煤炭運輸防凍劑與融雪劑標準技術(shù)指標對比分析

沈 棟

(1. 煤炭科學技術(shù)研究院有限公司，北京 100013；2. 國家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點實驗室，北京 100013)

0 引 言

隨著煤炭入洗率的逐步提高，經(jīng)洗選后的精煤含有一定的水分，受煤種和洗選工藝影響則水分一般為6.5%～20%，在冬季鐵路運輸過程中會發(fā)生凍車現(xiàn)象，影響列車運輸效率，故需噴灑防凍劑避免凍車的發(fā)生[1]。2008年，鐵路行業(yè)標準TB/T 3208—2008《散裝顆粒貨物運輸用防凍液技術(shù)條件》[2]發(fā)布實施，有效規(guī)范煤炭運輸防凍劑產(chǎn)品的技術(shù)標準，為提高煤炭運輸防凍劑產(chǎn)品的技術(shù)水平及規(guī)范應(yīng)用起到積極的作用。隨著近年煤炭行業(yè)發(fā)展的變化,對煤炭運輸防凍劑及作業(yè)規(guī)范提出新的更高要求,特別是煤炭運輸防凍劑對煤質(zhì)指標(如氯元素、氮元素)的影響,現(xiàn)行煤炭運輸防凍劑行業(yè)標準尚未考慮防凍劑組分對煤質(zhì)的影響。

煤炭運輸防凍劑與融雪劑的組分及性能要求較為相似，國內(nèi)融雪劑標準體系經(jīng)過近20多年的探索與實踐，歷經(jīng)初版、再版已編制出一套較為完善的融雪劑技術(shù)標準體系。基于此，筆者開展了煤炭運輸防凍劑與融雪劑標準對比分析，總結(jié)煤炭運輸防凍劑與融雪劑標準具體技術(shù)指標的異同，以便為煤炭運輸防凍劑標準的修訂提供參考。

1 煤炭運輸防凍劑與融雪劑標準體系

根據(jù)產(chǎn)品組分融雪劑主要分為氯化物和非氯化物兩類。氯化物類的典型成分為氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂的一種或幾種，非氯化物類成分包括醋酸鉀、醋酸鈉、甲酸鉀、乙醇、乙二醇等[3-4]。煤炭運輸防凍劑尚未對產(chǎn)品組分進行規(guī)定，但市面上主要為氯化物類，近些年也出現(xiàn)了對非氯化物類防凍劑的需求[5-6]，其典型的原材料及性能與融雪劑非常相似，其標準體系的技術(shù)指標可以相互借鑒。

1.1 融雪劑標準體系

2012年北京市質(zhì)量監(jiān)督局修訂并發(fā)布了DB11/T 161—2012《融雪劑》[7]，相比DB11/T 161—2002，對碳鋼腐蝕率提出更高的要求，規(guī)定碳鋼腐蝕率≤0.11 mm/a，同時也規(guī)定了植物種子相對受害率、皮膚刺激性、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮等技術(shù)要求。2015年我國交通運輸部出臺了交通運輸行業(yè)標準JT/T 973—2015《路用非氯有機融雪劑》[8]，規(guī)定了氯化物質(zhì)量分數(shù)不超過1.0%且乙醇和乙二醇質(zhì)量分數(shù)不超過0.5% 的非氯有機融雪劑的技術(shù)要求。2017年國家標準GB/T 23851—2017《融雪劑》[9]在GB/T 23851—2009《道路除冰融雪劑》的基礎(chǔ)上，結(jié)合北京市地方標準DB11/T 161—2012和交通運輸行業(yè)標準JT/T 973—2015完成修訂，是目前我國融雪劑行業(yè)適用性最普遍的標準。

1.2 煤炭運輸防凍劑標準體系

煤炭運輸防凍劑所執(zhí)行的鐵路行業(yè)標準TB/T 3208—2008《散裝顆粒貨物運輸用防凍液技術(shù)條件》自發(fā)布以來已運行15 a未進行修訂，僅2020年國家鐵路局發(fā)布鐵路行業(yè)標準TB/T 3208—2008《散裝顆粒貨物運輸用防凍液技術(shù)條件》第1號修改單，主要對黏度(20 ℃)指標進行修改，從2.00～9.00 mPa·s提升至6.00～15.00 mPa·s以實現(xiàn)防凍劑更好地掛壁，緩減車廂側(cè)壁凍煤殘留。煤炭運輸防凍劑各技術(shù)指標及參數(shù)與融雪劑國標對比見表1。

