我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)國和消費國，煤炭是我國的主要能源，在一次能源結(jié)構(gòu)中煤炭占比高達70％以上，預計在今后相當長的一段時間內(nèi)都不會改變。然而，實際開采與洗選過程中因設備腐蝕而造成的經(jīng)濟損失非常驚人，煤炭設備的腐蝕將不僅引發(fā)大量資源浪費和停工停產(chǎn)等問題，而且還對煤炭的安全生產(chǎn)埋下了重大隱患。我國煤炭主要是地下開采，煤炭系統(tǒng)的設備多處于井下陰暗、潮濕、含腐蝕性氣體的空氣或酸性礦井水的環(huán)境中，腐蝕現(xiàn)象嚴峻。傳統(tǒng)的涂料防護、熱浸鍍鋅防護、熱噴鋅與涂料復合防護層、玻璃鋼組合管道等均在煤礦管道獲得了一定應用，并取得了一定的使用效果，但仍難以滿足礦井的設計使用壽命。

    4.2.1.1煤炭行業(yè)工業(yè)概況

    煤炭作為我國的主要能源，并且在今后相當長的一段時間內(nèi)都不會改變。2014年我國煤炭產(chǎn)量達到38.7億噸，接近世界煤炭產(chǎn)量的1/2，煤炭開采和洗選業(yè)主營業(yè)務收入達到330045.87億元，利潤總額為1268.5億元。根據(jù)煤炭工業(yè)發(fā)展規(guī)劃，2015年全國煤礦采煤的機械化程度達到75%以上，其大中型煤礦將達到95％以上，30萬噸及以上中小型煤礦則達到70%以上。因此開采與洗選過程中因設備腐蝕而造成的經(jīng)濟損失非常驚人，煤炭設備的腐蝕將不僅引發(fā)大量資源浪費和停工停產(chǎn)等問題，而且還對煤炭的安全生產(chǎn)埋下了重大隱患。從中國煤炭年產(chǎn)量趨勢來看（如圖4-10），煤炭產(chǎn)量最然增速日趨緩慢（圖4-11），但仍然在不斷增加，并且產(chǎn)量可觀。近年來國內(nèi)生產(chǎn)的“三機一架”的產(chǎn)量表明，煤炭的生產(chǎn)是靠消耗大量的鋼材換來的。

    中國是世界第一產(chǎn)煤大國，也是煤炭消費的大國。在我國的自然資源中，基本特點是富煤、貧油、少氣，這就決定了煤炭在一次能源中的重要地位。與石油和天然氣比較而言，我國煤炭的儲量相對比較豐富，占世界儲量的11.60%。我國煤炭資源總量為5.6萬億噸，其中已探明儲量為1萬億噸，占世界總儲量的11%建國以來，煤炭在全國一次能源生產(chǎn)和消費中的比例長期占70%以上。

    專家預測，在本世紀前30年內(nèi)，煤炭在我國一次性能源構(gòu)成中仍將占主體地位。我國的煤炭資源分布廣泛但不均勻。全國除上海外，其他省（區(qū)）、市均有探明儲量。從地區(qū)分布看，儲量主要集中分布在山西、內(nèi)蒙古、陜西、云南、貴州、河南和安徽，七省儲量占全國儲量的81.8%，分布呈現(xiàn)“北多南少”“西多東少”的特點。（如圖4-12，4-13）

    我國是煤炭資源豐富的國家，目前，除上海等少數(shù)地區(qū)外，在我國的大多數(shù)省區(qū)都賦存有煤炭資源，從整體上來說，我國煤炭品種齊全，煤炭資源豐富，但是，也存在著資源分布不平衡，資源賦存的地質(zhì)條件較差的情況。

    4.2.1.2煤炭生產(chǎn)過程及分類

    煤炭工業(yè)是從事資源勘探、煤田開發(fā)、煤礦生產(chǎn)、煤炭貯運、加工轉(zhuǎn)換和環(huán)境保護的產(chǎn)業(yè)部門。煤炭生產(chǎn)根據(jù)開拓方式分為兩大類，一類是地下開采，即通過開拓井筒及大量的巷道直達煤層，再在煤層中形成采煤工作面，然后進行生產(chǎn)。地下開采都是地下作業(yè)，目前我國煤炭產(chǎn)量中井下開采的產(chǎn)量占絕大部分。另一類是露天開采，即明溝挖掘的方法。煤炭加工又可分為洗選和成型兩種。煤炭轉(zhuǎn)化是將煤炭轉(zhuǎn)化為焦炭，活性炭，化工產(chǎn)品，和煤基氣體液體燃料等。而煤炭化工是利用煤炭作原料而進行化工工業(yè)生產(chǎn)的技術。（煤炭轉(zhuǎn)化和煤炭化工不屬于本調(diào)查的范圍內(nèi)，在此不做詳述）

