中金高爐水系統(tǒng)在線清洗預(yù)膜的腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

莫祖杰，榮金標(biāo)，梁國鑫

（廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司，廣西 玉林 537624）

0 引言

清洗預(yù)膜是高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)化學(xué)處理的一種預(yù)處理方式，其主要目的是在清洗后處于活化狀態(tài)下的金屬表面上提前形成一層完整且抗腐蝕的保護(hù)膜，從而增強(qiáng)設(shè)備的抗腐蝕能力[1]。但清洗預(yù)膜并不是一勞永逸的工作，怎樣對清洗預(yù)膜后的高爐水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行腐蝕智能監(jiān)測，及時對再次腐蝕的部位進(jìn)行清洗預(yù)膜操作，對保障設(shè)備的正常運(yùn)行十分重要。以中金公司1 680 m3高爐各系統(tǒng)在線清洗預(yù)膜的腐蝕情況為研究對象，根據(jù)已有的管道檢測方法，選用腐蝕掛片法、電阻探針法進(jìn)行腐蝕檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)，確定高爐水系統(tǒng)的腐蝕監(jiān)測點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際情況對該檢測系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真情況，提高高爐水系統(tǒng)清洗預(yù)膜的腐蝕檢測效率。

1 高爐水系統(tǒng)在線清洗預(yù)膜腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 高爐水系統(tǒng)清洗預(yù)膜腐蝕監(jiān)測方案設(shè)計(jì)

以高爐水系統(tǒng)為研究對象，選用管道腐蝕檢測效果較好的方法進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，如腐蝕掛片（CC）、電阻探針（ER）方法、電指紋儀（FSM）和超聲（UT）等方法[2]。由于高爐水系統(tǒng)包括高爐本體以及爐外管線兩個部分，而爐內(nèi)外環(huán)境不同，研究將分別對高爐內(nèi)外腐蝕檢測系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

對于高爐內(nèi)部的腐蝕檢測，選用了腐蝕掛片和電阻探針兩種方法進(jìn)行研究，腐蝕掛片法能夠?qū)Σ煌g材料進(jìn)行腐蝕實(shí)驗(yàn)，通過對樣品的腐蝕速率、腐蝕類型、腐蝕產(chǎn)物的測定，來對常見的腐蝕類型（如焊接腐蝕、應(yīng)力腐蝕）進(jìn)行深入研究[3]。但腐蝕掛片法不能實(shí)時監(jiān)測，得到的結(jié)果是腐蝕情況的總和，無法對單獨(dú)設(shè)備點(diǎn)的腐蝕情況進(jìn)行分析，所以加入電阻探針法來進(jìn)行腐蝕檢測，電阻探針是一種能夠進(jìn)行連續(xù)探測的方法，通過測定電阻探頭的金屬損失量來測定腐蝕，根據(jù)電阻值的變化，計(jì)算出其減薄的量來測定腐蝕區(qū)域。減薄量的計(jì)算公式如式（1）和（2）所示。

式（1）中：R 為電阻探頭的電阻值；ρ 為電阻率；L 為探針的長度；S 為金屬的減薄量。

式（2）中：a 為金屬的寬度；b 為金屬的厚度。

通過R 測定的變化量，可以計(jì)算出金屬探針厚度b 的變化量，然后通過構(gòu)建時間與厚度b 之間的變化曲線，就可以推算出腐蝕速率。

對于高爐外部的水系統(tǒng)管線腐蝕檢測，選用電指紋法和超聲波檢測法進(jìn)行研究，電指紋法通過在管線外部布置一套電極陣列，在恒定電流下，通過對管線內(nèi)部各電極之間極細(xì)微的電位變化進(jìn)行檢測，進(jìn)而獲得管線內(nèi)部的腐蝕狀況，尤其是凹坑狀況[4]。超聲波檢測法是通過壓電晶體發(fā)出聲脈沖，聲脈沖會入射到被檢測對象中，在被檢測對象的表面和地面都會產(chǎn)生回波信號，若被檢測對象的內(nèi)部有缺陷，則產(chǎn)生缺陷回波來進(jìn)行腐蝕檢測，該方法可以實(shí)現(xiàn)無損檢測[5]。研究具體的高爐水系統(tǒng)檢測點(diǎn)選擇情況如表1 所示。

