布爾臺(tái)選煤廠鋼結(jié)構(gòu)腐蝕原因簡(jiǎn)析

王進(jìn)榮

摘 要：布爾臺(tái)選煤廠主洗車(chē)間廠房結(jié)構(gòu)為模塊式鋼結(jié)構(gòu)廠房，廠房共六層為錯(cuò)層布置，在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中存在環(huán)境濕度高，沖洗用循環(huán)水氯離子含量高、設(shè)備振動(dòng)等現(xiàn)象，因此當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)及金屬涂層的表面呈潮濕狀態(tài)時(shí)會(huì)受到大氣腐蝕或者局部環(huán)境腐蝕，而侵蝕的性質(zhì)和速率又取決于表面形成的電解質(zhì)的性質(zhì)、涂層的性質(zhì)和厚度，尤其取決于空氣溫度和濕度，以及他們?cè)诮饘俦砻孀饔脮r(shí)間，布爾臺(tái)選煤廠廠房鋼結(jié)構(gòu)在這種特殊環(huán)境下使用近六年后出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕情況。

關(guān)鍵詞：布爾臺(tái)選煤廠；鋼結(jié)構(gòu)腐蝕；原因分析

1 布爾臺(tái)選煤廠鋼結(jié)構(gòu)腐蝕現(xiàn)狀

如圖1所示，布爾臺(tái)選煤廠整體腐蝕嚴(yán)重。

螺栓緊固件部位腐蝕程度分級(jí)為非常嚴(yán)重，鋼結(jié)構(gòu)整體分級(jí)為嚴(yán)重；布爾臺(tái)選煤廠桁架鋼結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)來(lái)看，腐蝕最嚴(yán)重、隱患最大的當(dāng)屬單螺栓緊固件。從圖2中可以看出螺栓腐蝕的嚴(yán)重性，銹層呈黑色，腐蝕層厚度約2mm，在外加振動(dòng)載荷后，極可能導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)螺栓松動(dòng)。

圖1 布爾臺(tái)選煤廠整體腐蝕狀況 圖2 螺栓緊固件腐蝕情況

焊接過(guò)程由于是一個(gè)不均勻的加熱和冷卻的過(guò)程，這種過(guò)程必然會(huì)造成熱影響區(qū)組織和性能的不均勻性。也正是這種組織和性能的不均勻性更加容易造成鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕；從圖3可以看出：桁架鋼結(jié)構(gòu)焊縫腐蝕程度分級(jí)為嚴(yán)重，腐蝕嚴(yán)重，腐蝕部位主要集中在焊縫上和焊縫周?chē)膽?yīng)力集中區(qū)域。底層銹層呈黑色，表層銹層呈紅褐色。

從圖4可以看出：桁架支撐梁腐蝕程度分級(jí)為嚴(yán)重，腐蝕主要集中在工字梁水平方向容易積水處和邊緣部分，腐蝕產(chǎn)物起層，銹層厚度超過(guò)3mm，部分銹層已剝離。

圖3 桁架鋼結(jié)構(gòu)焊縫腐蝕情況 圖4 桁架支撐梁腐蝕情況

如圖5所示，從圖中可以看出桁架鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生全面腐蝕，表面涂層體系完全失效，腐蝕嚴(yán)重部位主要集中在鋼結(jié)構(gòu)的邊緣部分，腐蝕產(chǎn)物堆積、隆起，側(cè)面已有縫隙，腐蝕層厚度約2mm，銹層呈黑色，腐蝕分級(jí)為嚴(yán)重。

如圖6所示，從圖中可以看出上下重疊梁腐蝕主要發(fā)生在上梁的下部和下“工”字梁的兩“一”處，這主要是由于這些部位水滯留時(shí)間長(zhǎng)，在長(zhǎng)期的干濕交替情況下，表面涂層體系完全失效，腐蝕發(fā)生，并從邊緣向內(nèi)擴(kuò)展，腐蝕產(chǎn)物堆積、隆起，并已分層，腐蝕層厚度約3mm，銹層呈黑色，腐蝕分級(jí)為嚴(yán)重；“工”字梁的兩“|”處，涂層未完全失效，有一定保護(hù)作用，腐蝕分級(jí)為中度。所以，整體腐蝕分級(jí)為嚴(yán)重。

綜上所述，布爾臺(tái)選煤廠鋼結(jié)構(gòu)各層遭受腐蝕程度不同，狀況對(duì)比見(jiàn)圖7。由該圖可見(jiàn)，四層腐蝕最嚴(yán)重，二層和三層次之，六層相對(duì)腐蝕較輕。

圖7 布爾臺(tái)各層腐蝕狀況對(duì)比圖

2 空氣溫度、表面溫度和濕度影響

2.1 空氣溫度和設(shè)備表面溫度影響

空氣溫度在停車(chē)檢修期間溫度值在9.6℃到12.1℃之間，并隨高度增加，溫度逐漸升高；工作尾期一層空氣溫度達(dá)到21.7℃左右，與停車(chē)期間一樣，隨高度增加，溫度逐漸升高到六層的23.1℃。工作期間溫度比檢修期間，空氣溫度平均升高約11℃。見(jiàn)表1。