    煤礦工程是開采地下煤炭資源的工業(yè)，受多方面制約，有其獨特的工藝和不利的腐蝕環(huán)境，且與其他在地面生產(chǎn)產(chǎn)品的工藝有很大區(qū)別。根據(jù)本調(diào)查涉及的煤炭生產(chǎn)流程來說，主要包括露天開采或井工開采獲得原煤，以及洗選原煤獲得品質(zhì)更上乘的精煤的兩個過程。

    本調(diào)查主要針對煤炭開采及生產(chǎn)過程中，惡劣的自然環(huán)境和生產(chǎn)環(huán)境對廠房設施，生產(chǎn)設備造成的腐蝕，所以生產(chǎn)過程中的裝備設施是對本調(diào)查至關重要的。本節(jié)簡要介紹煤炭行業(yè)的煤機設備。根據(jù)工序來分類，煤機裝備主要包括露天開采和井工開采裝備，以及洗選裝備。

    1.露天設備。露天煤礦的煤層深度較淺，可以直接從地面進行開采，主要的機械設備包括單斗機械鏟、吊頭鏟、前裝機、推土機、鏟運機、運輸車輛，鉆孔機械（比如潛孔鉆機，牙輪鉆機，露天鑿巖鉆車），挖掘機械（機械式單斗挖掘機，液壓式單斗挖掘機，料斗挖掘機等）、裝運機械（自卸卡車，裝載機或裝載機、推土機、排土機、帶式輸送機等）、破碎機械（自移式破碎站等）。

    2.井工開采裝備。井工開采裝備主要包括掘進機、采煤機、刮板運輸機、液壓支架，簡稱“三機一架”（如圖4-14），其中刮板運輸機又含轉(zhuǎn)載機和破碎機，三者簡稱“小三機”。洗選裝備包括浮選機、旋流器、振動篩、離心機、破碎機等。

    煤炭的洗選設備主要包括廠房大梁、離心機、皮帶支架、中煤篩、煤矸石支架、絞車，以及各類溜槽、煤倉、安全跨線橋和反射爐煙筒等，還包括：洗礦機，洗砂機 ，制砂機，選礦機，等制砂設備 ，洗砂設備。洗砂機具有洗凈高度，結(jié)構(gòu)合理，產(chǎn)量大，洗砂過程中砂子流失少，尤其是其傳動部分均與水、砂隔離，故其故障率大大低于常用洗砂機，是國內(nèi)洗砂行業(yè)升級換代的最佳選擇。煤炭洗選加工是提高煤炭產(chǎn)品質(zhì)量、滿足用戶需求、提高資源利用效率、實施環(huán)境保護的有效途徑，是實現(xiàn)煤炭資源潔凈、高效、綜合利用的重要措施，是煤炭潔凈技術的基礎與主導組成部分。

    煤炭產(chǎn)業(yè)中，很多機械產(chǎn)品往往長期在惡劣復雜的環(huán)境下工作，對其總的技術要求是安全、可靠、能夠適應惡劣的工作條件。鑒于井下的特殊環(huán)境，金屬腐蝕問題比較嚴重（如圖4-15），尤其是立井井筒裝備，而且提升容器，各種管路普遍受到腐蝕影響。最嚴重的地區(qū)井筒裝備使用只有十年就得停產(chǎn)而全部更換，造成很大的經(jīng)濟損失。

     在煤炭行業(yè)中，腐蝕問題最嚴重的地方，不僅僅是嚴苛條件下的生產(chǎn)和洗選裝備，地下開采的井下巷道，洗煤廠或選煤廠的廠房設施，輸送煤炭的傳送裝置等等，同樣處在惡劣的環(huán)境下，同樣面臨嚴重的腐蝕問題。就某洗選廠為例，自2007年2月投產(chǎn)以后，由于后期使用過程中腐蝕嚴重，于2008年7、8月份重新進行了涂裝，但僅僅是表面亮化刷漆，無論是施工工藝還是設計選材都完全達不到防腐要求，使用三年后，就已經(jīng)發(fā)生嚴重的鋼結(jié)構(gòu)全面腐蝕。