2 標準技術(shù)指標對比分析

根據(jù)關(guān)鍵指標優(yōu)先、技術(shù)指標為主、使用方法為輔的原則,同時考慮煤炭運輸防凍劑與融雪劑使用場景差異,從產(chǎn)品外觀、融雪防凍性能、金屬腐蝕性、防凍液成分、作業(yè)面損傷、使用作業(yè)技術(shù)規(guī)范等方面比對煤炭運輸防凍劑與融雪劑標準技術(shù)指標。

2.1 產(chǎn)品外觀

融雪劑國家標準規(guī)格融雪劑的外觀為顆粒或片狀固體、淺色均一液體，并基于固體產(chǎn)品提出固體水分、固體溶解速度及水不溶物等技術(shù)指標。煤炭運輸防凍劑標準規(guī)定了液態(tài)產(chǎn)品的技術(shù)指標，未對防凍劑的溶質(zhì)性狀提出明確的要求，僅要求防凍液無明顯刺激性氣味。

2.2 融雪防凍性能

融雪防凍是融雪劑與煤炭運輸防凍劑的最基本性能，融雪劑國家標準不僅對冰點提出明確的要求，考慮到冰點不一定可以完全反映融雪劑的融雪能力，在此基礎(chǔ)上對相對融雪化冰能力也提出了要求。考慮到使用區(qū)域的氣溫差異，冰點指標要求供需雙方協(xié)商，并根據(jù)融雪劑使用濃度時溶液的冰點不同分型，冰點在-10.0 ～-15.0 ℃的融雪劑為I型，冰點小于-15.0 ℃的融雪劑為Ⅱ型，要求2種類型融雪劑的相對融雪化冰能力均要求≥90%，但對照物不同，I型以氯化鈉為對照物，Ⅱ型以二水氯化鈣為對照物。煤炭運輸防凍劑標準僅對冰點進行規(guī)定，且規(guī)定相對具體，要求冰點≤-46 ℃。

2.3 金屬腐蝕性

目前，融雪劑與煤炭運輸防凍劑的主要原材料為氯化鈉、氯化鈣等氯化物，溶于(雪)水后經(jīng)電離會產(chǎn)生腐蝕性離子，如氯離子會破壞金屬表面鈍化層、強化腐蝕介質(zhì)通道、降低界面電阻及進一步加速在潮濕環(huán)境下的電化學腐蝕，故金屬腐蝕性須得到重視。根據(jù)防凍液可能接觸到列車的材質(zhì)，煤炭運輸防凍劑標準規(guī)定“參照機械行業(yè)標準JB/T 7901—1999《金屬材料實驗室均勻腐蝕全浸試驗方法》，在室溫下靜置168 h后防凍液對金屬鋼、銅、鋁的腐蝕性均應(yīng)≤0.05 mm/a”[10]，但未明確鋼、銅、鋁的型號。而融雪劑國標規(guī)定“參照國家標準GB/T 18175—2014《水處理劑緩蝕性能的測定 旋轉(zhuǎn)掛片法》[11]，使用濃度下的融雪劑溶液在40 ℃持續(xù)旋轉(zhuǎn)(試片線速度為0.35m/s)48 h，對20號碳鋼腐蝕率應(yīng)≤0.11 mm/a”，未對金屬銅和鋁的腐蝕率提出相應(yīng)的要求。鑒于融雪劑對電動汽車等汽車底盤等腐蝕嚴重[12]，明確融雪劑對鋁合金等金屬的腐蝕率顯得很有必要。

2.4 防凍液成分

煤炭運輸防凍劑標準尚未考慮防凍液對煤質(zhì)的影響，故未對防凍液的成分進行規(guī)定，而融雪劑國家標準為了適應(yīng)不同區(qū)域?qū)θ谘﹦┑牟煌枨螅貏e是市內(nèi)重要路段及生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)對環(huán)保型無氯融雪劑的需求，將融雪劑組分氯含量進行分級要求，規(guī)定氯含量≤1.0%時，為非氯化物類，氯含量>1.0%時，為氯化物類。融雪劑北京地標還對亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮含量進行規(guī)定，要求亞硝酸鹽氮含量≤0.006%，硝酸鹽氮含量≤0.05%。在重金屬含量控制方面，煤炭運輸防凍劑與融雪劑均已對典型的重金屬含量進行明確的規(guī)定。

