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助力城镇供热行业低碳发展,钢铁行业能做些啥?

彭在美

在碳达峰、碳中和的刚性约束下,属于“三高一低”行业的城镇供热行业,节能降碳任务艰巨。助力城镇供热行业低碳发展,钢铁行业大有可为。

一是利用钢铁余热等资源为所在地供热,助力供热行业低碳发展。钢铁企业具有余热、余能等资源优势,以钢厂为热源厂助力所在地供热行业低碳发展,具有天然优势。目前,不少钢铁企业实现煤气、蒸汽等能源回收利用,在节能降耗的同时,为当地居民供暖。例如,安钢的余热暖民工程,将炼铁高炉水淬工艺中的放散蒸汽和冲渣水余热回收利用后,通过安阳市政供热管网输送到安阳市26个小区近3万户居民家中;沙钢建设了40多公里长的蒸汽管道,对周边工、商业用户进行集中供热,年供应蒸汽50万吨,减少社会锅炉用煤,实现节能减排;山西省吕梁市中阳钢铁公司充分利用高炉冲渣水、烧结、转炉炼钢等生产工序的余热,接入中阳县城集中供热设施,增加了集中供热面积,淘汰了数百台采暖燃煤小锅炉,使企业绿色发展的效益从内部延伸到社会;等等。

二是提升钢管产品质量,尤其是钢管内壁耐高温、抗腐蚀性能,延长使用寿命助供热行业低碳发展。

建设城镇供热管网需要大量的钢管,因此,提高钢管产品质量,延长使用寿命,对于低碳发展也意义重大。

先通过两组数据了解一下城镇供热管道的基本情况。一是城镇供热管道基本参数:一般设计最高供水温度为130摄氏度,实际供水温度一般低于120摄氏度;供水压力一般设计最高为4兆帕,实际供水压力一般小于3.5兆帕。水质为处理后的软化水,水流速为1米/秒~3米/秒。二是季节性运行:供热期间,钢管内充满了热水,每年最长达150天;非供热期间,钢管内壁与大气接触。

在这两个期间,供热管道工作管(钢管)的腐蚀机理是不同的。

一是在供热期间。水温是钢管内壁腐蚀的重要因素,温度越高,溶解氧含量越高,从而腐蚀速度越快。数据表明,水温每提高10摄氏度,腐蚀速度加快1倍。同时,供热期间钢管内充满了水,软化水的含氧量受到控制,因氧化导致的碳钢腐蚀率也降低了。此时钢管内壁腐蚀的因素主要来自介质冲刷腐蚀和钢管基材引起的电化学腐蚀。

二是在非供热期间。钢管内充满了空气,内壁氧浓度高,腐蚀速度加快。因为停止供热时,管道内的流动氧使钢管内壁形成水膜和大量的水滴,产生大量活跃的腐蚀电池反应。

这表明,城镇供热老旧管道失效的主要原因在于内壁腐蚀严重,钢管内壁粗糙度提高,同时腐蚀产生的沉淀物使水质受到污染,又加速了腐蚀。于是工作管(钢管)壁厚变薄,致使钢管失效乃至爆裂,溢出高温水造成事故。

那么,供热钢管如何防腐呢?以前供热钢管内壁一般都未做防腐保护,老旧热力管网因内壁腐蚀严重便需要更新或改造。从全球来看,大量修复旧管道的工程广泛采用非开挖方式——通过在旧管道中拉入一根柔性的全塑料管,我国燃气管工程也采用这种方法。2020年8月份,北京热力集团在为北京市朝阳区望京花园西区一个老旧小区改造热力旧管道时,因为工期短、环境复杂,而采用了非开挖方法,即所谓“翻转内衬”技术,以一种复合纤维增强的软管做载体,浸渍环氧树脂或不饱和树脂后,用压缩空气做动力,将软管紧贴在旧管内壁,固化后在旧管内形成整体性强的防腐蚀内壁层。这种“翻转内衬”技术体现了低碳化。

国内有多家科研机构开发出耐高温、内防腐涂料及热力钢管的内壁防腐制造新工艺,从而有了耐高温、内防腐的热力管道。耐高温、内防腐涂料是以环氧改性的耐高温酚醛树脂为主要成膜基料,加入不同比例的耐热颜填料、环氧硅烷偶联剂、磷酸酯偶联剂、耐热有机硅、特种添加剂等制备而成。防腐制造新工艺主要采用喷涂、成膜及固化工艺制成耐高温防腐涂层,应用于热力管道,最高运行温度实现了从80摄氏度到130摄氏度的突破,延长了使用寿命,现场应用效果良好。

从以上分析可知,城镇供热行业实现低碳转型,需要延长供热管道的全生命周期(包括供热期间和非供热期间),其关键在于提高热力管道耐高温、内防腐的性能。这对钢管行业提出了更高要求,同时也给钢管行业带来了机遇。

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