表1 腐蝕監(jiān)測點(diǎn)安裝位置設(shè)置

如表1 所示，腐蝕監(jiān)測點(diǎn)主要選擇水流容易發(fā)生突變的地方，如生產(chǎn)分類器前后管線，爐基水冷管出水口等。將CC 和ER 進(jìn)行配套安裝，主要放置在爐體冷卻壁和齒輪箱兩個部位，F(xiàn)SM 和UT 進(jìn)行配套安裝，主要在爐基水冷管、生產(chǎn)分離器和進(jìn)站口的管線出口，水樣取樣點(diǎn)設(shè)置在外輸出站口處。

1.2 高爐水系統(tǒng)清洗預(yù)膜腐蝕監(jiān)測改進(jìn)方案

實(shí)際運(yùn)行過程中，電阻探針法和電指紋法容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真的情況，研究將針對這兩種方法對檢測方案進(jìn)行優(yōu)化。在當(dāng)前情況下，大部分問題都不能通過硬件和軟件來解決，所以此次研究將選用定期探針清洗和檢查運(yùn)行參數(shù)方法進(jìn)行優(yōu)化處理。即如果發(fā)現(xiàn)由電阻探針監(jiān)測的金屬損失數(shù)據(jù)不斷下降，極有可能是由于探針表面試片短路引起的，需要將探針取出，檢查探針表面是否有污物覆蓋或?qū)щ娢镔|(zhì)連通，并進(jìn)行清洗，研究設(shè)計(jì)的清洗周期為每年一次。同時，在進(jìn)行日常運(yùn)行管理過程中，要對電阻探針輸入電流進(jìn)行巡查，以此判斷是否出現(xiàn)電流不穩(wěn)定的情況，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，要及時將腐蝕數(shù)據(jù)中的異常點(diǎn)剔除。

針對電指紋法因數(shù)據(jù)信息過多而產(chǎn)生的畸變問題，擬采用先對系統(tǒng)所有參數(shù)進(jìn)行排查后，再進(jìn)行系統(tǒng)檢測，確保電指紋檢測的穩(wěn)定性。具體進(jìn)行的系統(tǒng)排查包括：

1）檢查電池電壓：LOG 箱由電腦內(nèi)部的FIU 提供電力，一般的電池組是11.8 V 及以上，如果電池組的電池組在11.5 V 以下，則表示電池組無法進(jìn)行正常工作，需要更換電池組。

2）檢查功率組件輸入電流：功率組件輸入電流通常在103～105 A，如出現(xiàn)明顯的不正?，F(xiàn)象，說明功率組件損壞，需要進(jìn)行更換。

3）檢查數(shù)據(jù)的電壓值：由于各探頭之間的距離有細(xì)微差別，所以對電子手印探頭的電壓值并不具有可比性。在電壓異常檢查中，需要對同一對電指紋探針的電壓值進(jìn)行觀察，如電壓值表現(xiàn)出明顯的跳躍或者其他異常，就需要對LOG 箱數(shù)據(jù)接線進(jìn)行現(xiàn)場排查。若現(xiàn)場的接線情況無誤，則可能是電指紋探針的焊接位置發(fā)生了變化，導(dǎo)致探針無法持續(xù)使用，因此需要對電指紋探針進(jìn)行數(shù)據(jù)屏蔽，避免出現(xiàn)錯誤的數(shù)據(jù)，對監(jiān)測區(qū)域的腐蝕全貌造成影響。

4）數(shù)據(jù)讀取：檢測區(qū)內(nèi)的平均腐蝕速度可按電阻式探針法進(jìn)行計(jì)算，如果要看監(jiān)控區(qū)域的三維圖，只要選中金屬流失，就會顯示出腐蝕速度曲線、監(jiān)控區(qū)域的三維圖、監(jiān)控區(qū)域的二維圖，根據(jù)三維圖就能看到腐蝕區(qū)域的方向。

