1 立项背景与内涵：

煤气管道输送系统是高炉炼铁工艺中的重要环节，在冶金工业领域的设备中，如高炉设备和均压系统等，由于其温度和压力呈现周期性变化，导致煤气导出管和冷却水管会产生热位移，若管道之间采用刚性连接，会产生较大应力，造成焊缝拉断、漏气等。因此，金属膨胀节是管道输送系统中不可缺少的重要设备，金属膨胀节能否正常工作，直接决定管道输送系统能否安全可靠地工作。

金属膨胀节结构紧凑，伸缩性优良，是为补偿煤气管道输送系统因温度变化差异和机械振动等引起的附加应力而设置在管道上的一种挠性结构。其作用除了补偿管道位移与减振降噪以外，还兼具在承压密封状态下输送煤气的基础功能，因此，金属膨胀节不仅需要具备一定的承压能力、足够的稳定性、机械强度与疲劳寿命，还需要能在长时间内较好地耐受输送介质的腐蚀作用。

然而，由于我国炼铁企业所用的矿粉多为经海水选洗的精矿，经海水喷洒压尘，从而使矿粉中积聚了大量的氯化物，如NaCl、KCl、CaCl2、MgCl2等氯盐。除此之外，矿粉中还含有大量硫化物、氟化物、硝化物等。在高炉冶炼过程中，它们会分解生成CO、CO2、SO2、S2O3、
、
、
等。在可溶性液体（如水、蒸汽）存在条件下，会形成HCl、H2S、H2SO4、HxSxOx、HF、HCN、NH4Cl（结晶体）、HNO3等分布在高炉产生的煤气中。对金属膨胀节不仅产生化学腐蚀，而更为严重的是产生选择性电化学腐蚀，如点腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀等，当这些酸性介质同时混合存在，对金属膨胀节的腐蚀性远大于单一介质的腐蚀性。并且，由于金属膨胀节所输送的煤气温度同在在60~70℃，气压在30~100KPa，这样较高温度且有一定气压的工作环境又会进一步加快高炉煤气管道膨胀节腐蚀穿孔、开裂的速度。

同时，由于金属膨胀节使用时存在热胀冷缩应力，加工过程中存在异种金属连接和焊缝，并且材料加工、现场施工等众多环节存在不同程度的损伤等。因此，尽管通常采用比连接管道更耐腐蚀的不锈钢材料制备膨胀节，但膨胀节提早报废的问题还是经常发生，且提早报废的主要原因仍然是膨胀节无法长时间耐受所输送的煤气介质的腐蚀作用，进而导致腐蚀穿孔与开裂。严重影响煤气管网的正常工作，不仅造成管道输送失效，造成能源与财产损失，还会产生严重的环境污染问题，甚至导致重大人员伤亡事故，给冶金企业的正常生产、员工的正常工作均带来严重的影响。

经过研究发现，为解决金属膨胀节在使用过程中出现泄漏问题，近些年通常采用休风或在线动火焊接金属套筒、包覆玻璃钢缠带方式两种方式。由于冶金企业日产值较高，因而在非计划内休风修复膨胀节会给企业造成巨大的经济损失；在存在煤气泄漏的情况下，动火焊接作业存在较大地安全隐患，而补焊后比较容易发生二次泄漏，并且二次补焊效果更差。同时，在金属膨胀节表面焊接金属套筒与包覆玻璃钢缠带两种方式虽然可以起到修复加固作用，但是两种方式均会导致金属膨胀节失去伸缩性，从而使金属膨胀节丧失补偿管道位移与减振降噪的功能。综上所述，目前用于解决金属膨胀节在使用过程中出现泄漏问题的方法均存在较大的局限性。

2 主要方法：

本论文选用武汉鼎业环保工程技术有限公司的组合产品在线冷修复防护煤气管道膨胀节，即在线封堵剂DF-001、防腐修补剂DF-002、附着力促进剂DF-003、防腐防护剂DF-004，参照煤气管道膨胀节的实际工作环境与出现泄漏时的状况，用更严苛的实验环境对其进行模拟在线冷修复防护，并分别探讨了各个冷修复防护材料与金属膨胀节使用性能直接相关的机械强度、耐高温化学腐蚀性能以及在线冷修复防护煤气管道膨胀节的应用效果。

2.1 模拟在线冷修复防护煤气管道膨胀节

在线冷修复防护作业与检测工序：

（1）在304不锈钢膨胀节PD100-1.0-50-500-F（公称通径100mm，补偿量±50mm，安装长度500mm）中盛装10%HCl水溶液、10% H2SO4水溶液、10%NH3·H2O的混合水溶液，盛装量淹没膨胀节底部即可。接着，在膨胀节表面钻孔，孔径5mm，数量5个，然后将膨胀节两端通过连接法兰与球阀进行密封，通过空气压缩机通气持续加压至0.2MPa，使膨胀节漏点处的泄漏气压达到0.2MPa；

