焦爐煤氣鼓風機葉輪防腐措施.doc

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焦爐煤氣鼓風機葉輪防腐措施 摘要：介紹了煤氣鼓風機葉輪腐蝕現(xiàn)象，并簡單分析了腐蝕原因，還提出了8項改進措施。 關鍵詞：離心式鼓風機葉輪防腐 中圖分類號:TH442文獻標識碼:B 文章編號:1006-8155(2005)06-0022-03 Abstract:Corrosionphenomenonofgasblowerimpellerisintroduced,Thecorrosivereasonisbrieflyanalyzed,and8itemsofimprovingmeasuresareputforward. Keywords:CentrifugalblowerImpellerAnticorrosion 1引言 我公司有4臺陜西鼓風機(集團)有限公司生產的D1150-1.3/0.95-1型兩級離心式煤氣鼓風機。它的作用是不斷地將焦爐炭化室里煉焦過程中所產生的焦爐煤氣抽出，并壓送到回收車間進行處理。它既要克服途中各設備及管道的阻力，又要保持足夠的煤氣剩余壓力。運行方式是兩開兩備，單機輸送能力為69000m3/h。多年來風機運行不太穩(wěn)定，一年倒機次數最多時竟超過20次，嚴重影響了煤氣的正常輸送，給公司生產帶來很大不利。究其原因,由風機葉輪腐蝕引起的故障是主要問題之一。 2腐蝕現(xiàn)象 風機長年在有害介質中高速運轉，必然要受到腐蝕。轉子的腐蝕主要發(fā)生在葉輪的前盤、后盤和葉片上，其材質分別為35CrMo和30CrMnSi。當轉子運行一個周期，由于振動超標故障停機而對其進行檢查清掃時，能在前后盤及葉片表面上清掃出大量的腐蝕產物。而備用機組找過動平衡后，停了相同周期。在啟動運行時，往往由于轉子處于不平衡狀態(tài)導致風機振動加劇而被迫停機。若檢查也能清掃出大量腐蝕產物，且比運行一周期剛停下來的轉子還多。從清掃的表面看，葉輪除了有均勻的腐蝕外還有大量的點蝕，致使轉子每隔2～3年就得報廢換新，腐蝕率最大能達2mm/年。備用機組更為嚴重。 制造廠設計的葉輪為前后、盤與葉片焊接而成，在進風口處每個葉片都留有100mm長度未進行焊接而形成了間隙，造成葉輪靜止時產生縫隙腐蝕，葉輪運行時產生縫隙和應力的聯(lián)合腐蝕。2000年10月我公司在風機運行時因調速系統(tǒng)故障停機，更換停了6個月的備用風機后運行，在運行幾小時后該風機發(fā)生異常聲音，振動劇烈，又被迫停機。經檢查發(fā)現(xiàn)前、后盤大面積腐蝕，其表面出現(xiàn)許多麻點，深層凸起，底層銹蝕，清掃的腐蝕產物質量達2kg。低壓級葉輪1個葉片折斷，并打壞了高壓級葉輪的2個葉片，轉子嚴重失衡，導致報廢。 3腐蝕原因分析 風機輸送的介質是粗煤氣，粗煤氣的成份如表1所示。 表1粗煤氣成份（g/m3） 水氣250～450焦油霧80～120粗苯30～45氨6～9氰化氫0.5～1.5吡啶1～3一氧化氮1～4cm3/m3硫化氫4～7 二硫化碳0.3～0.5噻吩0.1～0.15硫醇約0.01二氧化硫約0.1萘約10乙烯13～26丙烯約11氯化物約1 乙炔1.2～2.3氫氣45～54甲烷170～210乙烷同系物12～26一氧化碳63～88二氧化碳39～59氮氣5～125氧氣約7 從表1可看出煤氣中含有大量活性氣體成分。以硫化氫和氰化物對葉輪腐蝕性最強。硫化氫可溶于水或氫硫酸，葉輪與硫化氫接觸后在其表面快速形成疏松易剝落的硫化物，硫化物和硫化氫阻滯分子氫的形成，使大量氫原子吸附并積聚在葉輪表面，使表面原子間內聚力減弱，表面能下降，滲入葉片焊縫縫隙的氫原子繼續(xù)楔入縫隙尖端裂紋缺陷部位，使裂紋迅速向縱深發(fā)展，在金屬內部易出現(xiàn)氫脆和脫碳破壞。值得一提的是硫化物應力腐蝕只發(fā)生在90℃以下，而破裂最敏感的溫度為20～50℃。風機輸送粗煤氣介質溫度正好在該范圍之內。 二氧化硫屬酸性氧化物，溶于水可生成中強酸。