布尔台选煤厂钢结构腐蚀原因简析

王进荣

摘 要：布尔台选煤厂主洗车间厂房结构为模块式钢结构厂房，厂房共六层为错层布置，在生产运行过程中存在环境湿度高，冲洗用循环水氯离子含量高、设备振动等现象，因此当钢结构及金属涂层的表面呈潮湿状态时会受到大气腐蚀或者局部环境腐蚀，而侵蚀的性质和速率又取决于表面形成的电解质的性质、涂层的性质和厚度，尤其取决于空气温度和湿度，以及他们在金属表面作用时间，布尔台选煤厂厂房钢结构在这种特殊环境下使用近六年后出现严重腐蚀情况。

关键词：布尔台选煤厂；钢结构腐蚀；原因分析

1 布尔台选煤厂钢结构腐蚀现状

如图1所示，布尔台选煤厂整体腐蚀严重。

螺栓紧固件部位腐蚀程度分级为非常严重，钢结构整体分级为严重；布尔台选煤厂桁架钢结构的整体状态来看，腐蚀最严重、隐患最大的当属单螺栓紧固件。从图2中可以看出螺栓腐蚀的严重性，锈层呈黑色，腐蚀层厚度约2mm，在外加振动载荷后，极可能导致钢结构螺栓松动。

图1 布尔台选煤厂整体腐蚀状况 图2 螺栓紧固件腐蚀情况

焊接过程由于是一个不均匀的加热和冷却的过程，这种过程必然会造成热影响区组织和性能的不均匀性。也正是这种组织和性能的不均匀性更加容易造成钢结构的腐蚀；从图3可以看出：桁架钢结构焊缝腐蚀程度分级为严重，腐蚀严重，腐蚀部位主要集中在焊缝上和焊缝周围的应力集中区域。底层锈层呈黑色，表层锈层呈红褐色。

从图4可以看出：桁架支撑梁腐蚀程度分级为严重，腐蚀主要集中在工字梁水平方向容易积水处和边缘部分，腐蚀产物起层，锈层厚度超过3mm，部分锈层已剥离。

图3 桁架钢结构焊缝腐蚀情况 图4 桁架支撑梁腐蚀情况

如图5所示，从图中可以看出桁架钢结构发生全面腐蚀，表面涂层体系完全失效，腐蚀严重部位主要集中在钢结构的边缘部分，腐蚀产物堆积、隆起，侧面已有缝隙，腐蚀层厚度约2mm，锈层呈黑色，腐蚀分级为严重。

如图6所示，从图中可以看出上下重叠梁腐蚀主要发生在上梁的下部和下“工”字梁的两“一”处，这主要是由于这些部位水滞留时间长，在长期的干湿交替情况下，表面涂层体系完全失效，腐蚀发生，并从边缘向内扩展，腐蚀产物堆积、隆起，并已分层，腐蚀层厚度约3mm，锈层呈黑色，腐蚀分级为严重；“工”字梁的两“|”处，涂层未完全失效，有一定保护作用，腐蚀分级为中度。所以，整体腐蚀分级为严重。

综上所述，布尔台选煤厂钢结构各层遭受腐蚀程度不同，状况对比见图7。由该图可见，四层腐蚀最严重，二层和三层次之，六层相对腐蚀较轻。

图7 布尔台各层腐蚀状况对比图

2 空气温度、表面温度和湿度影响

2.1 空气温度和设备表面温度影响

空气温度在停车检修期间温度值在9.6℃到12.1℃之间，并随高度增加，温度逐渐升高；工作尾期一层空气温度达到21.7℃左右，与停车期间一样，随高度增加，温度逐渐升高到六层的23.1℃。工作期间温度比检修期间，空气温度平均升高约11℃。见表1。

表1 布尔台选煤厂分层空气温度值（℃）

注：选择接近平均温度的具有代表性温度值。

钢结构表面温度在停车检修期间温度值在9.0℃到11.8℃之间，并随高度增加，温度逐渐升高；工作尾期一层钢结构表面温度达到12.1℃左右，与停车期间一样，随高度增加，温度逐渐升高到六层的13.8℃。工作期间温度比检修期间，钢结构表面温度平均升高约3℃。见表2。

表2 布尔台选煤厂分层表面温度值（℃）

注：选择接近平均温度的具有代表性温度值。

温度对腐蚀的影响主要是因为结露与温度有关，在临界湿度附近能否结露和气温变化有关，这意味着与其说是湿度不如说是温度的高低具有更大的影响。统计结果表明，在其它条件相同时，气温越高，腐蚀速度一般也较大。气温剧烈变化也影响大气腐蚀。例如，工作期间和停车检修之间有温度变化，当停车检修期间温度下降，由于金属表面温度低于空气温度，使大气中水蒸汽结露凝结在金属表面上，这样就加速了腐蚀。

2.2 湿度影响

由表3可看出，空气湿度在停车检修期间湿度值在60%到88%之间，空气湿度在工作尾期期间湿度值在70%到87%之间。这主要是停车检修期间的3～5个小时内，设备表面煤粉要水洗去除，长时间的水洗使车间内空气湿度上升。一般讲空气中湿度越大，金属表面结露越容易，表面上的电解液膜存在的时间也越长，腐蚀速度也相应增加。各种金属都有一个腐蚀速度开始急剧增加的湿度范围，使金属大气腐蚀速度开始急剧增加的大气相对湿度称为临界湿度。钢铁的临界湿度约在50%～70%之间。当相对湿度达60%以上时，钢的腐蚀量就急剧上升；而小于60%时腐蚀量很小。而布尔台选煤厂的湿度基本上都保持在60%以上，有的甚至超过了100%，所以，水对腐蚀进程的促进作用是巨大的。

