中金高爐水系統在線清洗預膜的腐蝕監測系統設計及應用

莫祖杰，榮金標，梁國鑫

（廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司，廣西 玉林 537624）

0 引言

清洗預膜是高爐循環冷卻水系統化學處理的一種預處理方式，其主要目的是在清洗后處于活化狀態下的金屬表面上提前形成一層完整且抗腐蝕的保護膜，從而增強設備的抗腐蝕能力[1]。但清洗預膜并不是一勞永逸的工作，怎樣對清洗預膜后的高爐水循環系統進行腐蝕智能監測，及時對再次腐蝕的部位進行清洗預膜操作，對保障設備的正常運行十分重要。以中金公司1 680 m3高爐各系統在線清洗預膜的腐蝕情況為研究對象，根據已有的管道檢測方法，選用腐蝕掛片法、電阻探針法進行腐蝕檢測系統設計，確定高爐水系統的腐蝕監測點，并根據實際情況對該檢測系統進行優化，避免出現數據失真情況，提高高爐水系統清洗預膜的腐蝕檢測效率。

1 高爐水系統在線清洗預膜腐蝕監測系統的設計

1.1 高爐水系統清洗預膜腐蝕監測方案設計

以高爐水系統為研究對象，選用管道腐蝕檢測效果較好的方法進行系統設計，如腐蝕掛片（CC）、電阻探針（ER）方法、電指紋儀（FSM）和超聲（UT）等方法[2]。由于高爐水系統包括高爐本體以及爐外管線兩個部分，而爐內外環境不同，研究將分別對高爐內外腐蝕檢測系統進行設計。

對于高爐內部的腐蝕檢測，選用了腐蝕掛片和電阻探針兩種方法進行研究，腐蝕掛片法能夠對不同腐蝕材料進行腐蝕實驗，通過對樣品的腐蝕速率、腐蝕類型、腐蝕產物的測定，來對常見的腐蝕類型（如焊接腐蝕、應力腐蝕）進行深入研究[3]。但腐蝕掛片法不能實時監測，得到的結果是腐蝕情況的總和，無法對單獨設備點的腐蝕情況進行分析，所以加入電阻探針法來進行腐蝕檢測，電阻探針是一種能夠進行連續探測的方法，通過測定電阻探頭的金屬損失量來測定腐蝕，根據電阻值的變化，計算出其減薄的量來測定腐蝕區域。減薄量的計算公式如式（1）和（2）所示。

式（1）中：R 為電阻探頭的電阻值；ρ 為電阻率；L 為探針的長度；S 為金屬的減薄量。

式（2）中：a 為金屬的寬度；b 為金屬的厚度。

通過R 測定的變化量，可以計算出金屬探針厚度b 的變化量，然后通過構建時間與厚度b 之間的變化曲線，就可以推算出腐蝕速率。

對于高爐外部的水系統管線腐蝕檢測，選用電指紋法和超聲波檢測法進行研究，電指紋法通過在管線外部布置一套電極陣列，在恒定電流下，通過對管線內部各電極之間極細微的電位變化進行檢測，進而獲得管線內部的腐蝕狀況，尤其是凹坑狀況[4]。超聲波檢測法是通過壓電晶體發出聲脈沖，聲脈沖會入射到被檢測對象中，在被檢測對象的表面和地面都會產生回波信號，若被檢測對象的內部有缺陷，則產生缺陷回波來進行腐蝕檢測，該方法可以實現無損檢測[5]。研究具體的高爐水系統檢測點選擇情況如表1 所示。

表1 腐蝕監測點安裝位置設置

如表1 所示，腐蝕監測點主要選擇水流容易發生突變的地方，如生產分類器前后管線，爐基水冷管出水口等。將CC 和ER 進行配套安裝，主要放置在爐體冷卻壁和齒輪箱兩個部位，FSM 和UT 進行配套安裝，主要在爐基水冷管、生產分離器和進站口的管線出口，水樣取樣點設置在外輸出站口處。

1.2 高爐水系統清洗預膜腐蝕監測改進方案

實際運行過程中，電阻探針法和電指紋法容易出現數據失真的情況，研究將針對這兩種方法對檢測方案進行優化。在當前情況下，大部分問題都不能通過硬件和軟件來解決，所以此次研究將選用定期探針清洗和檢查運行參數方法進行優化處理。即如果發現由電阻探針監測的金屬損失數據不斷下降，極有可能是由于探針表面試片短路引起的，需要將探針取出，檢查探針表面是否有污物覆蓋或導電物質連通，并進行清洗，研究設計的清洗周期為每年一次。同時，在進行日常運行管理過程中，要對電阻探針輸入電流進行巡查，以此判斷是否出現電流不穩定的情況，在對數據進行分析時，要及時將腐蝕數據中的異常點剔除。

