煤氣管道長壽命的研究與應用

劉 健，胡學文，李 寧

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司能環部，安徽馬鞍山 243000）

前言

馬鋼南區各高爐陸續采用干法布袋凈化煤氣工藝。干法工藝的煤氣中含有較多Cl-、SO42-（化學分析見表1），煤氣冷凝水呈酸性，對管道腐蝕加劇。南區1#高煤DN3 000主管投運于1992年，1995年起出現漏點，2 年間管道底部堵漏近200 處，1997～2000 年分批對管道實施了底部半包加固。2#高煤DN3 000 主管投運于2004 年,2016 年開始陸續出現腐蝕、漏氣現象，2018 年至今已密集出現約40 個漏點。近幾年，隨著3#高煤總管、三加壓環管的建設，1#、2#高煤主管具備了停氣條件。考慮該管道頻繁發生漏氣現象，擬利用1#高爐大修契機，安排1#、2#主管檢修更換。

表1 馬鋼煤氣管道冷凝水化學分析

1 現狀分析

現行馬鋼煤氣管道材料采用Q235B 普通板材，制管采用鋼板卷管和CO2氣保護直縫焊工藝，焊接材料選用E4303（J422）焊條。一般直縫焊管長度約2 m，管道施工現場再將2 m 的直管環焊對接。現行煤氣管道母體和焊縫材料均不具備耐酸性介質腐蝕能力，雖然管道內外采用防腐涂料（如環氧涂料）處理，但管道仍然存在酸性服役環境下腐蝕嚴重問題。

目前，行業提高管道壽命的途徑各異。首鋼京唐公司解決干法高煤腐蝕問題主要措施：

(1)管道內壁涂刷新型防腐材料——玻璃鱗片，外防腐采用聚銨脂；

(2)煤氣補償器采用高規格825#不銹鋼材質；

(3)煤氣并網前采用噴水、噴堿和脫水裝置，控制煤氣中的冷凝水pH 在7～9之間、煤氣溫度在50℃以下。

玻璃鱗片防腐一般需采用機械拋丸或噴砂除銹后涂刷，工期較長，且管道外壁動火作業會破環玻璃鱗片，另外作為新技術玻璃鱗片防腐有效性還需要時間檢驗。寶鋼股份寶山基地煤氣管道大修更換時采用雙面不銹鋼復合板，如DN4 000 主管管壁空氣側、煤氣側選用2 mm 厚度316L不銹鋼，中間層選用6 mm 厚度Q345B 碳鋼，有效提高耐蝕性能、降低成本。鞍鋼開發出耐候鋼制管材，耐蝕效果明顯，如對DN2 500 管道選用10 mm 厚的耐侯鋼板加工成螺旋焊管，現場組裝焊接,管道內外均不刷漆，利用鋼板鈍化層防腐。

2 主要創新點

在吸取各鋼廠煤氣管道防腐經驗的基礎上，馬鋼通過對管道材質、卷管焊接工藝等方面的研究，形成了多點創新技術。

2.1 材質選擇

自主開發耐酸性腐蝕Q345NS 板材（其性能見表2、表3），應用于煤氣管道，提高煤氣管道管體的耐腐蝕性能。通過實驗室、現場掛片試驗，耐蝕效果明顯。且管道不需刷漆，利用鋼板鈍化層防腐，第一年管道呈紅銹，后漸漸發烏發青。

表2 Q345NS力學性能

表3 Q345NS耐腐蝕性能

2.2 螺旋制管

螺旋管采用專業螺旋管生產線自動化制管和焊接，對比鋼板卷管后焊接工藝，螺旋焊不僅焊縫質量好，而且焊縫缺陷可以全部探傷識別和補焊處理。

采用螺旋焊管，還可減少焊縫長度，以Φ3m×12mm×12m 規格的鋼管為例。相比較采用1.8 m 寬規格的鋼板卷管焊接工藝，螺旋焊工藝制管可以減少焊縫長度16.41%（具體比較見表4）。提高焊縫質量，減少焊縫長度，均可以有效減少焊縫腐蝕發生概率。

表4 兩種焊接工藝焊縫長度對比

為便于運輸，制管長度確定為12 m?？紤]到大口徑薄壁管道的變形，內壁臨時安裝“米字撐”。管口噴涂序號、周長，要求現場按序架管安裝，以降低管道對接的錯變量。另外，安裝時調整管道角度，規避焊縫直連及焊縫接觸管托。