    煤炭行業(yè)中很多設備設施以及廠房設施中，使用的結(jié)構(gòu)主體都是鋼材，腐蝕問題不僅帶來了嚴重的經(jīng)濟損失，還已造成不容小覷的安全問題。

    4.2.1.3煤炭生產(chǎn)的環(huán)境特點與設備腐蝕狀況

    煤炭生產(chǎn)中地下作業(yè)占大部分，井下見不到陽光，又有水，火，瓦斯，地熱，地壓的頂板冒落等災害的威脅。鑒于井下的特殊環(huán)境，金屬腐蝕問題非常嚴重。立井井筒裝備，提升容器，各種管路普遍受到腐蝕影響，井下開采的煤礦一般都需要提升、運輸、通風、排水等系統(tǒng)，以保證安全生產(chǎn)和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，這些系統(tǒng)也受到不同程度的腐蝕。煤炭生產(chǎn)中的地面洗選設備設施則長期處于潮濕高溫環(huán)境下，腐蝕狀況相當嚴重。

    1. 露天煤礦的環(huán)境特點與設備腐蝕狀況

    露天煤礦的工作環(huán)境和礦井開采不同，與大氣環(huán)境也不相同，人們常用“晴天煙塵滾滾，雨天一片泥濘”來形容露天礦場的工作環(huán)境，其主要特點如下：

    1）露天煤礦的采掘空間直接敞露于地表，一般情況下它不需要專門的通風排氣設施，而是靠自然通風，但在露天礦坑深凹的底部往往形成弱風區(qū)，放炮，采裝產(chǎn)生的粉塵（超細的巖粉、煤粉、泥土等）、炮煙（氮氧化物及二氧化碳、一氧化碳等），以及煤炭、矸石氧化、自燃產(chǎn)生的有害氣體（二氧化硫，硫化氫，二氧化碳等）很難靠自然通風排除，因此，露天礦場內(nèi)空氣中酸性有害氣體的含量和粉塵的含量一般都很高。

    2）由于露天開采的工作場所坐在地平面一下幾十米至一二百米的深凹處，因此，表土層、巖層和煤層平時總有一定量的滲水流出。隨地區(qū)和季節(jié)的不同，地下水的涌出量不同，遇到雨雪天氣，自然降水通過不同途徑匯流到礦坑底部，涌水量大增。雖然要求底部水坑內(nèi)的積水要及時排出，但最底部的采煤工作面一直是比較潮濕的，由于水分的蒸發(fā)，礦坑內(nèi)空氣的相對濕度一般高于礦坑外空氣的相對濕度。

    3）隨地區(qū)和地質(zhì)條件的不同，地下滲水的酸堿度，含鹽量有很大差異，特別是煤層滲水，一般都含有較高濃度的硫化物，硫酸鹽和亞硫酸鹽等電解質(zhì)，這些都是加速金屬腐蝕的有害因素。

    4）由于工作環(huán)境敞露于自然空間，因此工作條件受自然氣候因素影響較大，冬冷夏熱晝暖夜寒，各種機械設備一年四季都要在礦坑內(nèi)經(jīng)受風吹日曬雨淋的侵蝕，以及冷熱干濕的交替變化的影響。這種環(huán)境中，鋼鐵設備的腐蝕速度遠高于大氣環(huán)境中的腐蝕速度。

    露天煤礦由于直接敞露于地表，其腐蝕環(huán)境與井下開采有著很大的不同，弱風區(qū)存在巖粉、煤粉、和泥土形成的粉塵，含有氮氧化物及二氧化碳、二氧化碳的跑煙，以及煤炭、矸石氧化、自燃產(chǎn)生的有害氣體（SO2，H2S，CO2等）。此外，各類機械設備常年在露天作業(yè)，受到自然氣候的影響較大，寒暑交替風雨交加、晝暖夜寒、日曬雨淋等，鋼鐵設備的腐蝕速率要遠高于一般大氣環(huán)境中。

