淺談焦化加熱爐空氣預(yù)熱器腐蝕結(jié)垢與預(yù)防

景大尉 （中國(guó)石油化工股份有限公司天津分公司煉油部 天津 300270）

引言

目前，石油化工領(lǐng)域使用的焦化加熱爐普遍采用空氣預(yù)熱器回收煙氣產(chǎn)生的熱量[1]。空氣預(yù)熱器可以利用加熱爐排放的煙來(lái)加熱進(jìn)入到該裝置的空氣，空氣預(yù)熱器的主要作用包括下面方面：①降低排出氣的溫度，節(jié)約燃料；②升高進(jìn)入到裝置的空氣溫度，充分燃燒燃料；③通過提高煙氣和工件之間的溫度差，來(lái)加快傳熱速度。早期，空氣預(yù)熱器為光管式預(yù)熱器，但它具有在換熱過程中傳熱系數(shù)很小，體積大重量重等缺點(diǎn)；現(xiàn)在各工廠采用的多為擾流子翅片管式空氣預(yù)熱器，它主要是通過在光管外面增加翅片來(lái)強(qiáng)化管外傳熱，內(nèi)部增加擾流子強(qiáng)化管內(nèi)傳熱。圖1是空氣預(yù)熱器的工藝流程[2]。

一、空氣預(yù)熱器腐蝕結(jié)垢原因分析

滄州煉油廠、大慶石化公司煉油廠、鎮(zhèn)海煉化公司煉油廠等在使用空氣預(yù)熱器期間發(fā)現(xiàn)隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)焦化加熱爐空氣預(yù)熱器的煙道口溫度低于預(yù)想溫度。經(jīng)過檢查分析等發(fā)現(xiàn)預(yù)熱器內(nèi)部發(fā)生腐蝕結(jié)垢是發(fā)生以上現(xiàn)象的主要原因。導(dǎo)致腐蝕結(jié)垢的原因主要包括以下幾方面：

1.1、加熱爐負(fù)荷過低

在焦化加熱爐空氣預(yù)熱器的使用過程中會(huì)出現(xiàn)漏氣的現(xiàn)象，這主要是由分餾爐密封擋板密封不嚴(yán)導(dǎo)致的，漏氣會(huì)導(dǎo)致煙道內(nèi)溫度降低，加速灰塵的沉淀，在預(yù)熱器內(nèi)部形成結(jié)垢。

1.2、預(yù)熱器使用材料的缺陷[3]

普通碳素鋼是空氣預(yù)熱器最常用的材料，普通碳素鋼在含硫環(huán)境中容易發(fā)生點(diǎn)蝕；空間設(shè)計(jì)的缺陷導(dǎo)致預(yù)熱器內(nèi)部煙氣分布不均勻，造成溫度交換不完全，腐蝕嚴(yán)重；加熱爐和預(yù)熱器之間的煙道會(huì)因?yàn)闇囟冗^低發(fā)生粉化現(xiàn)象，產(chǎn)物進(jìn)入預(yù)熱器將導(dǎo)致預(yù)熱器內(nèi)部發(fā)生結(jié)垢。

1.3、預(yù)熱器入口風(fēng)溫度低

空氣預(yù)熱器入口風(fēng)的溫度理論值應(yīng)該為20℃，但在冬天環(huán)境中，入口風(fēng)的溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于20℃，預(yù)熱器會(huì)發(fā)生漏點(diǎn)腐蝕，加熱爐中排出的氣體含有SO2、NO2，其中部分SO2在高溫環(huán)境中會(huì)被空氣中的氧進(jìn)一步氧化為SO3，這些氣體都為酸性氣體，在和預(yù)熱器中的水分子接觸后會(huì)生成H2SO3、HNO3、H2SO4等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)。

1.4、燃料含硫量偏高

我國(guó)生產(chǎn)的原油含硫量較高，在加工過程中會(huì)使燃料中的含硫量升高，另外，在生產(chǎn)中會(huì)采取并入自己生產(chǎn)的燃料氣來(lái)穩(wěn)定燃料氣系統(tǒng)，自己生產(chǎn)的燃料沒有經(jīng)過脫硫處理，將進(jìn)一步升高煙氣的含硫量。

1.5 預(yù)熱器的腐蝕機(jī)理

空氣中的氧氣和預(yù)熱器中的硫發(fā)生反應(yīng)生成二氧化硫，二氧化硫在高溫環(huán)境中會(huì)進(jìn)一步被氧化為三氧化硫，三氧化硫遇見水蒸氣，就會(huì)生成硫酸，同樣的過程會(huì)生成硝酸，硫酸和硝酸都會(huì)附著在設(shè)備表面，造成預(yù)熱器的腐蝕。

