煤气管道设施结垢和腐蚀产物分析方法的研究

孙利龙

（首钢京唐公司能环部，河北唐山 063200）

前言

钢厂煤气主要分为焦炉、转炉、高炉及混合煤气。各类煤气由于产生机理不同，组成也不尽相同，主要用作钢铁厂燃料和化工原料。煤气设施包括煤气管道、除尘过滤器、加压机、燃烧喷嘴等。煤气在经过煤气设施时，由于腐蚀、沉积、反应、燃烧不充分等原因会造成结垢和腐蚀现象，而结垢和腐蚀会导致煤气设施堵塞、效率降低、设备停机等，使得煤气利用效率大大降低，且会造成安全隐患。因此研究煤气设施结垢和腐蚀产物的成分，对结垢和腐蚀产物形成的原因进行分析，便于制定措施避免结垢或腐蚀。通过实验方法定量地分析出结垢和腐蚀产物的组成成分，对煤气系统的日常稳定安全运行有重要的指导意义。煤气管道设施结垢和腐蚀产物中存在一定量的有机物和无机物，而工业循环冷却水污垢和腐蚀产物分析方法对污垢和腐蚀产物中的有机物和无机物给出了明确的分析定量方法，因此可以参考HG/T3530-HG/T3536工业循环冷却水污垢和腐蚀产物分析方法，提出针对钢厂煤气管道及设施结垢和腐蚀产物分析方法。

1 煤气管道设施垢样及腐蚀产物成分

在进行垢样分析时，首先要初步判定可能存在的物质，然后再依据可能存在的组分展开分析。一般来讲，垢样的成分主要由三部分组成：①煤气中的原有成分，其中包括氧气、氮气、二氧化碳及氢气、一氧化碳、甲烷等可燃气体，根据产生工艺不同还可能包括氨气、硫化氢、焦油和尘、萘、苯和苯的同系物等物质；②管道及设施材质，一般为铁；③煤气工艺过程中添加的物料，要结合所取垢样的位置所涉及的工艺流程和所添加到物料进行初步判定。

2 煤气管道设施结垢和腐蚀产物分析方法

2.1 取样

取样方法可参照HG/T3530《工业循环冷却水污垢和腐蚀产物试样的调查、采取和制备》，采集到的样品必须具有代表性和均匀性，采集完的试样要经过干燥和研磨，然后采用四分法采集。

2.2 物理性质分析

通过垢样的外观、气味、是否有磁性、状态等现象进行初步判定。外观黑色可能是碳或四氧化三铁，然后找吸铁石试，能吸上来可能是铁或四氧化三铁，其余的化合物均没有磁性。刺激性气味有可能存在萘、苯或焦油等有机物。

2.3 灼烧损失

参照HG/T3533《工业循环冷却水污垢和腐蚀产物中灼烧失重测定方法》，取0.5 g 已处理好的样品放入马弗炉中550℃进行灼烧，然后计算灼烧损失，此部分为有机物。然后再950℃灼烧，主要是二氧化碳。注意：灼烧失重是各种化学反应增加或减少的代数和。剩余产物可以拿吸铁石试一下，大部分能吸上来，可能就是四氧化三铁。

2.4 水溶性实验

取0.5 g 样品加入50 ml 去离子水搅拌溶解，测定溶液pH 值，可在电热板上适当加热加速溶解。过滤计算不溶物的量，滤液备用。如样品大部分溶解可直接对滤液进行进一步分析。如大部分不溶则需进行酸溶解性实验。

2.5 酸溶性实验

采用盐酸（或硝酸）进行酸溶解性实验，酸可溶解大部分无机物，溶解过滤的产物可用于无机物的检测。酸溶解时观察是否有气泡，气泡可能是铁或硫化铁与酸反应生成的氢气或硫化氢，如还有刺激性气味，则很可能是硫化氢气体。没有气泡则可能是铁的氧化物。但不能用硝酸，硝酸分解产生一氧化氮气泡，影响对实验现象的判定。