    露天礦山機械是以鋼鐵材料為主，其主要腐蝕形態(tài)仍然是均勻腐蝕。此外還包括磨損腐蝕、電偶腐蝕、縫隙腐蝕和應力腐蝕等多種形態(tài)。總體來看，露天礦山機械是以均勻的電化學腐蝕為主。例如，鉆孔、采裝、運輸機械和鋼軌的非磨損部位，排水系統(tǒng)的外表面等基本上都是均勻的電化學腐蝕。露天礦場內(nèi)的水、土、巖、煤層等都具有一定的腐蝕性，露天采礦機械的主要工作部件都存在嚴重的磨損腐蝕問題。例如，鉆孔機的鉆頭、鉆桿，挖掘機、裝載機、前裝機的鏟斗等設備的磨損腐蝕比較嚴重。為提高露天采礦機械的強度和耐磨性，加工制造時除了選用高強度合金鋼和低合金鋼材外，往往還要進行滲碳滲氮處理。進行滲碳處理的金屬本身，以及合金鋼、低合金鋼與鋼結(jié)構(gòu)之間由于電化學位不同，具備法身電偶腐蝕的條件。在露天礦山的空氣潮濕，雨露霜雪的大氣環(huán)境下，機械設備各部位的微小縫隙內(nèi)，礦巖、泥土等沉積層與金屬表面之間，由于縫隙內(nèi)和周圍在金屬離子濃度、氧濃度等方面的差異，結(jié)果在上述部位能夠引起縫隙腐蝕，腐蝕情況遠較其他部位嚴重。露天礦上的斗桿、動臂、鋼絲繩是重要的受力部件，周期性拉力的存在會使這些部件發(fā)生應力腐蝕，使用一段時間后，往往會因為腐蝕疲勞而造成破裂或者斷裂。

    2. 井下開采設備的環(huán)境特點與設備腐蝕狀況

    煤礦開采作為一種特殊行業(yè)，受到多方面因素的制約，尤其受地下地質(zhì)以及惡劣環(huán)境的影響，與地面生產(chǎn)有很大區(qū)別，特別是井下設備以及材料選擇上的表現(xiàn)尤為明顯。根據(jù)目前我國煤炭工業(yè)的生產(chǎn)水平和礦井設計的要求，大、中型礦井的開采年限一般都要求50年以上，有的甚至超過100年，屬于永久性工程。但是作為礦井主要材料的鋼鐵制品，由于井下相對濕度大，風俗高等惡劣條件的作用，銹蝕情況相當嚴重，日常維護困難。尤其是立井井筒裝備、提升容器以及各種管路，普遍受腐蝕的影響，最嚴重的地區(qū)井筒裝備只有10年就得停產(chǎn)而全面更換，造成大量的經(jīng)濟損失。為了延長井下設備的使用壽命，減少停產(chǎn)維修時間，提高煤炭產(chǎn)量，認真搞好礦山設備特別是井筒裝備的防腐蝕工作具有重要意義。

    煤炭生產(chǎn)建設是地下作業(yè)，井下見不到陽光，又有水，火，瓦斯，地熱，地壓的頂板冒落等災害的威脅。因此，為了保證安全生產(chǎn)，在生產(chǎn)、施工中要注意采取預防措施，同井下突然涌水，煤層自燃火災，瓦斯、煤塵爆炸、瓦斯突出，沖擊地壓，高低溫，泥石流，頂板冒落，塌方等災害作斗爭。同時還要把新鮮空氣送往井下各個工作場所，把水送到采掘工作面，進行通風。防塵。和降溫，改善作業(yè)環(huán)境，及時支護巷道和采煤工作面，防止冒頂事故發(fā)生，搞好瓦斯抽放和個人防護，防止煤塵，巖塵和有害氣體對工人身體健康的危害。這些特點又決定了煤礦工人勞動條件艱苦，經(jīng)常要保持高度警惕，防止意外事故發(fā)生，及時采取預防措施，確保安全生產(chǎn)。因為惡劣的井下環(huán)境，需要經(jīng)常保證新鮮風流送到井下，使得供氧充足，加上井下一些有害氣體和很高的溫度，加速了井下金屬的腐蝕。

    煤礦開采系統(tǒng)的設備多處于井下陰暗、潮濕、含腐蝕性氣體的空氣或酸性礦井水的環(huán)境中，因此，更容易發(fā)生腐蝕。

    礦井中存在著諸多不利的腐蝕環(huán)境，主要包括以下幾方面：

    1）空氣環(huán)境。礦井空氣中常混入可燃性氣體、毒氣和煤塵，如CH4、CO、H2S及SO2等，如果這些有害氣體與水結(jié)合，將會促進金屬腐蝕。在開采作業(yè)過程中所產(chǎn)生的煤塵或巖石的小顆粒，由于其表面積大，活性更高，吸附有害氣體后，也可形成腐蝕性塵埃。由于礦井開采是在地下深處進行，空氣相對濕度很高，大多在95%以上，因此在金屬表面極易形成一層很薄的水膜，另外，由于井下通風的需要，過量的空氣提供了富氧氣氛，這些都為了鋼鐵腐蝕營造了有利的空氣條件。