同時(shí)煙氣帶入的灰垢會(huì)在低溫部分形成結(jié)垢，產(chǎn)生結(jié)垢下腐蝕。

二、預(yù)防預(yù)熱器腐蝕結(jié)垢的措施

2.1、完善設(shè)計(jì)

通過減少低溫段的排管密度，可以降低預(yù)熱器的換熱面積。提高排放煙氣的溫度，為避免煙氣露點(diǎn)腐蝕；將普通碳鋼換為耐腐蝕的合金鋼，另外也可以在預(yù)熱器內(nèi)部噴涂耐高溫的有機(jī)涂層或陶瓷，例如：將含硅量較高的耐酸性陶瓷噴涂在碳鋼表面或?qū)⑿滦陀袡C(jī)聚脲涂料噴涂在碳鋼表面都可以防止酸性介質(zhì)在金屬表面發(fā)生腐蝕結(jié)垢。還可以在預(yù)熱器的金屬表面進(jìn)行電鍍或化學(xué)鍍處理。

2.2、改進(jìn)工藝

（1）在燃料方面盡量購(gòu)買含硫量較少的燃料，減少使用未脫硫的自產(chǎn)原料。

（2）降低吹灰次數(shù)，嚴(yán)格控制預(yù)熱器排煙溫度，空氣氣溫的高低會(huì)影響到管壁的溫度，管壁內(nèi)外溫度差有可能會(huì)低于煙氣的露點(diǎn)溫度，導(dǎo)致管壁結(jié)露。

（3）嚴(yán)格控制爐膛的氧含量，氧可以作為氧化劑使硫和氮生成酸性氣體，腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域一是管壁溫度約為露點(diǎn)，另一個(gè)是在低于露點(diǎn)溫度15℃左右。當(dāng)管壁溫度達(dá)到露點(diǎn)溫度時(shí)硫酸蒸汽或硝酸蒸汽開始凝結(jié)附著在設(shè)備表面發(fā)生酸性腐蝕，管壁溫度的降低會(huì)導(dǎo)致酸性介質(zhì)增多使腐蝕加快。另外減少冷空氣的進(jìn)入量。

（4）定期清洗管束 每隔一段時(shí)間對(duì)預(yù)熱器管束通過高壓水槍進(jìn)行清洗，清洗管束可以去掉內(nèi)壁的灰塵，通過這種方式可以提高熱量的傳輸效率，更重要的是可以防止管壁溫度過低導(dǎo)致結(jié)露進(jìn)而發(fā)生腐蝕。

2.3、降低煙氣中水蒸氣分壓[4]

水蒸氣在煙氣中所占比例的高低可以決定煙氣露點(diǎn)的高低，煙氣中的水蒸氣所占比例升高，露點(diǎn)溫度也會(huì)隨之升高。在冬季加熱爐的備用火嘴可以通過通適量的水蒸氣來(lái)防凍，這將導(dǎo)致煙氣中水蒸氣的比例增加，進(jìn)而露點(diǎn)溫度也會(huì)升高，但是冬季排放的氣體溫度有所降低，綜合以上原因會(huì)使設(shè)備更易發(fā)生腐蝕。

2.4、采用高效節(jié)能燃燒器

燃燒器是影響加熱爐使用效率的主要設(shè)備之一，選擇質(zhì)量好的燃燒器可以提高加熱爐輻射室的熱效率，并且采用質(zhì)量好的燃燒器有助于燃料的充分燃燒減少灰塵的產(chǎn)生，進(jìn)而減少設(shè)備表面出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上分析可知，焦化加熱爐空氣預(yù)熱器的腐蝕結(jié)垢發(fā)生的主要原因包括：煙氣中含有較多的硫和氮；預(yù)熱器排氣段在露點(diǎn)溫度發(fā)生露點(diǎn)腐蝕。為了緩解焦化加熱爐空氣預(yù)熱器發(fā)生腐蝕結(jié)垢，可以改進(jìn)工藝設(shè)計(jì)，采用保溫等措施使管壁不會(huì)發(fā)生結(jié)露，通過控制燃料含硫量等方法避免生成酸性氣體。另外要根據(jù)季節(jié)和使用環(huán)境的特點(diǎn)改進(jìn)工藝。

[1]王樹術(shù)，劉春燕，王麗娜.某加熱爐空氣預(yù)熱器結(jié)垢及腐蝕原因分析[J].腐蝕與防護(hù)，2010,31（1）：59-61

[2]張印國(guó).焦化加熱爐空氣預(yù)熱器腐蝕結(jié)垢與防護(hù)[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2003,20（2）：14-15

[3]劉云峰，司艷霞，李峰等.空氣預(yù)熱器腐蝕原因分析及預(yù)防[J].石油化工腐蝕與防護(hù)，2000,17（4）：42-43