焦炉煤气鼓风机叶轮防腐措施

Anticorrosive Measure of Blower Impeller for Coke Oven Gas

周亚平/ 马钢煤焦化公司

摘要：介绍了煤气鼓风机叶轮腐蚀现象，并简单分析了腐蚀原因，还提出了改进措施。 关键词：离心式鼓风机 叶轮 防腐 中图分类号:TH442 文献标识码:B

文章编号:1006-8155(2005)06-0022-03

Abstract: Corrosion phenomenon of gas blower impeller is introduced, The corrosive reason is briefly analyzed, and 8 items of improving measures are put forward. Key words: Centrifugal blower Impeller Anticorrosion 1 引言

我公司有4台陕西鼓风机(集团)有限公司生产的D1150-1.3/0.95-1型两级离心式煤气鼓风机。它的作用是不断地将焦炉炭化室里炼焦过程中所产生的焦炉煤气抽出，并压送到回收车间进行处理。它既要克服途中各设备及管道的阻力，又要保持足够的煤气剩余压力。运行方式是两开两备，单机输送能力为69000m3/h。多年来风机运行不太稳定，一年倒机次数最多时竟超过20次，严重影响了煤气的正常输送，给公司生产带来很大不利。究其原因,由风机叶轮腐蚀引起的故障是主要问题之一。 2 腐蚀现象

风机长年在有害介质中高速运转，必然要受到腐蚀。转子的腐蚀主要发生在叶轮的前盘、后盘和叶片上，其材质分别为35CrMo和30CrMnSi。当转子运行一个周期，由于振动超标故障停机而对其进行检查清扫时，能在前后盘及叶片表面上清扫出大量的腐蚀产物。而备用机组找过动平衡后，停了相同周期。在启动运行时，往往由于转子处于不平衡状态导致风机振动加剧而被迫停机。若检查也能清扫出大量腐蚀产物，且比运行一周期刚停下来的转子还多。从清扫的表面看，叶轮除了有均匀的腐蚀外还有大量的点蚀，致使转子每隔2～3年就得报废换新，腐蚀率最大能达2mm/年。备用机组更为严重。

制造厂设计的叶轮为前后、盘与叶片焊接而成，在进风口处每个叶片都留有100mm长度未进行焊接而形成了间隙，造成叶轮静止时产生缝隙腐蚀，叶轮运行时产生缝隙和应力的联合腐蚀。2000年10月我公司在风机运行时因调速系统故障停机，更换停了6个月的备用风机后运行，在运行几小时后该风机发生异常声音，振动剧烈，又被迫停机。经检查发现前、后盘大面积腐蚀，其表面出现许多麻点，深层凸起，底层锈蚀，清扫的腐蚀产物质量达2kg。低压级叶轮1个叶片折断，并打坏了高压级叶轮的2个叶片，转子严重失衡，导致报废。 3 腐蚀原因分析

风机输送的介质是粗煤气，粗煤气的成份如表1所示。

表1 粗煤气成份 （g/m3） 水气 250～450 焦油雾 80～120 粗苯 30～45 氨 6～9 氰化氢 0.5～1.5 吡啶 一氧化氮 硫化氢 1～3 1～4～7 4cm3/m3 乙烯 13～26 丙烯 约11 氯化物 约1 二硫化碳 噻吩 0.3～0.5 0.1～0.15 硫醇 约0.01 二氧化硫 约0.1 萘 约10 乙炔 1.2～2.3 氢气 45～54 甲烷 乙烷同系物 一氧化碳 二氧化碳 氮气 170～210 12～26 63～88 39～59 5～125 氧气 约7 从表1可看出煤气中含有大量活性气体成分。以硫化氢和氰化物对叶轮腐蚀性最强。硫化氢可溶于水或氢硫酸，叶轮与硫化氢接触后在其表面快速形成疏松易剥落的硫化物，硫化物和硫化氢阻滞分子氢的形成，使大量氢原子吸附并积聚在叶轮表面，使表面原子间内聚力减弱，表面能下降，渗入叶片焊缝缝隙的氢原子继续楔入缝隙尖端裂纹缺陷部位，使裂纹迅速向纵深发展，在金属内部易出现氢脆和脱碳破坏。值得一提的是硫化物应力腐蚀只发生在90℃以下，而破裂最敏感的温度为20～50℃。风机输送粗煤气介质温度正好在该范围之内。 二氧化硫属酸性氧化物，溶于水可生成中强酸。被蚀金属与二氧化硫反应时，一方面在其表面形成溶于硫原子的氧化皮或溶于硫化物的氧化皮，另一方面在金属内部深处溶入的硫与活泼元素组成相应的硫蚀相。

