氯離子超標對轉爐干法除塵蒸發冷卻器噴槍堵塞的影響分析
摘 要：針對轉爐干法除塵蒸發冷卻器噴槍堵塞的問題，通過對堵塞物進行成分分析和水質化驗分析，結合氯離子對碳鋼管道的腐蝕機理，得出噴槍用水中氯離子嚴重超標，管道腐蝕加速導致銹層脫落，是堵塞噴槍噴頭的根本原因，并由此提出一系列后續預防改進措施。
1 前言
在轉爐煉鋼吹煉過程中，轉爐中產生約1500℃的高溫廢氣，具有高溫、有毒、易燃易爆、含塵量高等特點。近年來發展的轉爐煤氣干法除塵蒸發冷卻器具有冷卻煙氣、粗除塵及調節煙氣比電阻的作用，入口的煙氣溫度為800～1000℃，出口溫度一般控制在250～300℃，其溫度控制是保證干法除塵系統正常運行的前提，而蒸發冷卻器的噴水量直接影響控溫效果，因此，噴槍是蒸發冷卻器實現有效冷卻的核心部件。
噴槍通過軟管分別連接到水和蒸汽的二個環管，通過雙流噴嘴對蒸汽和冷卻水進行混合，冷卻水從噴嘴中心孔噴出，同時蒸汽從中心孔周圍的環形間隙噴出，達到冷卻水的霧化效果。噴射水霧與轉爐煙氣在運行的過程中，水滴受煙氣加熱被蒸發，在汽化過程中吸收煙氣的熱量，從而降低煙氣溫度。 當蒸汽壓力低或噴嘴堵塞時，噴嘴霧化能力減弱，水滴粒徑大而不能全部蒸發，煙氣含水量增加引起冷卻效果差、粉塵黏結、筒壁結垢[1]。
青島特殊鋼鐵有限公司煉鋼廠建有3臺100噸頂底復吹轉爐，同時配套3套轉爐煤氣干法除塵系統，每臺蒸發冷卻器采用10支雙介質外混式雙流噴槍，設計水量2.5m?/h·支。自2015年11月投產至今，運行情況一直保持良好。
2 問題描述
2017年6月5日夜班，3#轉爐蒸發冷卻器出口煙氣溫度多次超過430℃的設定值，導致氧槍緊急提槍。經現場緊急搶修拆檢，發現3#爐蒸發冷卻器噴槍中有6支噴槍的槍頭發生堵塞，堵塞物為紅褐色結塊或灰色金屬熔滴。同時拆檢3#爐蒸發冷卻器進水總管處Y型過濾器，過濾器過濾性能良好，未發現大量雜質。事后拆檢3#爐蒸發冷卻器進水總管，發現大量塊狀或顆粒狀、呈黃褐色或紅銹色的管壁附著物。
3 原因分析
3.1 成分化驗
事故發生后，提取部分從噴頭中清理出的堵塞物進行成分化驗分析，結果Fe含量為97.87%，CaO含量為0.89%，Al2O3含量為0.63%，S含量為0.47%，MnO含量為0.14%。
經化驗分析，堵塞物主要成分為鐵及鐵的氧化物。
3.2 水質分析
噴槍使用的冷卻水為公司統一供應的生產消防水，經過水泵加壓后由蓄水池直接輸送至噴槍進行消耗使用。事故發生前一段時間的生產消防水化驗結果如表1所示。
根據公司生產消防水補水水質指標要求，補水的總硬度應小于450mg/l，氯離子應小于250mg/l。
通過與化驗結果對比發現，5月27日至28日期間噴槍用水的氯離子超標嚴重。
3.3 管道材質分析
通過查詢設計圖紙發現噴槍前段供水管道采用φ89×4.5mm的10#無縫鋼管，總長約60米。采用金屬成分分析儀對其進行成分分析，結果如下表2所示。
經成分對比分析，所用管道質量不能滿足國家標準。
3.4 氯離子的腐蝕機理
通過查詢相關文獻發現，碳鋼的腐蝕速率隨著氯離子濃度的增加而增大，氯離子能破壞碳鋼表面的沉積膜，加速碳鋼的腐蝕[3]。
碳鋼在含 Cl-環境中形成銹層的物相晶體生長速度快， 顆粒大， 結構疏松易脫落[4]。
3.5 結論
綜合以上因素分析，此次噴槍堵塞是因為噴槍用水中氯離子嚴重超標，導致管道電化學腐蝕加速導致銹層脫落，從而堵塞了噴槍噴頭。
4 預防措施
為避免此類事故再次發生，針對噴槍堵塞問題，采取了以下預防措施：
（1）將噴槍前段碳鋼管道更換為不銹鋼材質，避免銹層產生。（2）在每只噴槍進水分管處增加Y型過濾器，進一步過濾雜質，避免噴槍大面積同時堵塞，同時便于維修人員拆檢清理。（3）加強補水水質化驗分析，確保在水質出現問題之前提前預警、提前采取措施。
5 結語
蒸發冷卻器噴槍工作環境惡劣、工況波動嚴重，在其運行過程中會出現各種非正常狀態，原因錯綜復雜，只有在實踐中不斷總結和改進，才能做到提高噴槍使用壽命，盡量減少設備事故，保證轉爐干法除塵系統的安全、穩定運行。
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