尾气焚烧炉的衬里施工改进

尾气焚烧炉的衬里施工改进
作者：李波李生伟
来源：《科学与财富》2015年第10期
摘要：本文首先介绍了硫磺尾气焚烧炉的基本情况，然后分析了焚烧炉腐蚀的具体原因，并且通过对焚烧炉头部加复合结构衬里的措施有效的解决腐蚀的问题。

关键词：尾气焚烧炉；腐蚀；硫磺装置；施工
引言
目前国内硫磺回收装置大多采用Claus工艺回收硫磺，Claus尾气经Scot净化单元处理，净化后含少量H2S的净化尾气和液硫脱气的废气混合，引入尾气焚烧炉焚烧后排放，排放的烟气SO2质量浓度应低于要求。

但是由于炉体头部温度较低，发生高温硫化物腐蚀的可能性不大，主要是发生了露点腐蚀和应力腐蚀。

进入焚烧炉的尾气其主要成分为H2S、SO2、NOx 等酸性介质，这些介质在低于尾气露点时会和水蒸气结合形成酸液，附着在炉壁上腐蚀无任何防护措施的钢壳体。

1 硫磺尾气焚烧炉简介
炼油厂硫磺回收装置大多采用常规的克劳斯工艺（两级转化、三级冷凝配尾气焚烧后高空排放）。

硫磺回收装置尾气焚烧炉通过燃料气燃烧控制温度在700℃左右，确保尾气中残留的硫化氢及其它硫化物完全转化为SO2。

同时一焚烧炉负责燃烧从气体精制来液化气脱硫醇尾气（以下简称氧化尾气）。

焚烧炉是尾气焚烧的关键设备，其主要作用是焚烧尾气中残存的硫和H2S并完全转化为SO2，保证装置排放的尾气符合环境保护要求。

通过分析，影响SO2的排放浓度的因素主要有上游酸性气、氧化尾气、燃料气。

在稳定上游装置操作，防止酸性气流量大幅度波动及酸性气带烃、带胺液、带油等对硫磺装置冲击，确保硫磺燃烧炉正常配风的情况下，发现SO2的排放浓度依然无法通过优化操作实现较大幅度的降低。

