一种焦炉煤气加热系统焦炉煤气预热前横管道堵塞物分析及预防堵塞方法与流程

1.本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种焦炉煤气加热系统焦炉煤气预热前横管道堵塞物分析及预防堵塞方法。


背景技术：

2.我国目前焦炉加热特点及方式主要为双联火道，焦炉煤气下喷、复热式焦炉，焦炉供热采用本厂焦炉煤气，这样能够较为方便经济的利用资源。来自于回炉焦炉煤气总管的煤气经煤气横管后过预热器后进入地下室的焦炉煤气主管。煤气预热器前的横管在复热式焦炉加热设备管道中占有重要的位置，要保证煤气量的充足供应，由于焦炉煤气成分的复杂性，焦炉煤气净化处理的难度较大，在焦炉煤气加热供应极容易在煤气横管淤积沉淀物，并伴随着管道腐蚀现象，对焦炉煤气加热系统造成很大的影响，不仅严重影响煤气运输和煤气压力，进而对焦炉加热制度产生巨大不利影响，而且存在着巨大的生产安全隐患。堵塞物的分析与研究是预防煤气横管堵塞的基础，科学有效分析预热前横管道堵塞物对于保证煤气加热管道稳定安全输送煤气，保证焦炉加热制度科学规范，强化焦炉加热安全，保证焦炉稳定安全运行，进而确保冶金焦炭质量，稳定焦炉的产量，均具有重要意义。目前各种文献资料查询显示还没有对此形成较为完备的分析检测方法和预测手段。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种焦炉煤气加热系统焦炉煤气预热前横管道堵塞物分析及预防堵塞方法。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
5.本发明一种焦炉煤气加热系统焦炉煤气预热前横管道堵塞物分析及预防堵塞方法，包括如下步骤，
6.s1，现场实物的勘测
7.包括煤气横管表观现状、堵塞情况、堵塞物在横管内状态、堵塞物在空气中表观现象的变化情况；
8.s2，煤气横管、堵塞物、焦炉煤气的现场取样；
9.s3，对煤气横管、堵塞物、焦炉煤气的现场所取试样制定科学严谨、针对性强且不失全面性的试样分析；
10.s4，结合生产实践，科学、深入分析检测试样的数据，确定堵塞物的成分组成及成分含量，分析研究堵塞物形成的原因；
11.s5，根据堵塞物成分组成及成分含量以及对堵塞物形成的原因的分析研究，制定预防煤气横管堵塞的技术方案。
12.进一步的，所述步骤s3中的取样遵循“地点方位明确、取样布点完整、流程方法科学规范”的原则。
13.进一步的，所述步骤s3中的试样分析包括水分测定、无机物的测定、全硫含量测定、堵塞物中萘含量的测定、腐蚀横管试样的分析。
14.进一步的，所述腐蚀横管试样的分析包括腐蚀横管壁厚测试、腐蚀横管金相结构测试。
15.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
16.本发明的方法为焦炉煤气加热系统焦炉煤气预热前横管道堵塞物分析及预防堵塞方法提供了整套的技术流程和方法，对于科学有效分析预热前横管道堵塞物对于保证煤气加热管道稳定安全输送煤气，保证焦炉加热制度科学规范，强化焦炉加热制度安全实施，均具有重要意义。
附图说明
17.图1为碳钢在h2s—h2o介质中的腐蚀率与暴露时间及温度的关系。
具体实施方式
18.一种焦炉煤气加热系统焦炉煤气预热前横管道堵塞物分析及预防堵塞方法，其目的是解决“在焦炉煤气加热供应极容易在煤气横管淤积沉淀物，并伴随着管道腐蚀现象，对焦炉煤气加热系统造成很大的影响，而且存在着巨大的生产安全隐患”的问题。目前各种文献资料还没有对此形成较为完备的分析检测方法和预测手段。