这样一个分子的硫酸并不只腐蚀一个原子的铁，有资料表明,一个分子的硫酸至少要腐蚀100个原子铁，可见二氧化硫对金属腐蚀影响很大。

氯化物是含有卤素的阳离子氧化剂，几乎能使所有实用金属增加腐蚀。在阳离子氧化剂和活性氯离子的双重作用下腐蚀反应激烈。卤素离子易使不锈钢等易钝化金属产生孔蚀，缝隙腐蚀及应力腐蚀破裂等局部腐蚀。当介质中有NH3—CO2—H2S—H2O时，系统会增大对金属的腐蚀速率。

总之，这些有害的活性气体都极易溶解在叶轮表面中，并电离出氢离子或氢氧根离子，致使叶轮的前、后盘和叶片发生腐蚀。它们对金属的腐蚀方式均与温度有关，且像粗煤气这样多种成分混合在一起的介质构成的联合腐蚀速率要比单种介质大得多，破坏力也更为强烈。这是由于混合气体介质在金属表面进行着多元不均匀的化学反应，并形成成分不均匀，含有大量晶体结构缺陷的多种反应产物，显然这种锈皮是不耐蚀的。

由上述可知，叶轮的腐蚀主要是活性气体等以水为介质的电化学反应所引起的。水气是腐蚀发生的重要介质，活性气体是腐蚀发生的主要祸根。 4 防腐措施

4.1 改变叶轮材质

为了减少腐蚀，延长转子寿命，除应考虑到材料的机械性能和物理性能外，还应注重其化学性能。风机叶轮最好的材质当然首选不锈钢。钢中含铬量超过12%时就会变得不易被腐蚀生锈，因为在这种钢的表面上形成了一层致密的FeO·Cr2O3、NiO·Cr2O3或NiO·Fe2O3之类的氧化物保护膜的缘故。宝钢的风机叶轮是用含钛不锈钢坯整体切削加工而成的。这样既避免了零件受剪切而损坏，又达到了防腐目的。但这种方法国内采用较少，因为它加工方法复杂，再加上这么大的不锈钢坯料供应有困难，而且在加工中被切削去的材料的质量远远超过叶轮本身，所以费用非常昂贵。如果不选用钢坯整体加工，而选用不锈钢焊接叶轮，其加工难度及费用都会大大下降，但费用仍比其它材质较高。因此在企业有能力的情况下还是应选不锈钢叶轮。 4.2 化学镀Ni-P合金

经过论证选择了化学镀Ni-P合金，就是在转子叶轮表面镀上一层0.03mm的非晶态Ni-P合金。

化学镀Ni-P合金镀层有着十分优异的抗腐蚀性能。据有关资料表明，在还原性介质中它的抗腐蚀能力优于不锈钢百倍以上。它之所以非常耐腐蚀是由于非晶态合金结构均匀，不存在偏析、夹杂物和第二相，原子呈短程有序结构，没有晶界、位错、层错及与晶态有关的其它缺陷，从而具有较好的化学及电化学均匀性，这是耐蚀的主要原因。再者该合金镀层腐蚀电位随合金中含磷量的增高而增高。根据金属腐蚀的混合电位理论，在阴极过程不变的情况

下，金属腐蚀电位愈正，则该金属的腐蚀电流愈小。因此用高磷工艺生产的化学镀Ni-P合金镀层耐蚀性能十分优异。

还有它与基体的结合力大于电刷镀，更大于电镀，孔隙率只是电镀的一半。其均镀性好，任何复杂的几何形状均可施镀，并可保证镀层厚薄均匀、平整光滑。耐蚀性、抗粘附、抗啮合能力都强于硬铬。它确实是一种综合性能优良的防腐防磨材料，且工艺简单、化学镀Ni-P合金工期短、成本低、见效快。 4.3 用N2保压保护

在风机备用机组停机状态下，由于风机前、后阀门关不严会产生泄漏，致使机壳内充满静止的粗煤气。静止的粗煤气对转子叶轮侵蚀相当严重，其危害性也很大，所以采用N2保压保护方法。

从风机进口阀后、出口阀前两点向机壳内通N2，N2压力保持在风机轴封处有N2微微冒出即可，使机壳内保持微正压，且在正常情况下每周做一次含氧和爆发试验，并记录。这样做的好处有两点：其一，机壳内始终充满N2，粗煤气进不来，叶轮始终\"浸泡”在N2中。N2是惰性气体，不具有腐蚀性；其二，在紧急情况下立即开备用风机而不需做含氧分析，缩短了倒机时间，减少了对生产的影响。但是要制定相应的N2使用操作规程，做好N2使用的压力控制和运行安全监护工作。 4.4 叶轮焊接时叶片满焊