針對電指紋法因數據信息過多而產生的畸變問題，擬采用先對系統所有參數進行排查后，再進行系統檢測，確保電指紋檢測的穩定性。具體進行的系統排查包括：

1）檢查電池電壓：LOG 箱由電腦內部的FIU 提供電力，一般的電池組是11.8 V 及以上，如果電池組的電池組在11.5 V 以下，則表示電池組無法進行正常工作，需要更換電池組。

2）檢查功率組件輸入電流：功率組件輸入電流通常在103～105 A，如出現明顯的不正?，F象，說明功率組件損壞，需要進行更換。

3）檢查數據的電壓值：由于各探頭之間的距離有細微差別，所以對電子手印探頭的電壓值并不具有可比性。在電壓異常檢查中，需要對同一對電指紋探針的電壓值進行觀察，如電壓值表現出明顯的跳躍或者其他異常，就需要對LOG 箱數據接線進行現場排查。若現場的接線情況無誤，則可能是電指紋探針的焊接位置發生了變化，導致探針無法持續使用，因此需要對電指紋探針進行數據屏蔽，避免出現錯誤的數據，對監測區域的腐蝕全貌造成影響。

4）數據讀?。簷z測區內的平均腐蝕速度可按電阻式探針法進行計算，如果要看監控區域的三維圖，只要選中金屬流失，就會顯示出腐蝕速度曲線、監控區域的三維圖、監控區域的二維圖，根據三維圖就能看到腐蝕區域的方向。

2 高爐水系統清洗預膜腐蝕方案運行結果

以中金公司1 680 m3高爐各系統在線清洗預膜的腐蝕情況為研究對象進行腐蝕檢測具體實驗，根據投產一年的腐蝕檢測結果進行分析，具體各方法的監測頻率設置如表2 所示。

表2 腐蝕監測頻率設置

由爐內管線的腐蝕檢測結果來看，高爐水系統腐蝕掛片測定的腐蝕速率為0.000 2-0.060 5 mm/a，單個腐蝕掛片的腐蝕速率低于0.025 mm/a，屬于較低的腐蝕速率，在部分外輸出站污水管線上出現腐蝕速率超過0.060 3 mm/a?？傮w而言，腐蝕速度都符合腐蝕標準規范，低于0.076 mm/a，整體腐蝕是可控的，腐蝕程度較低，主要集中在爐基水冷管的外部管線設備上；高爐水系統電阻探針的平均腐蝕速率為0.003 5 mm/a，在熱風爐至齒輪箱的設備管線處，腐蝕速率最高達到了0.067 845 mm/a，平均腐蝕速率較低，整體腐蝕情況在可控范圍內。

爐外系統管線的腐蝕監測結果是，超聲波在線腐蝕監測系統可以對現場的腐蝕進行實時監控，在對高爐水系統進行實際檢測中，腐蝕速率控制在0.05 mm/a 以下，對現場整體腐蝕進行控制，并保持在低腐蝕水平上。該高爐水系統一共有11 套FSM，其中10 套FSM的運行較為穩定，僅1 套FSM數據出現了失真情況，總體來看，在實際操作中使用效果好，腐蝕速率控制在0.06 mm/a 以下。

電指紋FSM腐蝕監控系統的問題最為突出。首先是管線上的焊頭松動，造成焊頭間的電壓不能被檢測，且焊頭間的電流不穩定或有干擾時，測出的數據會失真；其次是監控處理器失靈，將研究方案與改進前腐蝕監測方案的運行結果進行比較發現，電阻探針的運行率由79%增加到了90%以上，電指紋運行率由之前的48%增長到60%以上，大大提高了系統的檢測效率，利于對腐蝕情況的準確判斷。

3 結論

清洗預膜是增強高爐循環冷卻水系統抗腐蝕能力的一種化學方式，為避免清洗預膜后的高爐水系統再次受到腐蝕，實現對清洗預膜后的高爐水循環系統進行腐蝕智能監測，具體在對各種腐蝕檢測技術進行比較和分析的基礎上，設計了高爐水系統腐蝕監測手段和腐蝕監測點的選擇方案，并對電阻探針和FSM數據失真的原因進行了分析，制定了定期清洗探頭、檢查電源模塊輸入電流等多種措施。實際應用結果顯示，整體腐蝕速率較低，腐蝕情況受控，腐蝕速率均在0.076 mm/a 以下，符合腐蝕標準規范。方案優化后，電阻探針的正常運行率達到90%以上，電指紋正常運行率達到60%以上，均有較高的運行效率。