粗煤氣管道垢樣中硫化亞鐵含量分析

郭 凱

(山西潞安煤基清潔能源有限責(zé)任公司質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)部，山西 長治 046200)

氣化單元的粗煤氣輸送管道連接變換單元的保護(hù)床彎管處，在壁厚檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)有減薄現(xiàn)象，在檢修過程中發(fā)現(xiàn)管內(nèi)壁結(jié)有大量灰白色沉淀物，該段管道采用20#碳鋼材質(zhì)，介質(zhì)溫度160 ℃～170 ℃。然而管道垢樣成分分析在分析化驗(yàn)專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域?qū)儆陔y度較大的項(xiàng)目[1-2]，成分種類不能預(yù)先確定，可以先根據(jù)輸送介質(zhì)來推斷可能的垢種。由于該管道輸送介質(zhì)為粗煤氣，主要成分見表1。現(xiàn)推斷，溫度較高的H2S具有腐蝕作用，可與Fe反應(yīng)生成FeS。現(xiàn)通過X射線熒光光譜法測(cè)定其主要成分，然后借鑒行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]測(cè)定方法測(cè)定其中FeS含量，來推斷管道腐蝕減薄的主要原因，為有效采取措施提供依據(jù)。

表1 粗煤氣成分 (φ,%)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

X熒光光譜儀，AxioamaX；壓片機(jī)，PrepP-01；分析天平，感量0.1 mg。

分液漏斗，250 mL；錐形瓶，250 mL；比色管，100 mL；滴定管，50 mL。電子調(diào)溫萬用電爐，220(±22) V，1 kW。

(1+1)鹽酸溶液；硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，0.1 mol/L；碘標(biāo)準(zhǔn)溶液，0.1 mol/L；淀粉指示液,10 g/L；無水乙醇(AR)；硼酸。

硫化氫吸收液：稱取10 g乙酸鎘和30 g乙酸鋅置于250燒杯中，加入冰乙酸40 mL～50 mL，再加入200 mL水溶解后移至1 000 mL細(xì)口瓶中，用水稀釋至1 000 mL。

1.2 樣品處理

采集到的樣品需具有代表性和均勻性，采用四分法將多于10 g的試樣縮成約2.5 g后，在50 ℃～60 ℃下干燥6 h～8 h，然后放置在瑪瑙研缽中研磨至全部通過孔徑為125 μm實(shí)驗(yàn)篩，裝入小廣口瓶中，放在干燥器內(nèi)，供測(cè)定用。

1.3 X熒光光譜儀法測(cè)定步驟

1.3.1 壓片

用瑪瑙研缽把灰樣研細(xì)，用脫脂棉沾無水乙醇擦拭模具及壓槽表面，將模具放入壓槽，將研細(xì)的樣品放入模具中央，攤平，樣品周圍加入5勺左右硼酸，將模具提出，用工具將硼酸壓平，蓋上蓋，打開開關(guān)加壓進(jìn)行壓片，加壓結(jié)束后取出壓片。

1.3.2 檢測(cè)

將壓片放入儀器進(jìn)樣杯，蓋上防護(hù)罩，選擇相應(yīng)的壓片方法，對(duì)樣片定位，編號(hào)，點(diǎn)擊開始，儀器自動(dòng)進(jìn)樣并進(jìn)行檢測(cè)。

1.4 化學(xué)分析法分析步驟

稱取約0.1 g(精確到0.2 mg)制備好的試樣置于錐形瓶中，將盛有試樣的錐形瓶、分液漏斗及吸收試管連接好，加入一定體積硫化氫吸收液于吸收試管中，加入一定量鹽酸溶液于分液漏斗中，然后打開分液漏斗活塞，使鹽酸溶液緩慢滴加到錐形瓶中，過程中若反應(yīng)激烈可暫停滴加鹽酸，待反應(yīng)緩慢后再繼續(xù)滴加至全部流入后，用電爐加熱使試樣溶解并讓氣泡在吸收試管中均勻冒出，緩慢加熱直至反應(yīng)完全。

連同玻璃管一起移開吸收試管，加入一定量碘標(biāo)液，攪拌使硫化物沉淀溶解并與碘反應(yīng)完全。將吸收液移至錐形瓶，立即用硫代硫酸鈉標(biāo)液滴定至溶液呈淡黃色，加入2 mL淀粉指示液，繼續(xù)用硫代硫酸鈉標(biāo)液滴定至藍(lán)色剛消失，再將部分溶液倒回吸收試管中，洗滌后將溶液倒回錐形瓶，繼續(xù)滴定至藍(lán)色剛消失為終點(diǎn)，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

改變吸收液用量，采用以上分析步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果及計(jì)算

表2為樣品成分分析結(jié)果，從表2中可以看出，樣品中主要成分為硫和鐵，且含量較大，由此推斷垢樣中含有大量FeS。

表2 成分分析記錄表 (w,%)

垢樣中FeS質(zhì)量分?jǐn)?shù)按式(1)計(jì)算。

(1)

式中：V0為空白消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積，mL；V為滴定消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積，mL；c為硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的摩爾濃度，mol/L；M為硫化亞鐵的摩爾質(zhì)量，g/mol(M=87.91)；m為樣品質(zhì)量，g；ω水為樣品水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%，本樣品水分為0.05%。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3，從表3可以看出，0.1 g左右的樣品質(zhì)量不變時(shí)加大吸收液的用量，測(cè)得結(jié)果增大，當(dāng)增加到100 mL時(shí)，所得FeS含量趨于平穩(wěn)，且含量在54%左右。

3 結(jié)語

兩種方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該管道管內(nèi)壁大量黑色污垢的主要成分為硫和鐵，這是由于長期輸送介質(zhì)粗煤氣中的H2S具有強(qiáng)腐蝕作用，在高溫下可與Fe反應(yīng)生成FeS，這是管道應(yīng)力腐蝕的主要原因。本文通過化學(xué)分析方法測(cè)得其含量，為管道修復(fù)提供了一些數(shù)據(jù)參考。

表3 化學(xué)分析法實(shí)驗(yàn)結(jié)果