19.本发明提供了一种焦炉煤气加热系统焦炉煤气预热前横管道堵塞物分析及预防堵塞方法，包括如下步骤，第一步，现场实物的勘测。包括煤气横管表观现状、堵塞情况、堵塞物在横管内状态、堵塞物在空气中表观现象的变化等情况；第二步，煤气横管、堵塞物、焦炉煤气等的现场取样。取样要遵循“地点方位明确、取样布点完整、流程方法科学规范”的原则；第三步，对煤气横管、堵塞物、焦炉煤气等的现场所取试样制定科学严谨、针对性强且不失全面性的试样分析；第四步，结合生产实践，科学、深入分析检测试样的数据，确定堵塞物的成分组成及成分含量，分析研究堵塞物形成的原因；第五步，根据堵塞物成分组成及成分含量以及对堵塞物形成的原因的分析研究，提出预防煤气横管堵塞的技术方案。
20.将通过以下具体实施例详细说明本发明的内容，本领域技术人员应当理解，以下实施例仅用于理解本发明，而不在于限制本发明的内容。
21.实施例：
22.本实施例以焦化企业生产过程中某年八月份发生的一次煤气加热器前煤气横管发生严重堵塞腐蚀情况的一次应用实践。
23.1、现场勘测及取样工作
24.第一步，现场实物的勘测。在八月中下旬发现煤气预热器前的一小段煤气管道横管部分的上部，不时出现小鼓泡，类似蘑菇状。在切割下此段管道时，发现直径为600
㎜
的煤气管道已被堵塞物堵住近2/3。发现从煤气管道清掏出大量黑色并带有粘稠状物质的渣滓。从切割下的煤气管道我们观察发现管道的下部腐蚀的并不是很严重，但是煤气管道的上半部分腐蚀的就非常严重，有的地方已有蚀孔，有些地方腐蚀的已经薄如宣纸，但管道的外部灰色防锈漆较为完好。切割下暴露于空气中的煤气管道中，紧靠管道内壁的腐蚀层外部附着有黄色物质。第二步，现场取样工作。首先对横管不同腐蚀部位切割取样，横管取样以鼓
泡状单位面积最多切割取样、腐蚀最严重区域切割取样和一般腐蚀区域切割取样，分别定为编号f1、f2和f3试样，在现场掏出的堵塞物渣滓中，有比较集中的似黄油状的黄色粘稠物质，并夹有片状及针状的物质，取样定名为d1#试样；同时还发现有比较集中的似焦油粘糊状发亮物质，取样定名为d2#试样；现场送至研究室的堵塞物，定名为d3#试样。根据试样分析在煤气净化工艺的不同节点采取煤气试样分析煤气成分，分别是煤气中萘及焦油的含量。第三步，分别对前述试样研究分析技术方案。
25.2、化验分析过程
26.2.1、水份测定：
27.d1#、d2#、d3#、试样外观肉眼观察水份均较大，检测结果表1。
28.表1堵塞物水分
29.样品d1#d2#d3#水份9.74％10.56％15.74％
30.d1#、d2#试样肉眼观察有机成分较多，水分测定采用甲苯恒沸法，3#试样散状，采用固体水分测定法。d3#试样较d1#、d2#试样水分偏高，是由于105摄氏度烘烤时，部分有机物挥发所致。有测定结果及肉眼观察仍可定性表征堵塞物水分较大。
31.2.2无机物的测定：
32.无机物的测定采用灰份和甲苯不溶物来作为参考指标，其测定结果见表2。
33.表2堵塞物灰分、甲苯不溶物
34.样品d1#d2#3d#灰份41.95％43.03％48.35％甲苯不溶物39.86％54.30％59.27％
35.从测定结果来看，阻塞物中无机物的成分基本上是占到一半。灰份呈红褐色，推断应是铁的氧化物，测定灰份中的铁含量见表3。
36.表3灰分中铁含量
37.样品d1#d2#d3#fe％64％68％78％
38.从表3可以看出铁元素是灰份中主要成分，因此推断堵塞物中无机成分中主要物质应是煤气中的硫化氢、氨气腐蚀管壁而形成的铁腐蚀物。为此测定了样品全硫含量，测定结果见表4。
39.表4堵塞物全硫含量