（2）将膨胀节表面用直磨机加百叶片进行整体打磨除锈，除锈精度达到St3级，即手持工具手动除锈，直至基材表面无可见的杂质和油污，没有附着不牢的氧化皮，没有铁锈和油漆涂层等附着物，基材表面应显露出金属光泽，打磨完成后用无水酒精进行清洗，并用洁净抹布擦拭干净干燥，直到没有油脂、灰尘等杂质为止；

（3）分别依据在线封堵剂DF-001、防腐修补剂DF-002、附着力促进剂DF-003、防腐防护剂DF-004各自的产品使用说明书进行调配，并依次用在线封堵剂DF-001、防腐修补剂DF-002对5处漏点进行带压在线封堵，使用完DF-001以后，用肥皂水检测气密性良好以后再使用DF-002。待DF-002表干以后，再使用DF-003对膨胀节表面进行整体涂覆，待DF-003表干以后，再使用DF-004对膨胀节表面进行整体涂覆；静置1h后，用肥皂水对膨胀节表面的所有冷修复防护处检查气密性；

（4）断开膨胀节与空气压缩机的连接，保持膨胀节两端密封，用万能材料试验机测试在线冷修复防护以后膨胀节的补偿量；

（5）将在线冷修复防护完成以后两端密封的膨胀节整体转移到热风循环干燥箱中，设置温度80℃，保持恒温36个月；

（6）从热风循环干燥箱中取出两端密封的膨胀节，用万能材料试验机测试测试在线冷修复防护36个月以后膨胀节的补偿量；

3 主要原理：

在线冷修复防护金属膨胀节的实际应用中，冷修复防护材料的弯曲强度、粘接强度、断裂伸长率与耐高温化学腐蚀性能可以最直接地反映出冷修复防护材料的应用效果。其中，弯曲强度与粘接强度的大小与冷修复防护材料承受气压的大小呈正相关，断裂伸长率的大小直接影响膨胀节在工作期间是否能保持正常的补偿量，耐高温化学腐蚀性能直接决定修复防护材料的气密性与使用寿命，进而影响修复防护以后煤气管道膨胀节的气密性与使用寿命。

4 创新亮点和值得学习借鉴之处：

不动火、不加热、不停产，在线冷修复煤气管道膨胀节，安全高效，不影响企业正常生产，将企业因设备或部件故障导致的经济损失降至最低。

冷修复防护材料可以稳定保持膨胀节自身的承压性能与气密性，完美地保持膨胀节自身的补偿量不下降。

同时，由于冷修复防护材料可以紧密贴合煤气管道膨胀节，因而可在煤气管道膨胀节外表面形成由冷修复防护材料构成的非金属膨胀节，相当于再造新管体，即使内部的金属膨胀节被腐蚀产生新的漏点，冷修复防护材料材质的膨胀节依然可以像膨胀节自身的金属材质一样继续保持良好的气密性与补偿量。

另外，由于冷修复防护材料的长期耐腐蚀性能远优于金属材质，因而修复防护以后可以大幅延长膨胀节的使用寿命。

5 实施应用前后效果情况对比：

对泄漏气压0.2MPa的不锈钢膨胀节的在线冷修复防护效果为：在线修复材料不仅可以在80℃环境中、长达36个月的时间内，较好的耐受混合水溶液的长期腐蚀，稳定保持膨胀节自身的承压性能与气密性，还能较好地保持膨胀节自身的补偿量不下降。从第18~36个月的对比效果可知，经过在线冷修复防护处理以后，尽管冷修复防护材料内部的膨胀节被腐蚀产生新的漏点，冷修复防护材料依然可以像膨胀节自身的金属材质一样继续保持良好的气密性与补偿量，从而大幅延长膨胀节的使用寿命。

使用武汉鼎业环保工程技术有限公司的在线冷修复防护技术治理宝武集团鄂城钢铁能源动力厂煤气管道膨胀节腐蚀泄漏问题前、后的外观效果。施工完成以后，检测膨胀节气密性良好，煤气管道立即恢复正常运行，稳定运行36个月的时间内，无二次故障，治理效果得到厂内相关部门的一致认可。

6 可推广应用范围：

可推广应用于不动火修复防护氨气管道、氨水管道、循环水管道、蒸汽管道等其他介质气体或液体管道的膨胀节，还可应用于修复防护高炉炉皮、炉基、炉帽、氨水槽体、氨水罐体等存在热胀冷缩且同样面临煤气介质腐蚀的设备或部件。