被蝕金屬與二氧化硫反應時，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，另一方面在金屬內部深處溶入的硫與活潑元素組成相應的硫蝕相。 這樣一個分子的硫酸并不只腐蝕一個原子的鐵，有資料表明,一個分子的硫酸至少要腐蝕100個原子鐵，可見二氧化硫對金屬腐蝕影響很大。 氯化物是含有鹵素的陽離子氧化劑，幾乎能使所有實用金屬增加腐蝕。在陽離子氧化劑和活性氯離子的雙重作用下腐蝕反應激烈。鹵素離子易使不銹鋼等易鈍化金屬產生孔蝕，縫隙腐蝕及應力腐蝕破裂等局部腐蝕。當介質中有NH3-CO2-H2S-H2O時，系統(tǒng)會增大對金屬的腐蝕速率。 總之，這些有害的活性氣體都極易溶解在葉輪表面中，并電離出氫離子或氫氧根離子，致使葉輪的前、后盤和葉片發(fā)生腐蝕。它們對金屬的腐蝕方式均與溫度有關，且像粗煤氣這樣多種成分混合在一起的介質構成的聯(lián)合腐蝕速率要比單種介質大得多，破壞力也更為強烈。這是由于混合氣體介質在金屬表面進行著多元不均勻的化學反應，并形成成分不均勻，含有大量晶體結構缺陷的多種反應產物，顯然這種銹皮是不耐蝕的。 由上述可知，葉輪的腐蝕主要是活性氣體等以水為介質的電化學反應所引起的。水氣是腐蝕發(fā)生的重要介質，活性氣體是腐蝕發(fā)生的主要禍根。 4防腐措施 4.1改變葉輪材質 為了減少腐蝕，延長轉子壽命，除應考慮到材料的機械性能和物理性能外，還應注重其化學性能。風機葉輪最好的材質當然首選不銹鋼。鋼中含鉻量超過12%時就會變得不易被腐蝕生銹，因為在這種鋼的表面上形成了一層致密的FeOCr2O3、NiOCr2O3或NiOFe2O3之類的氧化物保護膜的緣故。寶鋼的風機葉輪是用含鈦不銹鋼坯整體切削加工而成的。這樣既避免了零件受剪切而損壞，又達到了防腐目的。但這種方法國內采用較少，因為它加工方法復雜，再加上這么大的不銹鋼坯料供應有困難，而且在加工中被切削去的材料的質量遠遠超過葉輪本身，所以費用非常昂貴。如果不選用鋼坯整體加工，而選用不銹鋼焊接葉輪，其加工難度及費用都會大大下降，但費用仍比其它材質較高。因此在企業(yè)有能力的情況下還是應選不銹鋼葉輪。4.2化學鍍Ni-P合金 經過論證選擇了化學鍍Ni-P合金，就是在轉子葉輪表面鍍上一層0.03mm的非晶態(tài)Ni-P合金。 化學鍍Ni-P合金鍍層有著十分優(yōu)異的抗腐蝕性能。據有關資料表明，在還原性介質中它的抗腐蝕能力優(yōu)于不銹鋼百倍以上。它之所以非常耐腐蝕是由于非晶態(tài)合金結構均勻，不存在偏析、夾雜物和第二相，原子呈短程有序結構，沒有晶界、位錯、層錯及與晶態(tài)有關的其它缺陷，從而具有較好的化學及電化學均勻性，這是耐蝕的主要原因。再者該合金鍍層腐蝕電位隨合金中含磷量的增高而增高。根據金屬腐蝕的混合電位理論，在陰極過程不變的情況下，金屬腐蝕電位愈正，則該金屬的腐蝕電流愈小。因此用高磷工藝生產的化學鍍Ni-P合金鍍層耐蝕性能十分優(yōu)異。 還有它與基體的結合力大于電刷鍍，更大于電鍍，孔隙率只是電鍍的一半。其均鍍性好，任何復雜的幾何形狀均可施鍍，并可保證鍍層厚薄均勻、平整光滑。耐蝕性、抗粘附、抗嚙合能力都強于硬鉻。它確實是一種綜合性能優(yōu)良的防腐防磨材料，且工藝簡單、化學鍍Ni-P合金工期短、成本低、見效快。 4.3用N2保壓保護 在風機備用機組停機狀態(tài)下，由于風機前、后閥門關不嚴會產生泄漏，致使機殼內充滿靜止的粗煤氣。靜止的粗煤氣對轉子葉輪侵蝕相當嚴重，其危害性也很大，所以采用N2保壓保護方法。 從風機進口閥后、出口閥前兩點向機殼內通N2，N2壓力保持在風機軸封處有N2微微冒出即可，使機殼內保持微正壓，且在正常情況下每周做一次含氧和爆發(fā)試驗，并記錄。這樣做的好處有兩點：其一，機殼內始終充滿N2，粗煤氣進不來，葉輪始終"浸泡”在N2中。N2是惰性氣體，不具有腐蝕性；其二，在緊急情況下立即開備用風機而不需做含氧分析，縮短了倒機時間，減少了對生產的影響。但是要制定相應的N2使用操作規(guī)程，做好N2使用的壓力控制和運行安全監(jiān)護工作。 4.4葉輪焊接時葉片滿焊 風機制造廠家設計的風機葉輪為焊接結構，而在葉輪前、后盤進風口處每個葉片都留有100mm長度未進行焊接。