2.5 作業(yè)面損傷

煤炭運輸防凍劑主要噴灑于列車車廂底部及車廂四周表面，因此，煤炭運輸防凍劑標準規(guī)定了防凍劑對鐵路車輛用橡膠以及對鐵路貨車用醇酸漆的影響指標，要求防凍劑對鐵路車輛用橡膠以及對鐵路貨車用醇酸漆均無影響。融雪劑主要用于道路融雪化冰，但現(xiàn)行國家標準未對融雪劑對瀝青路面、混凝土及路牙磚等提出明確的要求，而河北地標DB13/T 1411—2017 《公路融雪劑》[13]明確規(guī)定了融雪劑對水泥混凝土腐蝕指標，要求對水泥混凝土質(zhì)量腐蝕≤1.0，對水泥混凝土強度腐蝕≤5.5。

2.6 使用作業(yè)技術(shù)規(guī)范

融雪劑與煤炭運輸防凍劑的產(chǎn)品技術(shù)性能與冰雪狀態(tài)、煤質(zhì)含水量及環(huán)境溫度等因素關(guān)聯(lián)較大,其使用方法影響產(chǎn)品性能的高效發(fā)揮。煤炭運輸防凍劑標準規(guī)定防凍液應(yīng)采用專用的噴灑裝置使噴灑出的防凍液形成水柱型的細雨狀,避免噴灑的液體成霧狀;裝車前需將防凍液噴灑于空車底部、四面車幫內(nèi)側(cè),裝車時向煤炭中噴灑足量的防凍液;防凍液的噴灑量要根據(jù)當時環(huán)境(裝車點、卸車點或沿途等)溫度和煤炭的含水量決定。融雪劑國標未對融雪劑使用作業(yè)提出相應(yīng)的要求,但部分地區(qū)已根據(jù)當?shù)氐臍夂蛱卣魍ㄟ^單獨制定融雪劑的作業(yè)技術(shù)規(guī)程進行作業(yè)規(guī)范,如山西地標DB14/T 1740—2018《公路除雪融雪作業(yè)技術(shù)規(guī)程》[14]和新疆地標DB65/T 4330—2021《公路融雪劑使用技術(shù)規(guī)范》[15]。

3 結(jié) 論

(1)國內(nèi)融雪劑標準制定相對較早，國家標準及北京地標均根據(jù)運行期間的經(jīng)驗總結(jié)以及行業(yè)發(fā)展進行了再版，目前融雪劑標準已相對完善。部分地區(qū)亦根據(jù)當?shù)氐臍夂蛱卣髟谧鳂I(yè)規(guī)范方面制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)程，但對金屬腐蝕性的要求相對單一，僅對碳鋼腐蝕率提出相應(yīng)的控制要求。

(2)煤炭運輸防凍劑所適用標準已運行15 a 且尚未進行再版，隨著煤炭行業(yè)近年發(fā)展，煤炭運輸防凍劑標準已具備再版修訂的必要性，完善煤炭運輸防凍劑標準對煤炭的分級利用具有重要意義。

(3)經(jīng)與融雪劑標準技術(shù)指標對比,對煤炭運輸防凍劑標準制修訂提出以下建議:根據(jù)煤炭運輸防凍液含水量通常大于60%,用戶為節(jié)約運輸成本一般采購固態(tài)組分的防凍劑,在現(xiàn)場與水配制成防凍液后再進行噴灑作業(yè),故建議增加固態(tài)防凍劑的質(zhì)控指標;根據(jù)不同用煤客戶對煤質(zhì)指標的控制,建議增加防凍劑對煤質(zhì)指標的影響,通過控制防凍劑的組分含量進而降低防凍劑對煤質(zhì)指標的影響,如對氯元素含量進行分級控制;為了實現(xiàn)不同實驗室之間的對比,建議明確金屬腐蝕性的金屬試片型號。