    2）水環(huán)境。煤礦井下涌水主要來自含水的巖層，因此礦井水的成分很復雜，其中含有各種陰陽離子，再加礦井水的酸堿性，這也為金屬的腐蝕提供了有利的條件。（如圖4-16）

    3）土壤環(huán)境。礦井周圍和井筒上部多為土壤層，長期受到礦井淋水和大氣的污染。土壤中含有可溶性鹽、氯離子、有機酸、氧、微生物以及雜散電流等，都會影響土壤的電導率，從而加速金屬結(jié)構(gòu)的腐蝕。

    煤礦礦井主要分為井筒和巷道兩部分，井筒分為主井、副井、和風井等。煤炭行業(yè)腐蝕的設備主要以井筒裝備腐蝕為主，它包括罐道、罐梁、梯子間、管路、電纜、井底金屬支撐結(jié)構(gòu)，以及托管梁、電纜支架、過卷裝置等。煤礦井筒裝備是礦井井筒提升、排水、采掘、運輸?shù)墓潭ㄤ撹F裝置，是礦井的咽喉部分。它深埋于地層中，含介質(zhì)、水質(zhì)及其變化會對井壁混凝土產(chǎn)生腐蝕破壞。由于復雜的地質(zhì)條件和環(huán)境因素，在服役過程中既承受荷載作用，又經(jīng)受著有害環(huán)境的化學作用。由于力學過程與化學過程的雙重和多重破壞作用，致使大量井壁結(jié)構(gòu)過早失效。

    鑒于井下的特殊環(huán)境，金屬腐蝕問題比較嚴重，（如圖4-17）尤其是立井井筒裝備，提升容器，各種管路普遍受到腐蝕影響，最嚴重的地區(qū)井筒裝備使用只有十年就得停產(chǎn)而全部更換，造成很大的經(jīng)濟損失。井下開采的煤礦一般都需要提升、運輸、通風、排水、供電、供水、供氣、通信、照明、采煤、掘進等系統(tǒng)，以保證安全生產(chǎn)和持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，這些系統(tǒng)也受到不同程度的腐蝕。

    我國煤礦由于金屬腐蝕每年造成的經(jīng)濟損失約為每噸1元錢和1kg鋼鐵材料，約占煤炭總產(chǎn)值的百分之四。據(jù)專家們估計，煤炭系統(tǒng)每年因腐蝕造成的損失超過10億元。而煤炭行業(yè)所用的水泥等非金屬材料也會受到嚴重的腐蝕。以生產(chǎn)礦用炸藥的化工廠為例，硝酸銨水解產(chǎn)生的硝酸和銨離子會嚴重腐蝕鋼鐵、水泥構(gòu)筑物，惡化工作環(huán)境，影響工人健康。可見，防腐蝕問題是煤炭行業(yè)一項極為艱巨的任務。（煤炭行業(yè)原材料化工以及深加工不在本次調(diào)查范圍，在此不做詳述。）

    在煤礦的井筒里和井下，金屬材料發(fā)生的主要是電化學腐蝕，是礦山機械構(gòu)件腐蝕破壞的主要形式。在煤礦井下的有害氣體中，二氧化硫影響特別大，二氧化硫易溶于水，與水作用成為亞硫酸。因此，煤礦井下空氣中的二氧化硫會加速金屬的大氣腐蝕，特別是對于鋼鐵構(gòu)件，他們不耐酸，耐蝕較為嚴重。大氣腐蝕在煤礦井下基本上有兩種類型，一種是過濕大氣腐蝕，一種潮濕大氣腐蝕。在煤礦井筒的中、上部和井巷中金屬表面形成的水膜較薄，氧的去極化作用不受阻礙，因此，金屬的腐蝕速度最快。