表3 布尔台选煤厂分层湿度值

注：选择接近平均溫度的具有代表性湿度值。

2.3 SOX和NOX影响

布尔台选煤厂有来自荡起的煤粉尘以及其它固体颗粒，对金属大气腐蚀影响较大。空气中通常称为粉尘的固体微粒杂质也能加速腐蚀，布尔台选煤厂生产期间煤粉尘荡起严重，它的组成十分复杂，甚至可达1000 mg·m-3以上。

3 水质影响

对布尔台选煤厂补加水、循环水进行了重点取样，分析结果如表4。

表4 选煤厂循环水水质分析结果（2010年2-4月）

从上表可知：布尔台选煤厂模块钢结构循环水的pH值在8.00左右，HCO3-、Cl-、SO42-严重超标，数值如表5所示。

从表5可知：布尔台选煤厂结构水的pH值在7.95左右，HCO3-、Cl-、SO42-严重超标，数值如表所示。

布尔台选煤厂车间内用水是直接抽取的地下水，其腐蚀性与水中阴阳离子类别和含量有很大关系。地下水对钢结构的腐蚀是电化学腐蚀过程，腐蚀程度通常受阴极过程所控制。模块钢结构在整个腐蚀过程中，受环境因素的影响较大。水质影响钢结构腐蚀的因素主要为水的PH值、含盐量、离子含量等，水源中含有较高浓度的Cl-、HCO3-和SO42-，这些离子会如果在钢架上大量累积，不仅能导致涂层快速失效和严重的均匀腐蚀，还能引起焊缝和预应力连接件的应力腐蚀和腐蚀疲劳等高破坏性腐蚀模式。

4 含盐量的影响

水中含盐量的成分增加，其导电率增加，局部电流也增加，同时腐蚀产物易离开金属表面，因此腐蚀速度增加。当含盐量超过一定浓度后，氧的溶解度降低，因而腐蚀速度又减小。

在淡水中，一般的阳离子影响不大。如果溶解的阳离子是Cu2+、Fe3+、Cr3+、Hg2+等氧化性重金属离子时，则对阴极极化过程有害；而Ca2+、Zn2+、Fe2+则呈现有防蚀作用。在天然淡水中含Ca、Mg盐类多的水为硬水，少的为软水，软水比硬水腐蚀性大。硬水由于水中的重碳酸钙在钢表面形成CaCO3的膜，阻止了溶氧的扩散，所以腐蚀性小。

阴离子一般都有害。如Cl-等卤族元素是产生点蚀和应力腐蚀的原因之一；SO42-或NO3-比Cl-影响小；ClO-、S2-等也是有害的。而PO42-、NO3-、SiO3-等有缓蚀作用；HCO3-和Ca2+共存时，也有抑制腐蚀的效果。

布尔台选煤厂的水质NaCl含量极高，对钢铁的腐蚀性大，也是导致防腐涂层过早失效的原因。

5 pH值的影響

钢铁的pH在4～9范围内，腐蚀速度与pH无关，这是因为钢的表面盖上一层氢氧化物膜，氧要通过膜才能起去极化作用。pH小于4时，膜被溶解，发生放氢，腐蚀加剧。因布尔台选煤厂水源中含有高浓度Cl-、HCO3-和SO42-，因此当水中含有Cl-和HCO3-，即便在pH=8附近时，腐蚀加速，出现水锈。

6 腐蚀性阴离子来源

从现场和资料分析来看，布尔台选煤厂水中腐蚀性离子的来源大致有三个途径造成钢结构腐蚀。

6.1 矸石泥化

煤矸石是采煤过程和选煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。选煤过程中挑出的洗矸石其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素。

布尔台选煤厂出现了矸石泥化的现象，矸石泥化的直接作用是，矸石中的各种腐蚀性离子进入水中，增加选煤厂用水的腐蚀性，其中此处主要为硫酸根和硝酸根，对选煤厂模块钢结构造成威胁。不同岩层的矸石遇水泥化的性质不同，是影响湿法选煤的重要问题之一。

6.2 药剂添加

煤泥水在选煤厂要求实现一级闭路循环使用，选煤厂一般会在洗煤水中加入絮凝剂，使煤细粉形成絮团，快速沉降，有利于回收洗矿废水中的细粉尾煤，并且除去细粉尾煤的水可以重复利用。

布尔台选煤厂选煤水中也加入了絮凝剂，主要有聚丙烯酸铵和聚合氯化铝，而这些絮凝剂中的主要阴离子为氯离子，这就是说絮凝剂的加入，大大增加了水中的氯离子含量，通过水的循环利用，这些氯离子作用于模块钢结构，对模块钢结构的腐蚀有非常大的促进作用。

6.3 补充水源

布尔台选煤厂车间内用水是直接取自的地下井水或厂区处理的矿井水，水源中分布最广的是钾、钠、镁、钙、氯、硫酸根和碳酸氢根 7 种离子。水的腐蚀性与水中阴阳离子类别和含量有很大关系。

7 结束语

布尔台选煤厂腐蚀根源来自循环水，而循环水中腐蚀性离子来源包括泥化矸石带入、药剂成分和补充水源，其中泥化矸石是布尔台选煤厂水中腐蚀性离子增加的主要来源，这也是布尔台选煤厂腐蚀状况不同于其他选煤厂的主要原因，另外由于选煤的特殊工艺及厂房冲洗等原因造成湿度增加也是钢结构腐蚀的另一根源。