煤氣管道設(shè)施結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法的研究

孫利龍

（首鋼京唐公司能環(huán)部，河北唐山 063200）

前言

鋼廠煤氣主要分為焦?fàn)t、轉(zhuǎn)爐、高爐及混合煤氣。各類煤氣由于產(chǎn)生機(jī)理不同，組成也不盡相同，主要用作鋼鐵廠燃料和化工原料。煤氣設(shè)施包括煤氣管道、除塵過(guò)濾器、加壓機(jī)、燃燒噴嘴等。煤氣在經(jīng)過(guò)煤氣設(shè)施時(shí)，由于腐蝕、沉積、反應(yīng)、燃燒不充分等原因會(huì)造成結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象，而結(jié)垢和腐蝕會(huì)導(dǎo)致煤氣設(shè)施堵塞、效率降低、設(shè)備停機(jī)等，使得煤氣利用效率大大降低，且會(huì)造成安全隱患。因此研究煤氣設(shè)施結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物的成分，對(duì)結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物形成的原因進(jìn)行分析，便于制定措施避免結(jié)垢或腐蝕。通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法定量地分析出結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物的組成成分，對(duì)煤氣系統(tǒng)的日常穩(wěn)定安全運(yùn)行有重要的指導(dǎo)意義。煤氣管道設(shè)施結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物中存在一定量的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，而工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法對(duì)污垢和腐蝕產(chǎn)物中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物給出了明確的分析定量方法，因此可以參考HG/T3530-HG/T3536工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法，提出針對(duì)鋼廠煤氣管道及設(shè)施結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法。

1 煤氣管道設(shè)施垢樣及腐蝕產(chǎn)物成分

在進(jìn)行垢樣分析時(shí)，首先要初步判定可能存在的物質(zhì)，然后再依據(jù)可能存在的組分展開(kāi)分析。一般來(lái)講，垢樣的成分主要由三部分組成：①煤氣中的原有成分，其中包括氧氣、氮?dú)?、二氧化碳及氫氣、一氧化碳、甲烷等可燃?xì)怏w，根據(jù)產(chǎn)生工藝不同還可能包括氨氣、硫化氫、焦油和塵、萘、苯和苯的同系物等物質(zhì)；②管道及設(shè)施材質(zhì)，一般為鐵；③煤氣工藝過(guò)程中添加的物料，要結(jié)合所取垢樣的位置所涉及的工藝流程和所添加到物料進(jìn)行初步判定。

2 煤氣管道設(shè)施結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法

2.1 取樣

取樣方法可參照HG/T3530《工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物試樣的調(diào)查、采取和制備》，采集到的樣品必須具有代表性和均勻性，采集完的試樣要經(jīng)過(guò)干燥和研磨，然后采用四分法采集。

2.2 物理性質(zhì)分析

通過(guò)垢樣的外觀、氣味、是否有磁性、狀態(tài)等現(xiàn)象進(jìn)行初步判定。外觀黑色可能是碳或四氧化三鐵，然后找吸鐵石試，能吸上來(lái)可能是鐵或四氧化三鐵，其余的化合物均沒(méi)有磁性。刺激性氣味有可能存在萘、苯或焦油等有機(jī)物。

2.3 灼燒損失

參照HG/T3533《工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物中灼燒失重測(cè)定方法》，取0.5 g 已處理好的樣品放入馬弗爐中550℃進(jìn)行灼燒，然后計(jì)算灼燒損失，此部分為有機(jī)物。然后再950℃灼燒，主要是二氧化碳。注意：灼燒失重是各種化學(xué)反應(yīng)增加或減少的代數(shù)和。剩余產(chǎn)物可以拿吸鐵石試一下，大部分能吸上來(lái)，可能就是四氧化三鐵。

2.4 水溶性實(shí)驗(yàn)

取0.5 g 樣品加入50 ml 去離子水?dāng)嚢枞芙猓瑴y(cè)定溶液pH 值，可在電熱板上適當(dāng)加熱加速溶解。過(guò)濾計(jì)算不溶物的量，濾液備用。如樣品大部分溶解可直接對(duì)濾液進(jìn)行進(jìn)一步分析。如大部分不溶則需進(jìn)行酸溶解性實(shí)驗(yàn)。

2.5 酸溶性實(shí)驗(yàn)

采用鹽酸（或硝酸）進(jìn)行酸溶解性實(shí)驗(yàn)，酸可溶解大部分無(wú)機(jī)物，溶解過(guò)濾的產(chǎn)物可用于無(wú)機(jī)物的檢測(cè)。酸溶解時(shí)觀察是否有氣泡，氣泡可能是鐵或硫化鐵與酸反應(yīng)生成的氫氣或硫化氫，如還有刺激性氣味，則很可能是硫化氫氣體。沒(méi)有氣泡則可能是鐵的氧化物。但不能用硝酸，硝酸分解產(chǎn)生一氧化氮?dú)馀?，影響?duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的判定。

2.6 無(wú)機(jī)物的檢測(cè)