    3.洗選煤生產(chǎn)的環(huán)境特點與設備腐蝕狀況

    洗煤廠以水為介質(zhì)，利用篩選、浮選、重力和重介質(zhì)等方法和設備將動力煤或煉焦煤加以洗選，從而降低了煤炭中的灰分，提高煤炭產(chǎn)品質(zhì)量，以供電廠和鋼廠等工業(yè)部門使用。（工藝流程如圖4-18）洗煤廠的主要工序均是處理煤、水和氣三種介質(zhì)，設備之間有不同程度的相對運動，因此，洗煤廠的設備受到腐蝕和磨損的交替作用。即使像破碎和原煤分篩這樣干作業(yè)的地方也并非完全只收到?jīng)_擊和干磨損，因為灑水降塵作業(yè)和礦井淋水所帶來的水分雖未成連續(xù)相，但可以潤濕機器表面。因此可以說，洗煤廠的大部分環(huán)節(jié)都受到腐蝕和磨損的交替作用。

    洗煤廠排出的矸石中常含有黃鐵礦，在潮濕環(huán)境中硫易被氧化，所生成的二氧化硫溶于水生成亞硫酸造成酸性環(huán)境。此外，由于裝卸、粉碎和篩分等作業(yè)，使洗煤廠的煤塵濃度較高。煤塵表面積較大，活性較高，當吸附的二氧化硫沉淀下來時，同樣會造成酸性環(huán)境。洗煤廠苛刻的環(huán)境加劇了設備的腐蝕狀況。

    洗選煤的主要工序是處理煤和水的兩相介質(zhì)，有著不同程度的相對運動，包含電解質(zhì)、溶解氧、水、磨損作用等，是一個極其苛刻的腐蝕環(huán)境。洗選時洗煤廠廠房的腐蝕是造成損失和安全隱患的主要部分。對于洗煤廠廠房來說，廠房鋼結(jié)構(gòu)腐蝕不可小覷。例如某洗煤廠廠房鋼結(jié)構(gòu)件的服役環(huán)境初步調(diào)研結(jié)果如下：

    1）溫度：常溫作業(yè)，基本和外界溫度保持一致。

    2）濕度：80％左右，屬于高濕環(huán)境。

    3）洗煤水的pH值：7.5左右，屬于弱堿性環(huán)境。

    4）洗煤水水質(zhì)含鹽量：含有大量的腐蝕性陰離子如：Cl-、SO42-、NO3-、CO32-和F-等，以及強氧化性的陽離子如Cu2+、Fe3+、Cr3+和Hg2+等。

    洗煤廠工作環(huán)境惡劣、介質(zhì)類型復雜，因而發(fā)生的腐蝕類型也各不相同，洗煤廠的腐蝕包括均勻腐蝕、應力腐蝕、縫隙腐蝕等多種腐蝕類型，腐蝕狀況非常嚴重，多處廠房設施要進行較大的維修改造以及嚴格涂裝的工作。

    洗煤廠的煤、水、氣三種介質(zhì)決定洗煤設備的失效與干磨損不同，由于有水介質(zhì)的存在，在腐蝕與磨蝕的聯(lián)合作用下鋼鐵材料的腐蝕非常嚴重。

    隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，人們從實踐中逐步認識到礦山腐蝕的嚴重性和防腐工作的重要性。從70年代末期開始，煤炭系統(tǒng)開始重視礦山設備的防腐工作，逐步采取了一系列措施，加強科研攻關和新技術的推廣應用，制定、頒發(fā)了《煤礦立井井筒裝備防腐蝕技術規(guī)范》，取得了顯著成績。幾十年來，煤炭系統(tǒng)先后有“酸洗、鈍化表面處理工藝”、“干濕兩用防銹漆”和“ZM系列增摩型鋼絲繩防銹脂”等3項防腐成果獲國家發(fā)明獎；有多項課題獲煤炭部科技進步獎。但由于中國地域廣闊，煤炭資源分布廣泛，煤礦數(shù)量眾多，其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)小企業(yè)數(shù)量多等特點，煤炭生產(chǎn)加工過程中的腐蝕問題依然嚴峻，防止腐蝕的措施的研究、推廣及應用依然是重中之重。

    4.2.1.4煤炭生產(chǎn)行業(yè)腐蝕特征

    我國煤炭生產(chǎn)主要是地下開采，地下煤礦數(shù)量約占98%。煤礦井下相對濕度高，井下水酸、堿、鹽等含量大，以及有害氣體在水中的溶解為電化學腐蝕過程提供了導電性良好的介質(zhì)。由于工作需要，井下通風量大，供氧充分，為陰極反應的進行提供了有利條件。煤炭開采過程中頻繁的磨擦磨損也大大加速了金屬構(gòu)件的腐蝕進程。我國部分礦井腐蝕調(diào)查和實驗室模擬試驗結(jié)果表明，鋼鐵在井下的單側(cè)年平均腐蝕深度為0.2~1.2毫米，為海洋環(huán)境中鋼鐵腐蝕程度的2~3倍。

