FeS在煤气生产行业的危害

2011-02-07上海浦东煤气制气有限公司杨春风

上海煤气 2011年3期

上海浦东煤气制气有限公司杨春风

0 前言

煤气生产企业是易燃易爆的企业，由物质自燃引发的火灾和爆炸事故时有耳闻。物质自燃过程往往处于隐蔽状态，不易被人察觉，事故的发生也很难预料。绝大多数自燃事故发生在生产装置停工检修过程中，而引发自燃的物质中FeS比较常见且往往容易被人忽视。其实，FeS的自燃事故在石油化工行业比较突出。

煤气生产原料大多以煤炭、焦炭、石脑油、天然气等作为原料，根据原料含硫量以及生产方式的不同，直接影响到了过程煤气中 H2S、SO2等杂质的含量。在煤气的生产、输送、净化等环节中，部分硫元素与金属作用引起设备的腐蚀，并形成FeS附于表面。而在检修过程中，FeS遇氧气后易氧化并释放热量，从而引发事故。

案例1：2010年12月9日，某煤气生产企业脱硫塔在检修过程中发生自燃，所幸发现及时，未酿成大祸。后经分析，该脱硫塔内装有木格填料，且木格上附有硫磺等残物，并与其它铁质形成FeS。由于检修过程中上、下倒门打开通风，使FeS氧化放热，热量积聚，点燃木格填料，引发火灾。从发现塔顶冒烟到着火仅十分钟左右，十分迅速。

案例2：2001年5月2日，某石化厂催化车间进行检修期间，分馏系统吹扫完毕，设备打开放空。第二天 14:00，发现分馏塔顶油气分离器人孔冒出浓烟，紧接着发生闪爆事故，并伴有刺激性气味放出，判断是SO2气体，车间人员立即向此罐内打水冷却，制止了事态的发展，未引起大的损失。

案例3：2003年9月，某烷基苯厂烷一车间在大修中准备更换C-405填料塔塔内件和填料，经退油、加盲板后，于9月13日开始至9月16日进行了蒸汽吹扫，9月17日15:00打开塔的人孔通风，准备交出施工时，塔内FeS遇空气发生自燃引起火灾，约 22:00，现场值班人员发现塔中部发红，意识到塔内着火，立即报警扑救。23:00尚在扑救过程中的塔中部被烧软断裂，上半部分斜倒下落在装置的空地上。

FeS为日常生产和检修过程带来很大的安全隐患，特别是装置检修过程中的FeS自燃事故发生率较高，所以如何避免和正确处理FeS自燃，对安全生产是十分重要的。

1 FeS的形成机理和性质

1.1 硫的存在形式

硫大致分为活性硫和非活性硫两大类。活性硫包括单质硫(S)、硫化氢(H2S)、硫醇(RSH)，可与金属直接反应生成金属硫化物。非活性硫包括硫醚、噻吩、多硫化物等，其虽然不能直接与铁反应，但是受热后能分解成活性硫。

1.2 FeS的形成机理

在200 ℃以上H2S可与铁直接反应生成FeS，这是一种电化学腐蚀过程：

阳极反应：Fe →Fe2++2e

阴极反应：2H++2e→H2

在350~400 ℃下，单质硫很容易直接与铁反应生成FeS，均匀地附在设备或管道内壁。

Fe＋S= FeS↓

另外，装置由于长期停工，设备长时期暴露在空气中，会造成大气腐蚀，生成铁锈，铁锈较易与H2S生成FeS。

在工艺设备或管道内，只要有硫存在，必然会产生FeS，只是受温度、流速、介质硫含量、空气中暴露时间等因素的影响，FeS的含量不同。

1.3 FeS性质

FeS为深棕色或黑色固体，成块状、条状或粉状，不溶于水，溶于酸时产生硫化氢，密度：4.74 g/cm3，熔点：1 193 ℃。

2 FeS氧化放热机理和影响因素

2.1 FeS氧化放热机理

FeS和铁的其它硫化物易在空气中氧化放热，尤其是在受热和光照的条件下会发生下列反应：

2.2 FeS氧化反应影响因素

为了了解FeS氧化反应速度的影响因素，查阅相关资料，总结主要影响因素有三个，分别是：水份、空气流量以及FeS的粒度。FeS越潮湿、空气流量越大、粒度越小，则越容易氧化。

3 FeS自燃

FeS氧化会产生SO2，并释放热量，随着局部温度的上升，加快周围FeS的氧化反应速度，形成连锁反应。当周围有其它可燃物存在时，会冒出浓烟，并引发火灾或爆炸。在煤气生产企业中，塔体设备或管道中可能存在多种可燃物质如：焦油、木料、环氧树脂、硫磺以及焦粉、煤粉、油垢和其它煤气残留物等，其中燃点较低的仅为200 ℃左右。

对于介质中硫含量较低的设备或管道，在打开时也会遇到自燃现象，其原因是微细的FeS腐蚀产物在在某些区域会发生沉积。特别是填料塔，它有高效的过滤功能，上游的FeS很容易被拦截下来，长期运行的填料塔，塔内会集聚一定量的FeS，检修时FeS遇氧会氧化放热，局部温度升高，加速周围FeS氧化，形成连锁反应。