將水溶性實(shí)驗(yàn)濾液或酸溶性實(shí)驗(yàn)濾液可通過(guò)滴定分析、離子色譜分析、原子吸收、分光光度法對(duì)濾液中的各類無(wú)機(jī)物進(jìn)行定量分析。

2.7 有機(jī)物的檢測(cè)

按照GB/T12208人工煤氣組分和雜質(zhì)含量測(cè)定方法，用30 ml 二甲苯對(duì)0.1 g 樣品進(jìn)行溶解過(guò)濾后然后對(duì)濾液進(jìn)行色譜分析確定萘含量，進(jìn)行紫外分光光度法分析確定焦油含量。如有較多不溶解物，但550℃灼燒損失較多，則考慮可能是碳。

3 實(shí)例分析

選取某一焦?fàn)t煤氣管道結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)例分析。分析過(guò)程如下：

3.1 物理性質(zhì)分析

將研磨好的樣品外觀進(jìn)行初步判斷,用吸鐵石吸樣品，吸鐵石能夠吸的上來(lái)(如圖1 所示）,則表明樣品中可能含有鐵或鐵的氧化物。

圖1 樣品磁性判定圖

3.2 灼燒損失

稱取0.5 g 試樣于灰皿中，放入馬弗爐中550℃下灼燒1 h，取出放入干燥器中，冷卻至室溫稱重；然后再放入馬弗爐中升溫至950℃灼燒1 h，冷卻稱重。分別計(jì)算550℃和950℃的灼燒損失。

3.3 水溶性實(shí)驗(yàn)

取0.5 g 試樣置于燒杯中，在燒杯中加入30 ml除鹽水，將燒杯置于電熱板上加熱，樣品大部分不溶解（如圖2 所示）。樣品絕大部分不溶于水，則需對(duì)樣品進(jìn)行酸溶性實(shí)驗(yàn)。

圖2 水溶解性實(shí)驗(yàn)

3.4 酸溶性實(shí)驗(yàn)

取0.5 g 樣品置于燒杯中，在燒杯中加入30 ml（1+1）鹽酸，將燒杯置于電熱板上加熱，樣品溶解，溶解過(guò)程中有氣泡產(chǎn)生，但沒(méi)有刺激性氣味（如圖3所示）。對(duì)溶液進(jìn)行過(guò)濾，將濾紙烘干稱重，計(jì)算酸不溶質(zhì)量。濾液用去離子水定容到500 ml 備用（如圖4所示）。濾液顯淡黃色，懷疑鐵含量較高。

圖3 酸溶解性實(shí)驗(yàn)

圖4 樣品定容

3.5 無(wú)機(jī)物分析

通過(guò)3.1 和3.4 的分析，依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象估計(jì)樣品中含有鐵，但具體是單質(zhì)鐵還是鐵的化合物無(wú)法進(jìn)行確定，因此只能用分光度法對(duì)定容好的溶液進(jìn)行二價(jià)鐵和總鐵分析，用離子色譜對(duì)溶液進(jìn)行陰離子（如圖5所示）、陽(yáng)離子分析（如圖6所示）。

3.6 有機(jī)物分析

取0.1 g 樣品用30 ml 二甲苯進(jìn)行溶解過(guò)濾，然后對(duì)濾液進(jìn)行色譜分析確定萘含量（如圖7 所示），紫外分光光度法分析確定焦油含量。

3.7 分析結(jié)果

結(jié)果以質(zhì)量百分比表示，最終結(jié)果見(jiàn)表1。

4 注意事項(xiàng)

（1）注意觀察整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的氣味、顏色、磁性、有無(wú)氣泡產(chǎn)生等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化，有助于我們更好地進(jìn)行針對(duì)性分析。

圖5 陰離子色譜分析圖

圖6 陽(yáng)離子色譜分析圖

圖7 萘含量分析色譜圖

表1 焦?fàn)t煤氣管道結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物檢測(cè)結(jié)果

（2）由于筆者所在實(shí)驗(yàn)室條件限制，分析組分不完全。

（3）在進(jìn)行焦油和萘定量分析時(shí)，用二甲苯溶解試樣時(shí)，由于焦油和萘可能存在于不同形式的化合物中，造成溶解不充分，因此會(huì)導(dǎo)致焦油和萘化驗(yàn)結(jié)果偏低。

（4）分析結(jié)果中的單一離子的組成可能是由多種不同形態(tài)的混合物形成的。例如鐵，分析的結(jié)果是總鐵或二價(jià)鐵的含量，而樣品中鐵的組成可能是單質(zhì)鐵、氧化亞鐵、三氧化二鐵、四氧化三鐵等不同鐵形態(tài)的混合物。

5 結(jié)論

以HG/T3530-HG/T3536 工業(yè)循環(huán)冷卻水污垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法為基礎(chǔ)，同時(shí)結(jié)合煤氣特點(diǎn)提出針對(duì)鋼廠煤氣管道及設(shè)施結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物分析方法。并分別采用不同的分析方法對(duì)樣品中的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物進(jìn)行定量分析，對(duì)研究結(jié)垢和腐蝕產(chǎn)物形成的原因具有一定的指導(dǎo)意義。