要求制造廠家對葉輪的每個葉片都進行滿焊，不留縫隙，以免產生縫隙腐蝕和應力腐蝕，消除這種結構上的缺陷。 4.5在用和備用機組運行率的均衡性 以前風機管理是重在用輕備用的管理。在用風機要運行到故障發(fā)生或有故障征兆時才換備用機運行，這時在用機才能停下檢修而成為備用機。這樣在用機運行狀況好的時候能連續(xù)運行9個月，該備用機也只能停機做備用9個月。實踐經驗多次表明備用機靜止的葉輪腐蝕速率要比運行的葉輪大，備用機靜止時間越長、腐蝕越嚴重，以至于備用機備用久了到該啟動運行時卻由于轉子腐蝕不平衡而起不到作用。因此備用機組不要停得時間太長，在用和備用機組運行率的均衡性應引起重視。 根據經驗，要求在用風機運行周期3個月左右后必須更換備用機運行或者該備用風機被用3個月后必須換在用機。使在用機和備用機交替運行，有恰當合理的周期。在用機停機后進行揭機蓋維護，逐片檢查風機葉輪高壓級、低壓級葉片厚度、焊縫狀態(tài)及腐蝕損傷情況，對轉子做動平衡試驗，最終各項檢查都合格后再把葉輪涂抹防腐劑，將葉輪表面隔離，使表面形成鈍化狀態(tài)，蓋上機蓋作備用機組。這樣既能保證在用機組始終在最佳狀態(tài)下運行，又使得備用機組備用的時間不會過長。如果備用機組超過3個月還沒換機運行，就要重新揭蓋維護檢查。加強和重視備用機組的管理，提高備用機組的備用可靠性，使在用機組和備用機組的運行率基本達到均衡。 4.6消除泄漏 風機系統(tǒng)由于長年的運行及煤氣成份隨配煤比的變化波動，使風機后管道內和風機出口閥底部沉積了許多焦油渣等殘留物。管道的截面積通常都堵塞了1/3，嚴重的地方竟有1/2之多。特別是閥門底部，除沉積物堵塞外，還造成閥門關不嚴，致使停機時煤氣倒灌，整個機殼內充滿煤氣，不僅使備用機組靜止的葉輪加速了腐蝕，還給檢修人員揭蓋檢修時帶來危險。針對這一情況，在充分做好準備工作的同時，從生產工藝上選擇適當的時機，對4臺風機后的直徑Φ1200煤氣閥門進行了清掃或更換；并在每個閥前增設了DN25的氨水沖洗口，定期利用熱氨水對煤氣管道進行沖洗，防止焦油渣等殘留物在管道內沉積；對機后的幾百米直徑Φ1200煤氣管進行重新架設并及時切換。解決了機后管道阻力大，腐蝕嚴重及出口閥門關不嚴使煤氣泄漏的問題。 4.7降低溫度減輕腐蝕 腐蝕反應跟其它化學反應一樣，溫度升高，反應速度就會加快。這是因為介質的溫度升高，使內能增大，擴散速度增加，促使腐蝕反應加快。經過調研把該風機改為高壓變頻調速，使風機轉速隨負荷而調整，減小了煤氣通過風機加壓而造成的溫升。改造后風機出口煤氣溫度要比改造前降低約10℃。在操作管理中，還改變了以前在開機前用蒸汽對風機進行盤車的陋習，這種陋習要堅決杜絕。 4.8增設電動盤車裝置 以前，風機停下來備用是不盤車的。由于備用時間長，機內煤氣泄漏容易使轉子各部位結焦油渣、軸端卡澀，引起下次開機前，盤車盤不動或難盤動的現(xiàn)象，因此采用蒸汽盤車。后來，為了解決這問題，每班必須人工盤車一次。該方法雖比不盤車好一些，但仍是間斷的不連續(xù)的，有時還會出現(xiàn)盤不動現(xiàn)象，且人工操作有一定隨意性，很難控制。為此，每臺機組增設了一套電動盤車裝置，就是在風機停機維護檢修結束后，即開啟電動盤車裝置，以6r/min速度轉動。 根據多年經驗，堅持風機盤車制度有三大好處：一是使轉子總是變換位置，讓各種類型腐蝕盡量轉化為均勻腐蝕；二是變換位置，消除了靜止時轉子產生下?lián)献冃蔚目赡苄?；三是減少了人工工作量，使盤車連續(xù)可靠。 5結束語 經過幾年運行來看，效果十分顯著。轉子腐蝕問題基本得到解決。因葉輪腐蝕而引起的故障下降為零，保證了機組運行正常、煤氣輸送正常，取得良好的經濟效益和社會效益。實踐證明，這些防腐措施都是切實可行的，卓有成效的，也為同行們提供了解決風機葉輪腐蝕的經驗。 參考文獻 [1]田永奎.金屬腐蝕與防護.機械工業(yè)出版社，1995. [2]化工部化工機械研究院.腐蝕與防護手冊.化學工業(yè)出版社，1987. [3]孫秋霞.材料腐蝕與防護.冶金工業(yè)出版社，2001. 第 8 頁 共 8 頁