此炉的结构和操作比较简单，但介质腐蚀性较强，在实际运行中曾多次发生炉体头部穿孔，造成不必要的临时停工。

对此我们认真分析了原因，采取适当的措施预防同类事故再次发生。

尾气焚烧炉是卧式常压炉，其外壳为钢壳，材质为普通碳钢。

除炉体头部无衬里外，其他各处均有衬里。

观察发现，焚烧炉炉壁穿孔的位置主要在头部壳体的中心轴线以下的部位。

其中底部的腐蚀尤为严重，其形态主要以点蚀为主，并带有某些均匀腐蚀的特征，在底部腐蚀严重的部位呈现大小不一的溃疡状蚀坑，有的已腐蚀穿孔，且底部伴有水出现。

腐蚀产物为黄褐色锈土样混合物。

2 焚烧炉腐蚀原因分析
由于炉体头部温度较低，发生高温硫化物腐蚀的可能性不大，主要是发生了露点腐蚀和应力腐蚀。

进入焚烧炉的尾气其主要成分为H2S、SO2、NOx等酸性介质，这些介质在低于尾气
露点时会和水蒸气结合形成酸液，附着在炉壁上腐蚀无任何防护措施的钢壳体。

该炉体的中部和尾部均有耐火砖衬里，唯独头部在尾气进口处的环形通道这一段无任何防护措施。

此处既是腐蚀性介质不断通过的地方，又有适宜的温度和湿度，炉体外壳的腐蚀自然很容易在这里发生。

若焚烧炉前面的主系统操作不稳定或配风不合适，上述尾气中的H2S、SO2、NOx的含量将会相应增大，腐蚀也将加剧。

2.1温度的影响
尾气从焚烧炉头部的上部进入炉内，入炉温度为一定，空气从煤气喷嘴周围的小环形通道入炉。

由于头部的环形通道远离燃烧区，受炉内焚烧区温度的影响较小，再加上尾气的偏流和部分冷空气从B处往环形区的少量回流，使其内温度分布由上而下呈下降趋势。

据有关资料介绍该尾气的露点在120～140℃。

由此可见，炉体头部温度确实在露点腐蚀的范围。

由于尾气中的水主要以气态存在，冷凝后与其中的腐蚀性气体反应生成酸性液滴，受重力作用液滴不易附着在炉壁上部，故发生露点腐蚀的可能性不大。

相反，在中下部的钢壳则比较容易发生露点腐蚀，一旦腐蚀穿孔，冷凝液就从这里渗出，腐蚀产物中也伴有酸性液。

2.2 NOx存在
尾气中含有微量NOx，极易溶于水，遇冷至露点以下时即会形成硝酸盐溶液。

而此种介质正是引发低碳钢、低合金钢应力腐蚀的特定敏感介质。

2.3热应力
由于焚硫炉头部上下间的温差和钢外壳受热不均匀，再加上冷加工和焊接产生的残余应力，这必然会产生较大的热应力。

正是因为上述原因，使露点腐蚀和应力腐蚀的发生成为可能，但点蚀是造成焚烧炉失效的主要因素。

3 焚烧炉头部加衬里施工改进
为防止SO2、SO3、H2S等腐蚀性介质在炉壁金属表面发生相变而造成腐蚀，在不改变炉体外形尺寸的情况下，将环形通道内壁无衬里区加上衬里保护层。

此举可以避免炉体头部的碳钢直接与腐蚀性介质长期接触，消除发生露点腐蚀的可能性。

3.1复合结构衬里选择
合理选择复合炉衬结构，不但可有效阻挡烟气的渗透、避开低温露点腐蚀，也能达到良好的隔热效果、延长炉衬的使用寿命。

近年来，随着耐火材料的研发和应用技术的不断发展，现在使用的衬里材料比原有材料的性能有了大幅度提高，从而为提高复合结构衬里的技术性能奠定了物质基础。

采用复合结构衬里有利于发挥各自的优良性能，达到长周期的使用效果。

目前的复合结构衬里主要有两种：一种是耐火砖十陶纤复合结构衬里；另一种是浇注料+陶纤复合结构衬里。

本次采用了新型复合结构衬里：改性轻质耐热衬里sloo+致密型耐火纤维衬里sloo。

前者在浇注料中加人了高温无机粉体结合剂，提高了衬里层的密实度，从而降低了透气度，提高了抗烟气的渗透性能；后者采用高铝纤维棉与纯无机型高温结合剂用专用喷涂设备整体成型，保持了良好的隔热耐火性能，并具有低透气度和一定的耐压强度，提高了抗烟气冲刷的能力；在复合结构衬里中间界面形成热表面，可保证耐火层的保温钉高于露点腐蚀温度。

保温钉是复合炉衬结构的支撑骨架，鉴于目前尚无理想的长效防露点腐蚀涂层，也就是说，防腐蚀涂层的使用周期比衬里的使用周期低得多，仅能短期保护。

原V型钉直径偏小，应适当加大保温钉直径至小8 mm或小10 mm，材质选用1 Cr18Ni9'1'i或OCr13；为适应新型复合结构衬里的分层锚固，将V型钉改为小10 mm/帕～组合保温钉H 175，有利于提高炉衬的整体强度。

3.2施工注意事项
为使现场施工人员和质量监督人员对焚烧炉加衬里要求一目了然，编制炉衬结构施工图指导现场施工尤为重要。

成立检修质量监督小组，负责炉衬施工每道工序的检查确认，以联合检查验收为主要形式进行质量跟踪管理，查出问题，责令施工单位立即整改，不留隐患。

为确保组合保温钉的焊接质量，检查炉顶焊缝的密封性能，并进行必要的测厚，更换炉顶变形钢板和小于4mm厚的壁板。

保温钉按设计间距弹线定位，并在炉头及其出口转角部位适当加密。

保温钉焊接检查合格后，除去焊渣、铁锈，在炉壁和保温钉根部刷环氧铁红底漆两道。

对穿过改性轻质耐热衬里的接管及炉管拉钩等构件应外包陶瓷纤维纸川，以防热膨胀挤坏衬里层。

注意组合保温钉、穿过衬里的接管周边的衬里料应逐个用手按压密实，否则内衬易出现空洞，留下致命的隐患。

改性轻质耐热衬里仰面施工，应采取支模浇筑或专用喷涂机施衬，出口转角作圆滑过渡，确保整体质量。

利用承重挡圈，合理安排施工段，在保证质量的前提下，加快进度，确保工期。

炉衬施工交付生产前应烘炉，烘炉时间不少于72h，充分脱除自然水和结晶水，保证内衬结构整体稳定。

结论
综上所述，尾气焚烧炉头部未采取防护措施是造成炉体钢板腐蚀的直接因素，从腐蚀形态和产物上看，以露点腐蚀引起的点蚀为主，应力腐蚀为辅。

焚烧炉头部采用复合衬里形式对其进行保护可以达到有效的措施。

■参考文献
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[3] 郭清辉. 优化加热炉衬里结构适应炉内腐蚀环境[J]. 石油化工腐蚀与防护，2006，01：60-62.。