表1 布爾臺(tái)選煤廠分層空氣溫度值（℃）

注：選擇接近平均溫度的具有代表性溫度值。

鋼結(jié)構(gòu)表面溫度在停車(chē)檢修期間溫度值在9.0℃到11.8℃之間，并隨高度增加，溫度逐漸升高；工作尾期一層鋼結(jié)構(gòu)表面溫度達(dá)到12.1℃左右，與停車(chē)期間一樣，隨高度增加，溫度逐漸升高到六層的13.8℃。工作期間溫度比檢修期間，鋼結(jié)構(gòu)表面溫度平均升高約3℃。見(jiàn)表2。

表2 布爾臺(tái)選煤廠分層表面溫度值（℃）

注：選擇接近平均溫度的具有代表性溫度值。

溫度對(duì)腐蝕的影響主要是因?yàn)榻Y(jié)露與溫度有關(guān)，在臨界濕度附近能否結(jié)露和氣溫變化有關(guān)，這意味著與其說(shuō)是濕度不如說(shuō)是溫度的高低具有更大的影響。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在其它條件相同時(shí)，氣溫越高，腐蝕速度一般也較大。氣溫劇烈變化也影響大氣腐蝕。例如，工作期間和停車(chē)檢修之間有溫度變化，當(dāng)停車(chē)檢修期間溫度下降，由于金屬表面溫度低于空氣溫度，使大氣中水蒸汽結(jié)露凝結(jié)在金屬表面上，這樣就加速了腐蝕。

2.2 濕度影響

由表3可看出，空氣濕度在停車(chē)檢修期間濕度值在60%到88%之間，空氣濕度在工作尾期期間濕度值在70%到87%之間。這主要是停車(chē)檢修期間的3～5個(gè)小時(shí)內(nèi)，設(shè)備表面煤粉要水洗去除，長(zhǎng)時(shí)間的水洗使車(chē)間內(nèi)空氣濕度上升。一般講空氣中濕度越大，金屬表面結(jié)露越容易，表面上的電解液膜存在的時(shí)間也越長(zhǎng)，腐蝕速度也相應(yīng)增加。各種金屬都有一個(gè)腐蝕速度開(kāi)始急劇增加的濕度范圍，使金屬大氣腐蝕速度開(kāi)始急劇增加的大氣相對(duì)濕度稱(chēng)為臨界濕度。鋼鐵的臨界濕度約在50%～70%之間。當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)60%以上時(shí)，鋼的腐蝕量就急劇上升；而小于60%時(shí)腐蝕量很小。而布爾臺(tái)選煤廠的濕度基本上都保持在60%以上，有的甚至超過(guò)了100%，所以，水對(duì)腐蝕進(jìn)程的促進(jìn)作用是巨大的。

表3 布爾臺(tái)選煤廠分層濕度值

注：選擇接近平均溫度的具有代表性濕度值。

2.3 SOX和NOX影響

布爾臺(tái)選煤廠有來(lái)自蕩起的煤粉塵以及其它固體顆粒，對(duì)金屬大氣腐蝕影響較大。空氣中通常稱(chēng)為粉塵的固體微粒雜質(zhì)也能加速腐蝕，布爾臺(tái)選煤廠生產(chǎn)期間煤粉塵蕩起嚴(yán)重，它的組成十分復(fù)雜，甚至可達(dá)1000 mg·m-3以上。

3 水質(zhì)影響

對(duì)布爾臺(tái)選煤廠補(bǔ)加水、循環(huán)水進(jìn)行了重點(diǎn)取樣，分析結(jié)果如表4。

表4 選煤廠循環(huán)水水質(zhì)分析結(jié)果（2010年2-4月）

從上表可知：布爾臺(tái)選煤廠模塊鋼結(jié)構(gòu)循環(huán)水的pH值在8.00左右，HCO3-、Cl-、SO42-嚴(yán)重超標(biāo)，數(shù)值如表5所示。

從表5可知：布爾臺(tái)選煤廠結(jié)構(gòu)水的pH值在7.95左右，HCO3-、Cl-、SO42-嚴(yán)重超標(biāo)，數(shù)值如表所示。

布爾臺(tái)選煤廠車(chē)間內(nèi)用水是直接抽取的地下水，其腐蝕性與水中陰陽(yáng)離子類(lèi)別和含量有很大關(guān)系。地下水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕是電化學(xué)腐蝕過(guò)程，腐蝕程度通常受陰極過(guò)程所控制。模塊鋼結(jié)構(gòu)在整個(gè)腐蝕過(guò)程中，受環(huán)境因素的影響較大。水質(zhì)影響鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的因素主要為水的PH值、含鹽量、離子含量等，水源中含有較高濃度的Cl-、HCO3-和SO42-，這些離子會(huì)如果在鋼架上大量累積，不僅能導(dǎo)致涂層快速失效和嚴(yán)重的均勻腐蝕，還能引起焊縫和預(yù)應(yīng)力連接件的應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等高破壞性腐蝕模式。

