熱管空氣預(yù)熱器在實踐中應(yīng)用及改進措施分析

丁平　張米川（中國石油烏魯木齊石化分公司煉油廠，新疆　烏魯木齊　830019）

熱管空氣預(yù)熱器在實踐中應(yīng)用及改進措施分析

丁平張米川（中國石油烏魯木齊石化分公司煉油廠，新疆烏魯木齊830019）

主要針對熱管空氣預(yù)熱器，在常減壓裝置加熱爐余熱回收應(yīng)用過程中，腐蝕、結(jié)垢問題造成熱管運行周期短，進行原因分析，并提出解決辦法。

常減壓裝置加熱爐；熱管空氣預(yù)熱器；存在問題；分析；改進措施

烏魯木齊石化公司煉油二套常減壓裝置的加熱爐總熱負荷為31.5MW，于1995年7月建成投產(chǎn)，通過煙道將煙氣引至地面與入爐空氣在熱管式空氣預(yù)熱器中進行熱交換的方式，回收高溫?zé)煔庥酂帷Ｓ捎诩訜釥t是常減壓裝置耗能的主要設(shè)備，用能占裝置能耗的75%以上，因此提高熱管式空氣預(yù)熱器的運行效率，對節(jié)能降耗，裝置能耗達標具有十分重要的意義。

1　空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)及原理

1.1熱管的結(jié)構(gòu)及原理

熱管是空氣預(yù)熱器的核心元件，其性能的好壞與空氣預(yù)熱器整體運行狀況優(yōu)劣密切相關(guān)。我裝置加熱爐空氣預(yù)熱器所用的為重力式氣—氣熱管換熱器，工作介質(zhì)為水，由管殼和工質(zhì)兩部分組成，以相變潛熱傳熱和同相顯熱傳熱相結(jié)合的方式進行工作，傳熱效率高，結(jié)構(gòu)簡單，檢修方便。

1.2空氣預(yù)熱器結(jié)構(gòu)組成

我裝置常壓爐和減壓爐煙氣余熱回收系統(tǒng)中均采用的熱管式空氣預(yù)熱器，主要由翅片式熱管束、上箱體、下箱體、中隔板、頂蓋和殼體絕熱保溫層組成，上蓋、上箱體、中隔板、下箱體之間均采用石棉繩密封，下箱體走高溫?zé)煔猓舷潴w走冷空氣，煙氣和空氣由引風(fēng)機和鼓風(fēng)機強制在各自的流通空間逆向流動，每支熱管都是一個獨立的傳熱元件。為了定時清除沉積在熱管翅片表面的積灰，采用固定式蒸汽吹灰器。我裝置熱管式空氣預(yù)熱器設(shè)計參數(shù)見下表。

2　熱管空氣預(yù)熱器存在問題及原因分析

2.1熱管檢修及更換情況

兩爐煙氣余熱回收系統(tǒng)自投用以來，因熱管結(jié)垢、腐蝕問題使用周期一直較短，影響到裝置余熱回收系統(tǒng)長周期運行。

2.2熱管空氣預(yù)熱器運行工藝狀況

熱管式空氣預(yù)熱器經(jīng)檢修清洗或更換的新熱管，運行時間超過半年后，換熱效率明顯下降，排煙溫度上升，預(yù)熱空氣溫度大幅度下降，影響加熱爐余熱回收系統(tǒng)的正常運行，無法適應(yīng)裝置長周期運行需要。

3　熱管空氣預(yù)熱器運行失效原因分析

根據(jù)對檢修時拆下的熱管現(xiàn)場鑒定，兩爐空氣預(yù)熱器熱管運行失效，主要是腐蝕泄漏或翅片脫落、爆管、結(jié)垢和工質(zhì)發(fā)生變化幾個方面原因造成。

3.1腐蝕泄漏或翅片脫落原因分析

3.1.1為了防止煙氣露點腐蝕，設(shè)計煙氣出口為180℃，而裝置在檢修后開工初期，由于熱管運行效率高，煙氣排煙溫度較低，使煙氣出口側(cè)的幾排熱管產(chǎn)生嚴重腐蝕，導(dǎo)致翅片脫落，有的熱管殼體腐蝕穿孔。腐蝕機理如下：

煙氣中SO2與過剩氧反應(yīng)