风机制造厂家设计的风机叶轮为焊接结构，而在叶轮前、后盘进风口处每个叶片都留有100mm长度未进行焊接。要求制造厂家对叶轮的每个叶片都进行满焊，不留缝隙，以免产生缝隙腐蚀和应力腐蚀，消除这种结构上的缺陷。 4.5 在用和备用机组运行率的均衡性 以前风机管理是重在用轻备用的管理。在用风机要运行到故障发生或有故障征兆时才换备用机运行，这时在用机才能停下检修而成为备用机。这样在用机运行状况好的时候能连续运行9个月，该备用机也只能停机做备用9个月。实践经验多次表明备用机静止的叶轮腐蚀速率要比运行的叶，备用机静止时间越长、腐蚀越严重，以至于备用机备用久了到该启动运行时却由于转子腐蚀不平衡而起不到作用。因此备用机组不要停得时间太长，在用和备用机组运行率的均衡性应引起重视。

根据经验，要求在用风机运行周期3个月左右后必须更换备用机运行或者该备用风机被用3个月后必须换在用机。使在用机和备用机交替运行，有恰当合理的周期。在用机停机后进行揭机盖维护，逐片检查风机叶轮高压级、低压级叶片厚度、焊缝状态及腐蚀损伤情况，对转子做动平衡试验，最终各项检查都合格后再把叶轮涂抹防腐剂，将叶轮表面隔离，使表面形成钝化状态，盖上机盖作备用机组。这样既能保证在用机组始终在最佳状态下运行，又使得备用机组备用的时间不会过长。如果备用机组超过3个月还没换机运行，就要重新揭盖维护检查。加强和重视备用机组的管理，提高备用机组的备用可靠性，使在用机组和备用机组的运行率基本达到均衡。 4.6 消除泄漏

风机系统由于长年的运行及煤气成份随配煤比的变化波动，使风机后管道内和风机出口阀底部沉积了许多焦油渣等残留物。管道的截面积通常都堵塞了1/3，严重的地方竟有1/2之多。特别是阀门底部，除沉积物堵塞外，还造成阀门关不严，致使停机时煤气倒灌，整个机壳内充满煤气，不仅使备用机组静止的叶轮加速了腐蚀，还给检修人员揭盖检修时带来危险。针对这一情况，在充分做好准备工作的同时，从生产工艺上选择适当的时机，对4台风机后的直径Φ1200煤气阀门进行了清扫或更换；并在每个阀前增设了DN25的氨水冲洗口，定期利用热氨水对煤气管道进行冲洗，防止焦油渣等残留物在管道内沉积；对机后的几百米直

径Φ1200煤气管进行重新架设并及时切换。解决了机后管道阻力大，腐蚀严重及出口阀门关不严使煤气泄漏的问题。

4.7 降低温度减轻腐蚀

腐蚀反应跟其它化学反应一样，温度升高，反应速度就会加快。这是因为介质的温度升高，使内能增大，扩散速度增加，促使腐蚀反应加快。经过调研把该风机改为高压变频调速，使风机转速随负荷而调整，减小了煤气通过风机加压而造成的温升。改造后风机出口煤气温度要比改造前降低约10℃。在操作管理中，还改变了以前在开机前用蒸汽对风机进行盘车的陋习，这种陋习要坚决杜绝。 4.8 增设电动盘车装置

以前，风机停下来备用是不盘车的。由于备用时间长，机内煤气泄漏容易使转子各部位结焦油渣、轴端卡涩，引起下次开机前，盘车盘不动或难盘动的现象，因此采用蒸汽盘车。后来，为了解决这问题，每班必须人工盘车一次。该方法虽比不盘车好一些，但仍是间断的不连续的，有时还会出现盘不动现象，且人工操作有一定随意性，很难控制。为此，每台机组增设了一套电动盘车装置，就是在风机停机维护检修结束后，即开启电动盘车装置，以6r/min速度转动。

根据多年经验，坚持风机盘车制度有三大好处：一是使转子总是变换位置，让各种类型腐蚀尽量转化为均匀腐蚀；二是变换位置，消除了静止时转子产生下挠变形的可能性；三是减少了人工工作量，使盘车连续可靠。 5 结束语

经过几年运行来看，效果十分显著。转子腐蚀问题基本得到解决。因叶轮腐蚀而引起的故障下降为零，保证了机组运行正常、煤气输送正常，取得良好的经济效益和社会效益。实践证明，这些防腐措施都是切实可行的，卓有成效的，也为同行们提供了解决风机叶轮腐蚀的经验。

参 考 文 献

[1] 田永奎. 金属腐蚀与防护.机械工业出版社，1995.

[2] 化工部化工机械研究院.腐蚀与防护手册.化学工业出版社，1987. [3] 孙秋霞.材料腐蚀与防护.冶金工业出版社，2001.