    從腐蝕環(huán)境特征分析，煤炭行業(yè)腐蝕主要分為空氣腐蝕和礦井水的腐蝕。由于井下空氣中含有的一氧化碳、二氧化碳、甲烷、二氧化硫和硫化氫等氣體具有較高的濕度和溫度，材料遭到的腐蝕比“城市大氣”還要嚴重。研究表明，當空氣中的相對濕度高于60%時，由于毛細管凝結(jié)和吸附等作用，水蒸氣會在金屬表面形成水膜。二氧化硫等氣體的溶入不但增加了液膜的導電性能，而且由于溶液呈酸性更加速了腐蝕。由于二氧化硫和氧的共同作用使鐵轉(zhuǎn)變成易溶的FeSO4，后者進一步氧化并水解為硫酸，再與鐵反應，從而加速了腐蝕反應的進行。

    由于煤礦當?shù)貛r層的地質(zhì)年代、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石性質(zhì)、各種煤系伴生礦物成分、所在地區(qū)的環(huán)境條件不同，全國煤礦礦井水水質(zhì)區(qū)別很大。西南和南方部分煤礦由于煤層含硫量為2％~9％，其礦井水大都為酸性礦井水（pH<5.5），而北方煤礦的礦井水一般中性或弱堿性，但少部分礦區(qū)由于煤層含硫量較高（例如烏達、銅川、棗莊、淄博、義馬等），其礦井水也呈酸性。我國煤礦礦井水實際上大多呈中性或弱堿性，煤炭設備在該種環(huán)境下的腐蝕多為氧去極化腐蝕。此外，高礦化度礦井水中Ca2+、Mg2+、SO42-、HCO3-等在金屬設備表面吸附形成水垢，造成了該部分鋼鐵基體電解質(zhì)溶液處于相對封閉的環(huán)境（閉塞區(qū)）中，在中性或堿性環(huán)境下，氧去極化腐蝕的陰極過程對氧氣不斷消耗，造成垢下鋼鐵基體表面電解質(zhì)溶液中氧含量較低，形成了“氧濃差電池”加快垢下區(qū)域鋼鐵材料腐蝕速度。

    由于潮濕，電解質(zhì)豐富等特殊環(huán)境特點，造成礦井設備，露天開采設備以及洗選設備具有不同的腐蝕特點。

    煤礦礦井主要分為井筒和巷道兩部分，井筒分為主井、副井、和風井等。煤炭行業(yè)腐蝕的設備主要以井筒裝備腐蝕為主，它包括罐道、罐梁、梯子間、管路、電纜、井底金屬支撐結(jié)構(gòu)，以及托管梁、電纜支架、過卷裝置等。煤礦井筒裝備是礦井井筒提升、排水、采掘、運輸?shù)墓潭ㄤ撹F裝置，是礦井的咽喉部分。它深埋于地層中，含介質(zhì)、水質(zhì)及其變化會對井壁混凝土產(chǎn)生腐蝕破壞。由于復雜的地質(zhì)條件和環(huán)境因素，在服役過程中既承受荷載作用，又經(jīng)受著有害環(huán)境的化學作用。由于力學過程與化學過程的雙重和多重破壞作用，致使大量井壁結(jié)構(gòu)過早失效。究其原因是由于力學作用誘發(fā)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的力學損傷，而環(huán)境化學作用則進一步誘發(fā)材料化學演變，加速金屬構(gòu)件的腐蝕失效。目前我國煤礦井筒裝備使用壽命平均為15年左右，腐蝕嚴重的地區(qū)還不到十年。據(jù)此推算，我國煤炭系統(tǒng)井筒裝備因腐蝕而消耗的鋼材約達4.5萬噸左右，相當于新建年產(chǎn)50礦井的鋼材用量。基于結(jié)構(gòu)強度要求，大部分罐道均由普通碳鋼制造，罐籠采用鋁制構(gòu)件或鋼、鋁混合結(jié)構(gòu)。