SO2+O2→SO3

SO3+H2O→H2SO3

H2SO3+O2→H2SO4

SO42-+Fe→Fe SO4

3.1.2空氣預(yù)熱器為了清除積灰采用固定式蒸汽吹灰器，在預(yù)熱器下箱體中間安裝兩排蒸汽噴射管，由于吹灰蒸汽常常達不到要求溫度，甚至帶水，與煙氣中SO3形成高濃度的酸液腐蝕熱管，與煙塵混和呈泥狀，粘附在翅片上形成垢層，影響熱管傳熱。

3.1.3對于氣-氣熱管換熱器，蒸發(fā)段在操作過程中外熱內(nèi)冷，翅片較管子膨脹多，翅片極易與管子脫開，而在冷凝段則與此相反。

3.2積灰結(jié)垢原因分析

3.2.1吹灰后帶有一定濕度的灰垢與腐蝕產(chǎn)物結(jié)全，形成沉積物，沉積在蒸汽噴射不到的熱管翅片上。

3.2.2裝置加熱爐使用爐管清灰劑，其主要成份為硝酸鹽、銨鹽和銅鹽，未燃燒完全或燃燒后產(chǎn)物，隨煙氣進入空氣預(yù)熱器在熱管上形成堅硬的鹽垢。

3.2.3固定式吹灰器間斷使用（一周一次），蒸汽線內(nèi)銹皮堵塞蒸氣噴射孔，部分熱管翅片吹不到，加劇了灰塵積集。

3.3爆管及工質(zhì)發(fā)生變化原因分析

3.3.1該地區(qū)冬季氣溫最低可達-30℃，對于水工質(zhì)熱管冬季停用不采取相應(yīng)防凍措施，很容易造成凍裂損壞。

3.3.2因預(yù)熱器中隔板堵孔腐蝕脫落操作異常，燃料氣因引煙機作用被吸入空氣預(yù)熱器，在空氣預(yù)熱器內(nèi)形成劇烈燃燒，溫度高達830℃，熱管部分產(chǎn)生爆裂。

3.3.3水熱管內(nèi)壁雖進行了鈍化處理，一旦干燒或超溫鈍化層立即被破壞，在管內(nèi)產(chǎn)生不凝氣體-氫氣，從而在熱管上部形成導(dǎo)熱死區(qū)，影響傳熱效果。

4　改進措施

4.1為了避免蒸汽吹灰?guī)淼拇祷也粡氐住⒔Y(jié)垢和腐蝕問題，應(yīng)用聲波吹灰技術(shù)。

4.2為了保證翅片和管子在高溫操作條件下緊密接觸，在煙氣段采用高頻焊接，空氣段緊帖管壁纏繞，翅片端頭點焊固定。

4.3為消除導(dǎo)熱死區(qū)，防止工質(zhì)低溫凍結(jié)、高溫超壓，可采用工質(zhì)由多種無機活性金屬及其化合物混合而成、溫壓比較小的超導(dǎo)熱管。

4.4根據(jù)預(yù)熱器的實際需要，定制熱管時選擇合適的翅化比，以調(diào)整出口煙氣溫度，避免減少熱管根數(shù)后造成中隔板堵孔。

4.5減少燃料氣中的硫含量，加熱爐控制好“三門一板”，過剩空氣系數(shù)控制1.02～1.10之間低氧燃料，控制SO2轉(zhuǎn)化成SO3的量，降低露點腐蝕。

4.6采用煙道擋板與鼓風(fēng)機、引煙機的自動連鎖控制，鼓風(fēng)機或引煙機停用自動打開煙道擋板，防止熱管干燒損壞或燜爐。

4.7加強空氣預(yù)熱器操作管理，冬季引煙機停用，立即停用鼓風(fēng)機，防止低溫空氣凍結(jié)熱管工質(zhì)；鼓風(fēng)機停用同時立即停止引煙機，防止熱管干燒；加熱爐投用爐管清灰劑時，打開煙道擋板煙氣直排。

［1］劉紀福等《熱管換熱器》（譯文集）1980.

［2］烏石化公司常減壓（Ⅱ）操作規(guī)程Q/CNPC-WSH L0641-1999修訂.

丁平（1984-），女，漢，重慶潼南人，助理工程師，主要從事設(shè)備管理工作。