4 含鹽量的影響

水中含鹽量的成分增加，其導(dǎo)電率增加，局部電流也增加，同時(shí)腐蝕產(chǎn)物易離開(kāi)金屬表面，因此腐蝕速度增加。當(dāng)含鹽量超過(guò)一定濃度后，氧的溶解度降低，因而腐蝕速度又減小。

在淡水中，一般的陽(yáng)離子影響不大。如果溶解的陽(yáng)離子是Cu2+、Fe3+、Cr3+、Hg2+等氧化性重金屬離子時(shí)，則對(duì)陰極極化過(guò)程有害；而Ca2+、Zn2+、Fe2+則呈現(xiàn)有防蝕作用。在天然淡水中含Ca、Mg鹽類(lèi)多的水為硬水，少的為軟水，軟水比硬水腐蝕性大。硬水由于水中的重碳酸鈣在鋼表面形成CaCO3的膜，阻止了溶氧的擴(kuò)散，所以腐蝕性小。

陰離子一般都有害。如Cl-等鹵族元素是產(chǎn)生點(diǎn)蝕和應(yīng)力腐蝕的原因之一；SO42-或NO3-比Cl-影響??；ClO-、S2-等也是有害的。而PO42-、NO3-、SiO3-等有緩蝕作用；HCO3-和Ca2+共存時(shí)，也有抑制腐蝕的效果。

布爾臺(tái)選煤廠的水質(zhì)NaCl含量極高，對(duì)鋼鐵的腐蝕性大，也是導(dǎo)致防腐涂層過(guò)早失效的原因。

5 pH值的影響

鋼鐵的pH在4～9范圍內(nèi)，腐蝕速度與pH無(wú)關(guān)，這是因?yàn)殇摰谋砻嫔w上一層氫氧化物膜，氧要通過(guò)膜才能起去極化作用。pH小于4時(shí)，膜被溶解，發(fā)生放氫，腐蝕加劇。因布爾臺(tái)選煤廠水源中含有高濃度Cl-、HCO3-和SO42-，因此當(dāng)水中含有Cl-和HCO3-，即便在pH=8附近時(shí)，腐蝕加速，出現(xiàn)水銹。

6 腐蝕性陰離子來(lái)源

從現(xiàn)場(chǎng)和資料分析來(lái)看，布爾臺(tái)選煤廠水中腐蝕性離子的來(lái)源大致有三個(gè)途徑造成鋼結(jié)構(gòu)腐蝕。

6.1 矸石泥化

煤矸石是采煤過(guò)程和選煤過(guò)程中排放的固體廢物，是一種在成煤過(guò)程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的黑灰色巖石。選煤過(guò)程中挑出的洗矸石其主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有數(shù)量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素。

布爾臺(tái)選煤廠出現(xiàn)了矸石泥化的現(xiàn)象，矸石泥化的直接作用是，矸石中的各種腐蝕性離子進(jìn)入水中，增加選煤廠用水的腐蝕性，其中此處主要為硫酸根和硝酸根，對(duì)選煤廠模塊鋼結(jié)構(gòu)造成威脅。不同巖層的矸石遇水泥化的性質(zhì)不同，是影響濕法選煤的重要問(wèn)題之一。

6.2 藥劑添加

煤泥水在選煤廠要求實(shí)現(xiàn)一級(jí)閉路循環(huán)使用，選煤廠一般會(huì)在洗煤水中加入絮凝劑，使煤細(xì)粉形成絮團(tuán)，快速沉降，有利于回收洗礦廢水中的細(xì)粉尾煤，并且除去細(xì)粉尾煤的水可以重復(fù)利用。

布爾臺(tái)選煤廠選煤水中也加入了絮凝劑，主要有聚丙烯酸銨和聚合氯化鋁，而這些絮凝劑中的主要陰離子為氯離子，這就是說(shuō)絮凝劑的加入，大大增加了水中的氯離子含量，通過(guò)水的循環(huán)利用，這些氯離子作用于模塊鋼結(jié)構(gòu)，對(duì)模塊鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕有非常大的促進(jìn)作用。

6.3 補(bǔ)充水源

布爾臺(tái)選煤廠車(chē)間內(nèi)用水是直接取自的地下井水或廠區(qū)處理的礦井水，水源中分布最廣的是鉀、鈉、鎂、鈣、氯、硫酸根和碳酸氫根 7 種離子。水的腐蝕性與水中陰陽(yáng)離子類(lèi)別和含量有很大關(guān)系。

7 結(jié)束語(yǔ)

布爾臺(tái)選煤廠腐蝕根源來(lái)自循環(huán)水，而循環(huán)水中腐蝕性離子來(lái)源包括泥化矸石帶入、藥劑成分和補(bǔ)充水源，其中泥化矸石是布爾臺(tái)選煤廠水中腐蝕性離子增加的主要來(lái)源，這也是布爾臺(tái)選煤廠腐蝕狀況不同于其他選煤廠的主要原因，另外由于選煤的特殊工藝及廠房沖洗等原因造成濕度增加也是鋼結(jié)構(gòu)腐蝕的另一根源。