高炉煤气冷凝水回收水泵选型优化

摘要：高炉煤气冷凝水因含有氯离子、硫离子等酸性物质，导致冷凝水PH2-5之间，酸性冷凝水导致设备损坏和寿命缩短。通过材质对比、密封改进和系统适配性优化，提出水泵选型方案，解决腐蚀泄漏、效率低下等问题，并基于某钢厂案例验证其经济性与可靠性。

Summary：The condensate water of blast furnace gas contains acidic substances such as chloride ions and sulfur ions， which leads to equipment damage and shortened lifespan between PH2-5. Through material comparison， sealing improvement， and system compatibility optimization， a pump selection plan is proposed to solve problems such as corrosion leakage and low efficiency， and its economy and reliability are verified based on a case study of a certain steel plant.

1、引言

高炉煤气是炼铁过程中产生的副产品，主要成分包括CO、CO2、N2、H2和CH4，其中CO含量约25%。高炉煤气经冷却后形成冷凝水，水中含有H2S、SO2等酸性气体及Cl-，这些成分会导致管道设备严重腐蚀。研究目标是建立选型优化模型，延长泵的使用寿命并降低能耗，从而提升设备的运行效率和可靠性。

2、高炉煤气冷凝水特性分析

（1）高炉煤气冷凝水回收意义

高炉煤气冷凝水含氯离子、硫离子等酸性物质，具有强腐蚀性，能腐蚀管道和金属表面，缩短设备寿命。冷凝水中可能含有有害重金属和化学物质，长期接触对健康有害。合理回收冷凝水不仅能减少水耗、废水排放，还能提高能源利用效率。因此，回收利用冷凝水是防止水体污染和提高资源利用的重要措施。

（2）高炉煤气冷凝水酸腐蚀原因

高炉在冶炼过程中，焦碳及喷煤中S通常形成SO2、SO3、H2S入煤气，高炉煤气中CO2占比约15%，部分CO2与煤气中的H2O反应形成酸。

SO3+H20→H2S04

SO2+H20→H2SO3

CO2+H20→H2CO3

酸与管壁中的铁反应使铁氧化。

Fe+2H-1→Fe2++H2

电化学腐蚀

含有酸性离子的煤气冷凝水呈现电解液特性，与设备铁元素构成原电池造成电化学腐蚀。

3、冷凝水回收泵选型优化

存在问题

某钢厂高炉煤气冷凝水存在大量氯离子，冷凝水PH值长期处于2-6之间，具有很强的腐蚀性，造成水泵经常性腐蚀损坏。

某钢厂高炉煤气冷凝水采用液下泵回收，由于高炉煤气冷凝水的腐蚀性，对回收水泵造成腐蚀，从现象看主要腐蚀点在水泵叶轮锁紧螺母处。

液下泵工作原理

液下泵是一种立式安装、泵体浸没在液体中工作 的特殊离心泵，广泛应用于化工、冶金、环保等领域，尤其适合输送腐蚀性、含颗粒或高温液体（如高炉煤气冷凝水）。

液下泵的核心部件包括：

泵体 ：浸没在液体中，含叶轮、导流壳等水力部件。

长轴（立式轴） ：连接电机与叶轮，传递动力。

轴承系统 ：包括液下轴承（浸液润滑）和上部轴承（油脂润滑）。

密封装置 ：防止液体沿轴泄漏（如机械密封、填料密封）。

电机 ：通常安装在液面上方，通过长轴驱动叶轮。

液下泵的独特优势

无泄漏风险：泵体浸没在液体中，轴封仅需处理少量泄漏，安全性高。

自吸能力强：无需灌泵，启动时自动排气，适合含气液体。

抗堵塞设计：可配置开式叶轮或涡流叶轮，输送含颗粒介质（如含焦油冷凝水）。

节省空间：立式结构，无需额外安装底座，适合槽罐或深坑内使用。

由于液下泵泵体浸没在液体中，长时间受酸性腐蚀性液体影响，叶轮螺母腐蚀损坏，导致叶轮脱落，水泵无法工作。或者液体腐蚀螺纹导致轴腐蚀磨损，工作液沿泵体流到轴承处，导致轴承进水锈蚀，水泵无法工作，泵体损坏。

解决方案

1、泵体材质优化。由于普通碳钢不耐酸腐蚀，需对高炉煤气冷凝水回收水泵进行选型优化。查阅资料发现，316L不锈钢和2205双相钢具有良好的耐酸腐蚀性，可以采用上述材质进行优化。

虽然2205双相钢具有优秀的耐酸性，但价格较高，不具备性价比。

鉴于以上不锈钢性能及价格比较，决定采用316L不锈钢作为高炉煤气冷凝水回收泵泵体材料。

2、泵体结构优化。原液下泵泵体采用普通泵体结构，下支撑轴承安装在叶轮上部，最低启动液位处，轴承浸泡在工作液中，机械密封损坏后，轴承进水腐蚀，导致轴承损坏、泵体无法工作。

对水泵结构形式进行优化，改成无密封化工液下泵，取消叶轮处轴承，避免轴承长时间浸泡在工作液中，由于腐蚀造成的轴承损坏，泵体无法正常工作。

成本对比 ：

初始投资：316L不锈钢泵比碳钢泵高30%，但寿命周期成本（LCC）降低60%。

投资回收期 ：约1年（通过节能与维护费用节省）。

通过对高炉煤气冷凝水回收泵泵体材质和泵体结构进行优化，水泵采购成本增加了50%，水泵使用寿命由原来的3个月，延长到9个月，使用寿命延长了2倍，水泵维护次数减少了10次/年，取得了一定的经济效益。

结论：通过对高炉冷凝水回收泵泵体材质和结构优化，延长水泵使用寿命，减少水泵维护次数，取得了经济效益。

参考文献

高炉煤气冷凝水腐蚀性治理 王学明，陈廷军，刘旭明，赵俊杰，张继，李振波 中国钢铁年会 2011年