2 高爐水系統(tǒng)清洗預(yù)膜腐蝕方案運(yùn)行結(jié)果

以中金公司1 680 m3高爐各系統(tǒng)在線清洗預(yù)膜的腐蝕情況為研究對象進(jìn)行腐蝕檢測具體實(shí)驗(yàn)，根據(jù)投產(chǎn)一年的腐蝕檢測結(jié)果進(jìn)行分析，具體各方法的監(jiān)測頻率設(shè)置如表2 所示。

表2 腐蝕監(jiān)測頻率設(shè)置

由爐內(nèi)管線的腐蝕檢測結(jié)果來看，高爐水系統(tǒng)腐蝕掛片測定的腐蝕速率為0.000 2-0.060 5 mm/a，單個腐蝕掛片的腐蝕速率低于0.025 mm/a，屬于較低的腐蝕速率，在部分外輸出站污水管線上出現(xiàn)腐蝕速率超過0.060 3 mm/a?？傮w而言，腐蝕速度都符合腐蝕標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，低于0.076 mm/a，整體腐蝕是可控的，腐蝕程度較低，主要集中在爐基水冷管的外部管線設(shè)備上；高爐水系統(tǒng)電阻探針的平均腐蝕速率為0.003 5 mm/a，在熱風(fēng)爐至齒輪箱的設(shè)備管線處，腐蝕速率最高達(dá)到了0.067 845 mm/a，平均腐蝕速率較低，整體腐蝕情況在可控范圍內(nèi)。

爐外系統(tǒng)管線的腐蝕監(jiān)測結(jié)果是，超聲波在線腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)可以對現(xiàn)場的腐蝕進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，在對高爐水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際檢測中，腐蝕速率控制在0.05 mm/a 以下，對現(xiàn)場整體腐蝕進(jìn)行控制，并保持在低腐蝕水平上。該高爐水系統(tǒng)一共有11 套FSM，其中10 套FSM的運(yùn)行較為穩(wěn)定，僅1 套FSM數(shù)據(jù)出現(xiàn)了失真情況，總體來看，在實(shí)際操作中使用效果好，腐蝕速率控制在0.06 mm/a 以下。

電指紋FSM腐蝕監(jiān)控系統(tǒng)的問題最為突出。首先是管線上的焊頭松動，造成焊頭間的電壓不能被檢測，且焊頭間的電流不穩(wěn)定或有干擾時，測出的數(shù)據(jù)會失真；其次是監(jiān)控處理器失靈，將研究方案與改進(jìn)前腐蝕監(jiān)測方案的運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，電阻探針的運(yùn)行率由79%增加到了90%以上，電指紋運(yùn)行率由之前的48%增長到60%以上，大大提高了系統(tǒng)的檢測效率，利于對腐蝕情況的準(zhǔn)確判斷。

3 結(jié)論

清洗預(yù)膜是增強(qiáng)高爐循環(huán)冷卻水系統(tǒng)抗腐蝕能力的一種化學(xué)方式，為避免清洗預(yù)膜后的高爐水系統(tǒng)再次受到腐蝕，實(shí)現(xiàn)對清洗預(yù)膜后的高爐水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行腐蝕智能監(jiān)測，具體在對各種腐蝕檢測技術(shù)進(jìn)行比較和分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了高爐水系統(tǒng)腐蝕監(jiān)測手段和腐蝕監(jiān)測點(diǎn)的選擇方案，并對電阻探針和FSM數(shù)據(jù)失真的原因進(jìn)行了分析，制定了定期清洗探頭、檢查電源模塊輸入電流等多種措施。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示，整體腐蝕速率較低，腐蝕情況受控，腐蝕速率均在0.076 mm/a 以下，符合腐蝕標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。方案優(yōu)化后，電阻探針的正常運(yùn)行率達(dá)到90%以上，電指紋正常運(yùn)行率達(dá)到60%以上，均有較高的運(yùn)行效率。