40.样品d1#d2#d3#全硫％27.6928.2731.44
41.硫化物的来源应是煤气中具有腐蚀性的硫化氢与铁反应可生成的fe
x
s
y
，硫化铁具有多种形态。还有一部分可能是焦油物质中的有机硫，如噻吩、苯并硫茚等。系统中有氧存在，会有硫磺析出。我们在现场观察切割下的煤气管道时发现紧靠管道内壁的腐蚀层外部附着有黄色物质，应该就是硫磺的析出。
42.堵塞物测定甲苯不溶物残渣烘干后观察呈黑色或灰色的颗粒或黑色片状，用肉眼可以看出其中有焦粉及煤粉。焦炉现在采用无烟装炉方式，煤气中的煤粉较之以前会所有
增多。2#、3#的甲苯不溶物为灰色，且甲苯不溶物含量较灰分要高，堵塞物中应存在高温易分解的无机盐类，测定了2#、3#试样的固定铵盐，含量在3～3.5％。证实了现场观察和分析。
43.2.3、堵塞物中萘含量的测定：
44.煤气中的萘易在管道中结晶淤积，因此我们测定了堵塞物中萘含量。测定结果参见表5。
45.表5堵塞物中萘含量
46.样品d1#d2#d3#萘23.40％7.04％8.39％
47.从表5可以看出d1#黄色粘稠状物质主要应是萘的淤积，因此萘含量较高在23％左右。d2#、d3#试样萘含量亦较高。因此堵塞物中有机物的主要成分应是萘和焦油及少量的洗油。
48.2.4、腐蚀横管试样的分析
49.2.4.1腐蚀横管壁厚测试
50.对横管不同腐蚀部位切割取样f1、f2和f3试样进行分析，分别对其进行了壁厚的测试，f1为1.8-2.4mm、f2为1.3mm和f3为3.7mm，设计管道厚度为5mm。
51.2.4.2腐蚀横管金相结构测试
52.2.5、对堵塞物的检测研究确定煤气净化工艺煤气分析
53.根据对堵塞物的检测分析研究堵塞物中有机物的主要成分应是萘和焦油及少量的洗油。其根本原因在于焦炉煤气净化不完全，焦炉煤气中萘、苯及焦油等含量超标，致使煤气纯净度不够，长期运行造成淤积堵塞。根据目前一般焦炉煤气净化工艺流程确定电捕焦油器前及电捕焦油器后焦油含量、脱硫塔前硫化氢、氨含量、饱和器后氨含量、洗苯塔前萘、苯含量、洗苯塔后硫化氢、萘、苯含量的分析项目。分析检测项目方法依照国家检测标准或行业检测标准。具体检测数值见表6。
54.表6各工艺节点煤气相关成分检测分析数值
[0055][0056]
从表6检测数值分析可以看出，电捕焦油器前及电捕焦油器后焦油含量、脱硫塔前硫化氢、氨含量、饱和器后氨含量、洗苯塔前萘、含量、洗苯塔后硫化氢、萘含量均高于行业一般水平，长期的煤气焦油、萘、硫化氢及氨含量超标运转造成煤气纯净度较低，造成煤气
横管的堵塞与腐蚀。
[0057]
3、堵塞物腐蚀管壁理论分析
[0058]
金属腐蚀是包括材料和环境介质两者在内的一个具有反映作用体系。从热力学观点看，大多数金属都具有自发地与周围介质发生作用又转化成氧化状态(化合物)的倾向，即回复到它的自然存在状态(矿石)，金属腐蚀是一种自发倾向。
[0059]
3.1碳钢腐蚀的电化学反应机理
[0060]
碳钢在250℃以下的无水硫化氢中基本不腐蚀，而当有水共存时对金属将产生明显的腐蚀，硫化氢在水中发生离解：
[0061][0062]
硫化氢水溶液对金属的腐蚀是一种电化学反应过程：
[0063]
阳极反应：fe
→
fe
2+
+2e
[0064]
阴极反应：
[0065]
fe
2+
与s
2－
反应：fe
2+
+s
2－
→
fes
↓
[0066]
硫化氢引起钢铁的全面腐蚀可以使整个金属表面均匀地减小厚度，也可以是将金属表面腐蚀的凸凹不平。当金属表面受到硫化氢的全面腐蚀时，表面有鳞片状硫化物腐蚀产物沉淀。而在生产现场的设备及构件遭受到硫化氢的腐蚀时，往往在系统的某些死区有大量的黑色硫化铁腐蚀产物产生堆积。硫化铁腐蚀产物有时是片状，有时是黑色污泥状。如果生产系统内有o2，腐蚀产物中会混有黄色的硫磺。
