米东伟，戴浚

水泥厂的设备腐蚀主要为窑尾废气处理系统和旁路系统中的硫酸露点腐蚀和HCl腐蚀。有些水泥厂的原料中硫化物和氯化物含量较高，在熟料煅烧过程中，硫化物分解为SO2，部分SO2随窑尾烟气排出，进一步氧化生成SO3，与烟气中的水蒸气结合生成硫酸凝结在设备上，产生硫酸露点腐蚀。而原料中的氯化物在煅烧过程中，极少部分Cl-随窑尾烟气排出，Cl-与水蒸气结合生成HCl，产生HCl腐蚀。

水泥厂设备部件材料除热工系统的部分部件选用耐热钢外，其他设备部件材料一般选用低碳钢（Q235碳钢）和普通铸钢。为防止设备腐蚀，较为经济的方式是在设备材料不变的情况下，通过生产操作控制工艺参数，防止烟气结露。由于生产的波动性，实际操作中烟气温度不会总保持在烟气露点以上，设备腐蚀的情况将会继续发生。

国外某2×5 000t/d水泥生产线由天津院承包建设。经一年多时间的运转，现场技术人员对窑尾电收尘器检查发现，窑尾电收尘器内部出现结露现象（见图1），极线框架附着泥浆，极板、极线、壳体内壁腐蚀严重，后部电场部分极板已被大面积腐蚀（见图2）。其中，极板腐蚀区域集中在电收尘器两边的极板，中间的极板腐蚀程度较轻，极板下部区域腐蚀严重。2014年，公司对窑尾电收尘器进行大修，对电收尘器壳体内部进行了防腐处理，并减少了系统漏风。在生产中，严格控制窑尾烟气温度，使窑尾电收尘器出口温度高于露点温度，防止烟气结露。2017年4月，中材装备集团有限公司环保分公司的技术人员对该项目窑尾电收尘器进行检查，未发现电收尘器内部结露（见图3），但仍存在内部腐蚀现象（见图4）。

图1 窑尾电收尘器内部构件出现结露

图2 极板腐蚀严重

图3 电收尘器内部出口处

图4 壳体侧板内部腐蚀情况

1 Q235碳钢腐蚀分析

1.1 Q235碳钢材料的影响

材料的成分决定了材料的使用性能。Q235碳钢材料的成分由五大常规元素组成（见表1），不含有抗腐蚀元素，因此该材料的耐腐蚀性很差。另外，Q235碳钢材料中的C、P含量对酸腐蚀速率有较大影响，由图5、6可以清晰地看出，腐蚀速率随着C、P含量的降低而减缓。

表1 Q235的成分含量，wt%

其次，热处理对C含量不同的碳钢的腐蚀速率也有一定的影响（见图7）。由图7可以看出，碳钢在水淬后，随着回火温度的升高，腐蚀速率减缓。

图5 碳含量对碳钢腐蚀影响

图6 磷含量对碳钢腐蚀影响

图7 回火温度对碳钢腐蚀速率的影响

其中，以0.22%碳钢最为明显。这表明碳钢水淬后，生成的马氏体组织耐腐蚀性很差，随着回火温度升高或高温退火，马氏体组织分解，形成以铁素体为主的组织。少量珠光体组织能够减缓腐蚀速率。而0.12%碳钢和纯铁，由于C含量较低，热处理对其耐腐蚀性能影响较小，腐蚀速率随着C含量降低而减缓。

碳钢（如Q235碳钢）在弱酸中产生的铁锈由γ-FeOOH、α-FeOOH和Fe3O4三部分组成，通常分为内外两层，外层α-FeOOH和Fe3O4颗粒粗大，结构疏松易脱落，内层γ-FeOOH可以在表面形成致密的保护膜（腐蚀产物膜），减小腐蚀速率。碳钢铁锈形成过程见图8。

图8 碳钢铁锈形成过程

1.2 硫酸露点腐蚀

设备硫酸露点腐蚀受烟气中的SO3浓度、烟气露点和部件表面的温度影响。烟气的露点由SO3浓度确定，试验证实，气体中含有n×10ppm的SO3，即可使气体露点温度明显升高（见图9）。凝结的硫酸浓度取决于烟气中的水蒸气含量和部件表面温度。试验表明，当钢的表面温度在露点以下20℃～60℃时，凝结的硫酸量及在一定表面积上的铁腐蚀量均为最大（见图10）。

