加熱爐空氣預(yù)熱器腐蝕分析及防護(hù)措施

徐先財(cái), 盛 健, 曹 雪

(中國石油天然氣股份有限公司烏魯木齊石化分公司,新疆 烏魯木齊 830019)

1 工藝流程及設(shè)備概況

中國石油某石化公司煉油廠1.2 Mt/a延遲焦化裝置加熱爐余熱回收系統(tǒng),采用前置蒸汽-空氣預(yù)熱器與鑄鐵雙向翅片空氣預(yù)熱器回收煙氣余熱，并設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。來自對(duì)流室的熱煙氣經(jīng)熱煙道進(jìn)入鑄鐵雙向翅片空氣預(yù)熱器，與空氣換熱后由煙氣引風(fēng)機(jī)排入冷煙道，冷煙氣經(jīng)冷煙道返回爐頂煙囪排入大氣。冷空氣由空氣鼓風(fēng)機(jī)引入，先后經(jīng)過前置蒸汽-空氣預(yù)熱器、鑄鐵雙向翅片空氣預(yù)熱器與煙氣換熱，再經(jīng)熱風(fēng)道供爐底燃燒器燃燒使用。冷風(fēng)道上設(shè)有旁通風(fēng)道，用于調(diào)節(jié)排煙溫度，防止露點(diǎn)腐蝕。前置蒸汽-空氣預(yù)熱器將空氣預(yù)熱后送入鑄鐵雙向翅片空氣預(yù)熱器，通過調(diào)節(jié)蒸汽量控制進(jìn)入鑄鐵雙向翅片空氣預(yù)熱器的空氣溫度，提高煙氣側(cè)冷端金屬壁溫，延長設(shè)備使用壽命。

鑄鐵雙向翅片空氣預(yù)熱器利用鑄鐵的抗沖蝕和耐腐蝕性能，結(jié)合板翅式結(jié)構(gòu)換熱效率高的特點(diǎn)，具有壽命長、阻力小及結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，可以在很寬的煙氣溫度范圍內(nèi)長期可靠運(yùn)行[1]。余熱回收系統(tǒng)中所有煙道均采用隔熱耐火澆注料(JM-100)作為襯里，而熱風(fēng)道則采用巖棉板外包鍍鋅鐵皮進(jìn)行保溫。為確保設(shè)備的操作狀態(tài)符合設(shè)計(jì)條件，在預(yù)熱器煙氣側(cè)末端金屬壁設(shè)置了3個(gè)管壁熱電偶。當(dāng)金屬壁溫小于107 ℃，DCS系統(tǒng)報(bào)警，操作人員在儀表間遙控打開冷風(fēng)道旁通，或加大前置蒸汽-空氣預(yù)熱器蒸汽量，提高金屬壁溫。加熱爐余熱回收系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1 加熱爐余熱回收系統(tǒng)流程

2 腐蝕原因分析

2.1 腐蝕狀況

該空氣預(yù)熱器在首次投用7個(gè)月后于2012年進(jìn)行了檢修。打開設(shè)備后看到空氣預(yù)熱器翅片管無明顯腐蝕跡象，煙道有大量黃綠色堆積物，壁板出現(xiàn)腐蝕坑，部分壁板甚至出現(xiàn)了腐蝕破裂現(xiàn)象。空氣預(yù)熱器腐蝕狀況見圖2。

2.2 腐蝕分析

取空氣預(yù)熱器垢樣(見圖3)觀察分析，發(fā)現(xiàn)部分可溶于水，檢測(cè)pH值為3～4，說明壁板腐蝕部位為酸腐蝕。進(jìn)一步對(duì)腐蝕垢樣進(jìn)行光譜化學(xué)組成分析(見圖4)，所含主要元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)：O 53.26%；Si 0.19%；S 19.14%；Cr 4.74%； Fe 20.53%；Ni 2.14%。

由以上分析可以看出，空氣預(yù)熱器內(nèi)垢樣的主要成分是硫酸亞鐵、二氧化硅(脫落的澆注料)以及部分稀有金屬元素，屬于典型的煙氣低溫硫酸露點(diǎn)腐蝕。加熱爐燃料氣中S燃燒形成SO2，部分SO2進(jìn)一步氧化成SO3，SO3與煙氣中水蒸氣結(jié)合形成硫酸蒸汽，當(dāng)煙氣接觸的換熱表面溫度低于露點(diǎn)時(shí)，硫酸蒸汽凝結(jié)成濃度較高的硫酸溶液，附著在金屬表面造成金屬腐蝕[2-4]。

圖2 空氣預(yù)熱器腐蝕狀況

圖3 空氣預(yù)熱器內(nèi)垢樣

圖4 空氣預(yù)熱器結(jié)垢譜圖

2.3 原因分析

鑄鐵板翅式空氣預(yù)熱器壁板發(fā)生露點(diǎn)腐蝕的原因如下：

(1)燃料氣硫質(zhì)量濃度高。設(shè)計(jì)值不大于 0.01 mg/m3，實(shí)際在裝置開工初期，燃料硫質(zhì)量濃度高達(dá) 1 300 mg/m3，導(dǎo)致煙氣中硫含量升高。

(2)北方冬季嚴(yán)寒，盡管排煙溫度高于露點(diǎn)溫度，但在空氣預(yù)熱器冷空氣進(jìn)口與煙氣底部管壁有很大溫差，在空氣進(jìn)口處形成典型的三角區(qū)域腐蝕[4]。

(3)前置蒸汽-空氣預(yù)熱器的蒸汽量根據(jù)煙氣-空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)末端壁溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，而蒸汽-空氣預(yù)熱器的溫度控制點(diǎn)是空氣出蒸汽-空氣預(yù)熱器的溫度。當(dāng)外界空氣溫度或煙氣參數(shù)變化時(shí)，操作中很難及時(shí)調(diào)整蒸汽-空氣預(yù)熱器蒸汽量，即無法確保煙氣-空氣預(yù)熱器壁溫在露點(diǎn)以上。

3 采取的措施

(1)加熱爐使用脫硫凈化后的燃料氣，燃料氣硫含量控制在空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)允許指標(biāo)以內(nèi)。

(2)優(yōu)化前置蒸汽-空氣預(yù)熱器的控制方式。將前置蒸汽-空氣預(yù)熱器的溫度控制點(diǎn)改為煙氣-空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)末端三點(diǎn)壁溫的最低值，確保煙氣-空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)末端金屬最低壁溫高于露點(diǎn)。溫度控制方式如圖5所示。

圖5 蒸汽-空氣前置預(yù)熱器控制方式

(3)由于加熱爐使用脫硫后的燃料氣仍然存在微量硫的情況，操作中可根據(jù)加熱爐煙氣在線監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)SO2含量，推算煙氣低溫露點(diǎn)腐蝕溫度，并制定控制煙氣-空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)末端壁溫最低參數(shù)。為防止煙氣-空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)末端存在壁溫低于熱偶測(cè)點(diǎn)的情況，煙氣-空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)末端壁溫參數(shù)要稍高于露點(diǎn)腐蝕溫度。

4 結(jié) 語

采取相應(yīng)措施后，經(jīng)過兩個(gè)生產(chǎn)周期的驗(yàn)證，加熱爐空氣預(yù)熱器未再發(fā)生露點(diǎn)腐蝕，說明腐蝕原因分析正確，采取的防護(hù)措施有效。