[0067]
3.2、金属的腐蚀的一般过程
[0068]
金属的腐蚀一般包括三个步骤，即腐蚀介质通过对流和扩散作用向界面迁移；在相界面进行化学反应或电化学反应；腐蚀产物从相界迁移到物质中去或在金属表面形成覆盖膜。管道内的腐蚀层的增厚会导致电化学反应电阻的增加和氧渗入的困难，致使锈层的阳极去极化作用减弱，所以其腐蚀速度会逐渐减弱，而当腐蚀产物受到气体冲刷而不能在钢铁表面上牢固粘附，钢铁将一直以初始的高速度腐蚀(剥蚀-腐蚀)。因此我们在现场明显地看到管道的底部腐蚀得并不很严重，但管道的上部已腐蚀的相当严重，管壁薄如宣纸或大面积孔蚀，其原因就在于此。
[0069]
3.3金属的氢鼓泡腐蚀
[0070]
在腐蚀反应和电解过程中都能产生氢气，如氢原子不能迅速结合为氢分子排出，则部分氢原子可能扩散到金属内部，引起各种破坏，其中最主要形态是氢鼓泡。低强钢，尤其是含有非金属夹杂物的钢，最易发生氢鼓泡。在h2s-h2o系统中，h2s、s
—
在金属表面的吸附对氢原子的复合有阻碍作用，从而促进氢往金属内部渗透。h2s本身就是氢渗透的促进剂，形成溶液中有h2s存在时，金属中扩散氢量会大大增加。当氢原子扩散到金属内部，大部分通过器壁，在另一端结合为氢分子逸出。如果氢原子扩散到钢内空穴，并在该处结合为氢分子，由于氢分子不能扩散，就会积累形成巨大内压，引起钢材表面鼓泡，甚至破裂。产生氢气鼓泡的环境中通常含有硫化物、氰化物等霉素，阻止了放氢反应：h+h＝h2↑
生产现场的操作人员介绍在八月中下旬发现煤气管道横管部分的上部，不时出现小鼓泡，类似蘑菇状。生产
现场发生的现象就是氢鼓泡腐蚀形式的表现。
[0071]
3.4、腐蚀影响因素的分析
[0072]
3.4.1对硫化铁膜的影响
[0073]
在饱和硫化氢水溶液中，碳钢在50℃下生成的是无保护性的fe
(1+x)
s和少量的fes；当温度提高到100－150℃时，生成的保护性能较好的fe
(1－x)
s和fes2。在高温下的潮湿h2s气体中，钢铁表面生成的是无保护性的fe9s8。
[0074]
硫化铁腐蚀产物的组成和结构
[0075][0076][0077]
3.4.2温度对腐蚀速度的影响
[0078]
在低温区域内，钢铁在硫化氢水溶液中的腐蚀率随温度的增加而增加，在10％hs水溶液中，当温度从55℃增加到84℃时腐蚀率大约增加20％,温度继续升高腐蚀率降低,在110-200℃的腐蚀率最小,从图1可以看出,40℃下碳钢的腐蚀率比120℃时的腐蚀率约高一倍。
[0079]
4、结论
[0080]
通过对堵塞物的全面分析可得出下列几条结论。
[0081]
1)堵塞物中的水份较大，这就为硫化氢、氨气等腐蚀性物质腐蚀管壁提供了条件，因为碳钢在无水硫化氢中基本不腐蚀，只有有水存在时才产生明显的腐蚀，特别是水份含量较大时，钢铁表面易生成无保护性的fe9s8，硫化氢气体对低碳钢腐蚀加剧。
[0082]
2)堵塞物中无机物成分占50％左右，主要成分是铁被腐蚀后的产物，及煤气中夹带的煤粉、焦粉和部分铵盐。
[0083]
3)堵塞物中还含有相当成分的萘、焦油以及少量洗油。
[0084]
4)稳定焦炉煤气回收净化工艺的控制和操作，降低煤气中无机物杂质及硫化氢、氨等腐蚀性成分以减少对管道的堵塞及腐蚀。
[0085]
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。