2.3 焊接材料

煤氣管道焊接包括兩部分，一是制管焊接，一般采用自動氣保護焊或埋弧焊，焊接材料采用焊絲。二是鋼管施工過程的鋼管對接的環焊接，一般采用手工氣保護焊，焊接材料采用焊條。

選用的焊絲、焊條具有較好的耐大氣腐蝕性，其耐腐蝕性能與力學性能均與Q345NS鋼相匹配。

2.4 開平板定尺

考慮支架載荷，2# DN3 000 主管壁厚仍選擇8 mm，壁極薄、口徑大，難以制作螺旋焊管，只能采取卷管后焊接工藝。要求供應2 000×9 470 mm 耐蝕鋼定尺開平板，寬度2 000 mm，既考慮軋機能力，又保證管道環焊縫最少；長度9 470 mm 保證管道縱焊縫只有一道。焊縫數量的減少，可減少制作工作量、提高管道質量。

2.5 補償器材質

針對煤氣中酸性腐蝕成份，要求波紋補償器采用雙層結構，內層采用254SMo，外層采用316L，且每層厚度不小于1.5 mm；內設耐磨及防腐內套筒，內套筒材質Q345-B。

2.6 隔斷裝置

考慮停氣檢修的便利、突發事故的控制，管網需新增隔斷設施?？紤]U 型水封占地較大，只能在支管安裝密閉閥門＋盲板閥、主管安裝法蘭＋盲板。未來主管網停氣檢修時，人工抽堵盲板作業存在較大安全風險。

2.7 項目施工

2.7.1 停氣保產措施

為降低用戶生產的影響，提前實施3 處保產措施、6處帶氣接管，見表5。

表5 主管停氣施工前保產措施

2.7.2 施工次序

為了規避總管煤氣輸配能力下降的影響，工程分三步施工，2#高煤管道更換33 天完成，1#高爐并網管道從2#放散至1#高煤主管18 天完成，1#高煤主管、2#高爐并網及1#高爐并網至2#放散段48 天完成。

2.7.3 實施難點

（1）2#高煤主管位于綜合管廊上部，上方有一條DN350 的氧氣管道，考慮高煤主管拆除和安裝的便利、可靠，更換主管前利用現有鋼支架進行支護，支護方式為“7”字型（并利用筋板加固），對于部分支架跨距過大，利用原有高煤管道做“門”型支撐進行支護，安裝完成后，再利用新架煤氣管道做“門”型支護，同步拆除原有高煤管道的“門”型支護，逐步推進2#高煤管道施工。

（2）1#高煤主管位于綜合管廊下部，上方有9根各類介質管道，更換主管道前利用現有支架的柱頭做“門”型支護。全線現有支架做“門”型支護，在蒸汽“門”型彎處，做斜撐支護，同步利用2#高煤管道作為支撐點，在蒸汽“門”型彎中間處利用葫蘆和鋼絲繩做固定保護措施；對跨距大的部分管段，新增2處支架作為可靠支護。施工空間局促，只能利用2臺吊車倒勾翻轉管道的方式進行拆除、安裝作業。

3 成本及存在問題

采取新材質、新工藝架設管道的費用較傳統方式增加23%左右，見表6。Q345NS 耐蝕板制管后，外壁未實施防腐，外觀紅銹較難看。原期望板材表面生成致密鈍化層，即紅銹脫落、管壁變烏黑色，這一過程可能需要較長時間。

表6 建設費用比較 單位：元/t

4 效果預測

通過在3#高爐的煤氣并網管內掛片試驗，見表7，計算MNS-2（Q345NS）材質的腐蝕速率為0.018 mm/a，相對Q345B 材質28.6%的腐蝕速率，耐蝕壽命約為Q345B的3.5倍，管道的長壽命可期。

表7 掛片試驗結果

5 結語

利用煤氣管道大修平臺，開展施工步序、保產要點、帶氣接管等的研究，實施三項保產措施、六處帶氣碰頭、三步施工步序，保證工藝的合理、對生產影響最?。婚_展管道材質、卷管焊接工藝、厚度、開平板尺寸、隔斷裝置選擇、補償器材質等方面的研究，采取Q345NS 耐酸蝕板材、大口徑薄壁螺旋焊管、定尺開平板、復合鋼補償器等新技術，確保了管道的長壽命運行。