2.6 无机物的检测

将水溶性实验滤液或酸溶性实验滤液可通过滴定分析、离子色谱分析、原子吸收、分光光度法对滤液中的各类无机物进行定量分析。

2.7 有机物的检测

按照GB/T12208人工煤气组分和杂质含量测定方法，用30 ml 二甲苯对0.1 g 样品进行溶解过滤后然后对滤液进行色谱分析确定萘含量，进行紫外分光光度法分析确定焦油含量。如有较多不溶解物，但550℃灼烧损失较多，则考虑可能是碳。

3 实例分析

选取某一焦炉煤气管道结垢和腐蚀产物进行实例分析。分析过程如下：

3.1 物理性质分析

将研磨好的样品外观进行初步判断,用吸铁石吸样品，吸铁石能够吸的上来(如图1 所示）,则表明样品中可能含有铁或铁的氧化物。

图1 样品磁性判定图

3.2 灼烧损失

称取0.5 g 试样于灰皿中，放入马弗炉中550℃下灼烧1 h，取出放入干燥器中，冷却至室温称重；然后再放入马弗炉中升温至950℃灼烧1 h，冷却称重。分别计算550℃和950℃的灼烧损失。

3.3 水溶性实验

取0.5 g 试样置于烧杯中，在烧杯中加入30 ml除盐水，将烧杯置于电热板上加热，样品大部分不溶解（如图2 所示）。样品绝大部分不溶于水，则需对样品进行酸溶性实验。

图2 水溶解性实验

3.4 酸溶性实验

取0.5 g 样品置于烧杯中，在烧杯中加入30 ml（1+1）盐酸，将烧杯置于电热板上加热，样品溶解，溶解过程中有气泡产生，但没有刺激性气味（如图3所示）。对溶液进行过滤，将滤纸烘干称重，计算酸不溶质量。滤液用去离子水定容到500 ml 备用（如图4所示）。滤液显淡黄色，怀疑铁含量较高。

图3 酸溶解性实验

图4 样品定容

3.5 无机物分析

通过3.1 和3.4 的分析，依据实验现象估计样品中含有铁，但具体是单质铁还是铁的化合物无法进行确定，因此只能用分光度法对定容好的溶液进行二价铁和总铁分析，用离子色谱对溶液进行阴离子（如图5所示）、阳离子分析（如图6所示）。

3.6 有机物分析

取0.1 g 样品用30 ml 二甲苯进行溶解过滤，然后对滤液进行色谱分析确定萘含量（如图7 所示），紫外分光光度法分析确定焦油含量。

3.7 分析结果

结果以质量百分比表示，最终结果见表1。

4 注意事项

（1）注意观察整个实验过程中的气味、颜色、磁性、有无气泡产生等实验现象的变化，有助于我们更好地进行针对性分析。

图5 阴离子色谱分析图

图6 阳离子色谱分析图

图7 萘含量分析色谱图

表1 焦炉煤气管道结垢和腐蚀产物检测结果

（2）由于笔者所在实验室条件限制，分析组分不完全。

（3）在进行焦油和萘定量分析时，用二甲苯溶解试样时，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，因此会导致焦油和萘化验结果偏低。

（4）分析结果中的单一离子的组成可能是由多种不同形态的混合物形成的。例如铁，分析的结果是总铁或二价铁的含量，而样品中铁的组成可能是单质铁、氧化亚铁、三氧化二铁、四氧化三铁等不同铁形态的混合物。

5 结论

以HG/T3530-HG/T3536 工业循环冷却水污垢和腐蚀产物分析方法为基础，同时结合煤气特点提出针对钢厂煤气管道及设施结垢和腐蚀产物分析方法。并分别采用不同的分析方法对样品中的无机物和有机物进行定量分析，对研究结垢和腐蚀产物形成的原因具有一定的指导意义。