果，但是由于使用成本較高，所以現在很少使用。

（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，增加其溶解度而達到阻垢目的。但是磷會對環境造成污染，現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。研究發現，阻垢劑阻礙沉淀積聚主要有三種途徑，低劑量效應、晶格畸變作用及分散作用。

（1）低劑量效應；一定化學劑量的阻垢劑才能使硬度離子穩定于水中，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。

（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，形成的螯合物占據晶體正常生長的晶格位置，阻礙晶體的繼續生長。

（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，顆粒在靜電作用下互相排斥，避免了顆粒碰撞繼續生長。