    煤炭的洗選設備主要包括廠房大梁、離心機、皮帶支架、中煤篩、煤矸石支架、絞車，以及各類溜槽、煤倉、安全跨線橋和反射爐煙筒等。洗選煤的主要工序是處理煤和水的兩相介質(zhì)，有著不同程度的相對運動，包含電解質(zhì)、溶解氧、水、磨損作用等，是一個極其苛刻的腐蝕環(huán)境。

    洗選時洗煤廠廠房的腐蝕是造成損失和安全隱患的主要部分。該洗煤廠廠房鋼結(jié)構(gòu)腐蝕嚴重（如圖4-19），不可小覷。

    螺栓緊固件部位腐蝕程度分級為非常嚴重，鋼結(jié)構(gòu)整體分級為嚴重；從調(diào)查的某洗選廠桁架鋼結(jié)構(gòu)的整體狀態(tài)來看，腐蝕最嚴重、隱患最大的當屬單螺栓緊固件（如圖4-20）。

    焊接過程由于是一個不均勻的加熱和冷卻的過程，這種過程必然會造成熱影響區(qū)組織和性能的不均勻性。也正是這種組織和性能的不均勻性更加容易造成鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕；從圖4-21可以看出：桁架鋼結(jié)構(gòu)焊縫腐蝕程度分級為嚴重，腐蝕嚴重，腐蝕部位主要集中在焊縫上和焊縫周圍的應力集中區(qū)域。底層銹層呈黑色，表層銹層呈紅褐色。

    從圖4-22可以看出：桁架支撐梁腐蝕程度分級為嚴重，腐蝕主要集中在工字梁水平方向容易積水處和邊緣部分，腐蝕產(chǎn)物起層，銹層厚度超過3mm，部分銹層已剝離。

    洗煤廠洗選設備運轉(zhuǎn)時，工作期間溫度比檢修期間，空氣溫度平均升高約10℃左右。統(tǒng)計結(jié)果表明，在其它條件相同時，氣溫越高，腐蝕速度一般也較大。氣溫劇烈變化也影響大氣腐蝕。例如工作期間和停車檢修之間有溫度變化，當停車檢修期間溫度下降，由于金屬表面溫度低于空氣溫度，使大氣中水蒸汽結(jié)露凝結(jié)在金屬表面上，這樣就加速了腐蝕。調(diào)查報告顯示，停車檢修期間的3~5個小時內(nèi)，設備表面煤粉要水洗去除，長時間的水洗使車間內(nèi)空氣濕度上升。一般講空氣中濕度越大，金屬表面結(jié)露越容易，表面上的電解液膜存在的時間也越長，腐蝕速度也相應增加。各種金屬都有一個腐蝕速度開始急劇增加的濕度范圍，使金屬大氣腐蝕速度開始急劇增加的大氣相對濕度稱為臨界濕度。鋼鐵的臨界濕度約在50%～70%之間。當相對濕度達60%以上時，鋼的腐蝕量就急劇上升；而小于60%時腐蝕量很小。而此洗選廠的濕度基本上都保持在60%以上，有的甚至超過了100%，所以，水對腐蝕進程的促進作用是巨大的。器械工作廢氣排出的硫化物、氮化物、CO、CO2等，也有來自蕩起的煤粉塵以及其它固體顆粒，對金屬大氣腐蝕影響較大。另外，空氣中通常稱為灰塵的固體微粒雜質(zhì)也能加速腐蝕。

    4.2.1.5防腐蝕的措施及分類

    煤礦設備腐蝕控制技術主要包括有機涂料防護、金屬鍍層、電化學陰極保護技術、重防腐復合涂層和玻璃鋼復合材料等。

    1.涂料防護。涂料防護是應用最早，施工最簡單的防腐蝕方法，目前仍是國內(nèi)外最主要的防腐形式。為了達到長效防護的目的，防護涂料的選擇必須符合以下條件：①在鋼鐵表面有良好的附著力；②涂層有良好的物理機械性能；③防滲透性好；④對腐蝕性介質(zhì)有良好的穩(wěn)定性；⑤施工性能好，經(jīng)濟合理。在礦山井下應用效果較好的防腐涂料品種主要有富鋅底漆，環(huán)氧瀝青系列防腐涂料、氯化橡膠系列防腐涂料。涂料防護需要嚴格按照標準規(guī)范施工，在涂裝前的需對基材進行表面處理，施工完成后應檢測涂膜厚度保證達到規(guī)定的厚度。