图9 SO3浓度与露点的关系

图10 凝结的硫酸量、铁的腐蚀量与金属表面温度的关系

1.3 HCl腐蚀

由于烟气温度低于露点温度，凝结水分子吸收Cl-。碳钢和低合金钢在Cl-的环境下的腐蚀过程是一个复杂的化学反应及电化学反应过程，腐蚀形态为全面腐蚀、点蚀。应力表面的钝化膜在组织结构上发生了改变，改变了碳钢表面钝化膜的溶解机制，金属钝化膜变得松散多孔，提高了钝化膜的溶解速率。

1.4 窑尾电收尘器内部腐蚀情况

表2 2011年5月份原料的化学成分平均值，%

该生产线所使用的原料（粘土）中SO3、Cl偏高（见表2），在正常生产时，窑尾电收尘器入口温度为120～145℃，出口温度为70～90℃。窑尾电收尘器基本选用Q235碳钢设计制造，在靠近壳体人孔门、灰斗处的极板腐蚀严重（见图2），可以确认电收尘器漏风较大，烟气在电收尘器内部结露（见图1）。通过对窑尾烟气的露点计算，确认窑尾烟气露点温度为120～130℃，烟气出口温度低于露点温度30～50℃。在靠近电收尘器出口的内部构件硫酸浓度和腐蚀速率较高。由于烟气中存在Cl-，设备表面结露的泥浆吸收Cl-，从而加速了Q235碳钢表面钝化膜的溶解速率。烟气中的Cl-破坏了Q235碳钢表面钝化膜，出现点蚀（见图11、12），加速了硫酸露点腐蚀。

2 设备防腐措施

为了防止设备腐蚀，可以采取以下相关措施：

（1）加入添加剂，使其与烟气中的SO2发生反应，降低SO2浓度。如中材研究总院研制复合脱硫技术，将脱硫剂喷入预热器中，不仅防止了设备腐蚀，而且烟气中SO2浓度完全可以达到国家排放标准；中材装备集团有限公司环保分公司选用石灰-石膏湿法烟气脱硫技术，脱硫后，烟气中SO2浓度可稳定控制在50mg/m3（标）以内。

（2）控制工艺操作参数，减少系统漏风。在生产操作时，控制烟气温度高于露点温度，可防止设备部件腐蚀。

（3）设备及管路系统选用耐酸腐蚀合金钢或在内部进行耐腐蚀处理。对烟气中SO2浓度排放要求相对宽松的项目，通过控制工艺操作防止设备腐蚀较为经济。加入添加剂和设备选用耐酸材料会增加生产成本。设备采用耐酸材料可延长设备的使用寿命，耐酸材料可选用耐酸钢材和耐酸衬里、涂料。

图11 窑尾电收尘器壳体侧板内壁发生点蚀现象

图12 阴极框架发生点蚀现象

2.1 耐腐金属材料

普通碳钢（如Q235碳钢）的抗腐蚀性能很低，通过在普通碳钢中加入微量元素并采用特殊的冶炼工艺以及轧制工艺，保证钢材表面形成一层富含目标微量元素的合金层，可提高金属的耐腐蚀性能。

能够提高合金耐腐蚀性能的合金元素主要有Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Zr等。Cu在合金钢的作用是促进阳极钝化；Ni、Cr在不含有卤素离子的氧化介质中容易钝化；合金元素Mo可使合金耐还原性介质腐蚀，耐Cl-离子腐蚀，耐点蚀；Ti在中性和弱酸性氯化物中可钝化合金钢；Zr对碱和在氧化酸中没有Cl-离子的情况下耐腐蚀。加入配比合理的合金元素能够使钢在腐蚀过程中生成富含Cu、Cr、Mo、Ti等添加元素的致密腐蚀产物，这是合金钢耐腐蚀的前提条件。根据酸腐蚀的性质，加入不同的微量元素，可制成耐酸合金钢和不锈耐酸钢。

（1）耐酸合金钢

上世纪60年代，美国、日本就已研制出耐硫酸露点腐蚀钢。虽然我国起步较晚，但我国钢铁公司已研制出了B485NL（宝钢）、ND钢（江阴特钢）、10Cr1Cu（鞍钢）、12MnCuCr等耐硫酸露点腐蚀钢。目前我国已颁布GB/T 28907-2012《耐硫酸露点腐蚀钢板和钢带》，该标准产品适用于设备壳体、管道、钢烟筒，能抗硫酸露点腐蚀，在设计中可以选用。

当烟气中含有Cl-时情况较为复杂。氯离子与烟气中水蒸气结合，生成HCl，破坏设备部件金属表面钝化膜，产生点蚀。目前有镍铬铁钼合金（哈氏合金）能耐各种酸类，很多研究者已研究得出含Al镍基合金在氯化环境中具有较好的耐蚀性，是潜在的具有良好抗氯化性的材料的结论。

（2）不锈耐酸钢

不锈钢分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢，目前已在奥氏体不锈钢的基础上研制出耐点蚀、耐硝酸等奥氏体不锈耐酸钢。不锈耐酸钢之所以耐腐蚀，主要依靠Fe-Cr钝化实现，其中奥氏体不锈钢应用最广。不锈耐酸钢的耐酸性取决于钢的化学成分，对奥氏体不锈钢而言，取决于Ni、Cr、Mo、Cu、Si等元素含量。不锈耐酸钢特点是耐氧化性介质（如大气、硝酸、浓硫酸）的腐蚀。一般情况下，不锈钢在还原性介质中是不耐腐蚀或不够耐腐蚀的。不锈钢对于硫酸露点腐蚀的防腐作用较好，由于Cl-可引起奥氏体不锈钢应力腐蚀，当烟气中含有Cl-时，奥氏体不锈钢（如304、316）耐腐蚀性差。金属材料大多不耐Cl-腐蚀，建议选用非金属材料防腐。

2.2 耐酸衬里、涂料

在工业生产中，可采用陶瓷衬里、有机物衬里和涂层抑制硫酸露点腐蚀和HCl腐蚀。

陶瓷衬里采用氧化物陶瓷（Al2O3）、碳化物陶瓷（SiC），它们具有良好的耐腐蚀性、耐磨性和耐高温性。有机物衬里采用聚四氟乙烯等工程塑料，也具有良好的耐腐蚀性。采用喷涂的方法将防腐涂料涂覆在设备部件表面形成涂层，具有抗氧化、耐腐蚀、耐磨、耐气体冲蚀性能以及良好的热震性和绝热、绝缘性能。

重防腐涂料是近年来发展起来的防腐涂料，目前已在石油、化工、海洋环境中广泛使用。常用重防腐涂料有：磷化底漆、富锌底漆、环氧树脂涂料、聚氨酯树脂涂料、氯化橡胶类涂料、玻璃鳞片涂料、环氧树脂粉末涂料等，其中环氧树脂涂料往往与富锌底漆配套使用，适用于海洋、工业生产中严重腐蚀的环境，尤其适用于钢结构表面、管道内表面、固定设备的壳体内表面的涂装（见图13）。

图13 涂料喷涂

在环氧树脂等基料中加入不同填料的涂料称为改性环氧树脂涂料，改性环氧树脂涂料目前已成为重防腐涂料的一个热点领域。改性环氧树脂涂料在金属表面具有很高的粘结力和机械强度，其填料的种类很多，主要有纤维和颗粒两种，而作为填料的陶瓷颗粒多为SiC、A12O3、ZrO2等。随着纳米技术的发展，将纳米材料添加到涂料中可使涂层在1 000～1 300℃高温下正常工作。目前我国已研制出了多种纳米重防腐涂料，应用在石油、化工等领域。

水泥行业对于重防腐涂料应用不多。中材建设在Holcim项目中，窑尾袋收尘器净气箱出现腐蚀现象，在处理中选用美国PENTA公司生产的FLUEGARD-225耐高温防腐涂料，防腐效果较好（见图14、15）。

图14 袋收尘器净气箱腐蚀

图15 喷涂FLUEGARD-225耐高温防腐涂料后的净气箱

天津院国家工程研究中心研制的IRC系列SiC红外节能涂料具有耐高温、抗腐蚀、耐磨损等特性，现正进行工业实验。

3 结语

（1）原料中硫含量较高时，管道、钢烟筒和设备壳体应选择耐硫酸露点腐蚀钢板制造。

（2）合金钢、奥氏体不锈钢（304、316）对HCl是不耐蚀的，烟气中含有Cl-时，设备、管道最好采用非金属耐蚀衬里或涂料。

（3）重防腐涂料防腐蚀效果好，具有工程造价低、施工操作简单、适应性强及易于修复和维护等特点，可作为重要的防护手段。