加热炉空气预热器腐蚀_结垢原因及处理方法

Scale form ation reason and disposa l for air preheater of heating furnace
WANG W ei, WANG Zhiyong
( O il Re fin ing F acto ry of Daq ing P etro leum C o. , Daqing, H eilong jiang 163711, China) A bstract: T o analyze the scale form at ion corrosion on outside w all o f the bundle of tubes o f the a ir preheater of the heat ing furnace in hydrogenation crack ing set in the o il ref in ing system. By adopting the chem ical clean ing m ethod to clean the dirty and the corrosion on outside w all o f the bundle o f tubes, to im prove the heat ing exchange e ffec,t to avoid the corrosion on the surface o f the m etal and to increase the life- span o f the preheater tubes. K ey words: air; preheater; scale form ation; corrosion; chem ical cleaning
在现场取两个垢样, 一个灰色硬垢, 另一个黄色 硬垢。进行水溶垢试验看出, 室温下垢表面迅速溶 解, 溶液由 白色 逐渐呈 黄色, 测 定溶 解液的 pH 为 3. 12~ 3. 27, 说明结垢物为强酸弱碱盐类, 但垢物随 时间溶解很慢, 经 10 h才全部溶解, 还有残渣沉淀。
对结垢物的分析及清洗剂的筛选 [ 3 ] , 采用氢氧 化钠、碳酸钠、磷酸三钠及表面活性剂等进行清洗。 碱洗的目的是除去设备内的以硫酸盐为主结垢物。 N aOH 对 C aSO4 有皂化作用, 并且使垢物迅速溶解, 同时 N aOH 对烟 气 中产 生的 H 2 SO4 有中 和作 用;
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N a2 CO 3 使 油 脂 乳化 分 散, 控 制 pH, 起 缓冲 作 用:
N a3 PO4 对清洗液中钙镁离子起络合作用; 表面活性 剂对油脂与焦油起分散与乳化作用, 促进清洗液对
垢层润湿与浸透。碱性物对结垢物有如下的反应:
稀硫酸腐蚀速度最快。图 4中示出硫酸质量分数对
腐蚀速度的影响。从图中可看出, 质量分数为 50%
左右的硫酸对碳钢材料的腐蚀速度最大。质量分数
较高或较低时, 腐蚀速度均会下降。
在实际运转中, 腐蚀速度还与钢材的温度有关。
温度高时, 化学反应速度较快, 腐蚀的速度也较快。
在尾部受热面上, 实际的腐蚀情况既与结露的浓度
3 化学清洗
图 5 腐蚀速度与壁温的关系
燃料油含硫 2. 7% ~ 2. 85% ; 过剩空气系数 1. 15% ~ 1. 25% ; 烟气横流冲刷受热面
2. 3 结垢原因分析 结垢原因主要有以下几个: ( 1) 预热器结构设计不合理, 下部存在凹槽, 容
易积液体和杂质, 最后导致物质间化学反应结垢。 ( 2)没有吹灰装置, 翅片上的积灰不能及时清理,
口 ∀ 空气预热器出口 ∀ 清洗箱;
( 5) 清洗泵: 功率 30 t /h, 扬程 30 m; ( 6) 清洗箱: 2 m3
3. 2. 3 清洗前的准备与措施
( 1) 检查空气预热器管束及箱体无渗漏、堵塞;
( 2) 把空气预热器人孔拆掉, 连接清洗管线; ( 3) 按照清洗流程的要求把清洗泵、清洗箱放置 在被清洗设备的零米处, 连续清洗流程; ( 4) 清洗剂及废液处理药品运至清洗现场; ( 5) 设立临时化验点, 化验分析药品和仪器准备 齐全; ( 6) 参加化学清洗人员, 应熟悉化学清洗流程, 化验员熟练掌握化验分析方法。 3. 2. 4 清洗操作工艺条件 ( 1) 水冲洗 在常温下冲洗约 1 h, 冲洗至无机械杂质流出, 至目测流出水透明。每 30 m in检测一次。 ( 2) 挂片 按国家标准选用材质。碳钢挂片在配碱前挂入 清洗箱内, 结束后取出。清洗过程中随时观察试片 的腐蚀情况。 ( 3) 碱洗 药 剂 配 方 为: 10% N a3 PO4、3% N a2 CO3、3% N aOH、2% 水玻璃、3% 油脂除垢剂、0. 5缓蚀剂。碱 洗温度 50~ 60 , 洗 3~ 5 天。监测项目是: 总碱质 量分数保持在 10% 以下。每小时监测一次, 至目测 所有结垢全部溶解, 碱洗结束。 ( 4) 水冲洗 每小时监测一次, 至流出水 pH 6~ 7, 透明。 3. 2. 5 清洗操作程序 ( 1) 碱洗过程为: 系统充满水, 建立循环, 以水代 替碱液模拟运行 30 m in, 检查系统的严密性, 直至缺 陷消除后, 控制液面高度, 不超过管箱接口处, 防止 液体浸泡到衬里。首先加入缓蚀剂, 经溶解循环均 匀后, 逐步加入碱 250 kg, 同时挂入监测试片。控制 总碱质量分数在 10% 以下范围内, 清洗过程中要测 定总碱质量分数、pH、温 度。加药前 清洗箱液位应 保持在 1 / 4处, 缓慢加入药剂。 ( 2) 因为垢溶解后, 液体已经变成黏液状态, 不 能继续使用, 要 将废液排 除进行水 洗, 然 后继续加
有关, 又与壁温有关。因此, 实际上换热面的腐蚀速
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清洗 世界
第 5期
图 4 烟气凝结液硫酸质量分数对碳钢腐蚀速度的影响 度如图 5所示。在壁温较高而未结露时, 腐蚀速度 很低; 开始结露时, 由于结出的露中硫酸浓度过大, 虽然壁温较高, 腐蚀速度也还不很高; 对温度低一些 的换热面, 虽然壁温有所降低, 但结露中硫酸的浓度 变稀, 腐蚀速度加快, 在某处达到极大值 (一般认为 在低于露点温度 10~ 40 ) ; 此后, 由于硫酸浓度较 低, 温度较低, 腐蚀速度下降。最后, 由于壁温很低, 水蒸气大量凝结, 腐蚀速度又比较强烈。
SO3 + H 2 O = H2 SO4
( 1)
当硫酸蒸汽凝结到加热炉尾部受热面上时, 就
会发生低温硫酸露点腐蚀。与此同时, 这些凝结在
低温受热面上的硫酸液体, 还会与烟气中的灰尘形
源自文库
成不易清除的粘灰, 使烟气通道不畅甚至堵塞。
2. 2 腐蚀速度与壁温的关系
烟气中的硫酸蒸汽和水蒸气在遇到冷面时会冷
凝, 并且冷凝液中的硫酸质量分数很大。由于部分
收稿日期: 2007- 03- 01 作者简介: 王巍 ( 1955- ), 男, 高级工程师, 主要从事设备腐蚀与防护管理工作。
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650根 30mm 1mm 的真空翅片管, 材质为在靠近 烟气出口处有两排为 ND 钢, 其余为碳钢 ( 见图 1) 。
钢换热管腐蚀要厉害得多。
2 腐蚀及结垢原因分析
图 1 KY - 3101空气预热器结构 在使用 1年多, 发现该预热器靠近烟气侧阻力 大, 烟气出口温度降低到 100 在右。同时, 换热效 果差, 起不到节能效果, 已经不能使用, 最后停下来 进行检修。设备打开后发现翅片管外表面结有相当 多的结垢物已经把翅片外表面封死。同时, 换热管 出现大量的腐蚀现象。具体见图 2和图 3。
烧后全部变成 SO2, 由于燃料室中有过量的氧气存 在, 所以又有少量的 SO2 进一步与氧结合生成 SO3。 在通常的过剩空气条件下, 全部 SO2 中约有 1% ~
3% 转化成 SO3。在高温烟气中 SO 3 气体不腐蚀金
属, 但当烟气温度降到 400 以下, SO 3 将与水蒸汽 化合生成硫酸蒸汽 (式 1) 。
2N aOH + C aSO4 = Ca( OH ) 2 + N a2 SO4
( 2)
2N aOH + H 2 SO4 = N a2 SO4 + 2H2 O
( 3)
N a2 CO 3 + C aSO4 = CaCO3 + N a2 SO4
( 4)
2N a3 PO4 + 3CaSO4 = Ca3 ( PO4 ) 2 + 3N a2 SO4 ( 5)
蒸汽冷凝, 使烟气中硫酸浓度有所降低 ( 但前者降低
较多, 后者降低较少 ) , 因此烟气的露点也有所下降。
由于烟气在继续在向前流动中会遇到更低的冷面,
烟气中的蒸气还会继续凝结, 但凝结出的液体中硫
酸的浓度逐渐下降。因此烟气中的硫酸的质量分数
是逐渐降低的。
烟气凝结液中硫酸的质量分数对换热面腐蚀的
速度影响最大。浓硫酸对钢材的腐蚀速度很慢, 而
0. 05~ 0. 5 m / s。
3. 2. 2 清洗范围及清洗系统
( 1) 清洗范围: 空气预热器下部约 600 mm 高的
箱体;
( 2) 清洗容积: 清洗系统水窖约为 2. 5 m3;
( 3) 清洗系统: 由清洗泵、清洗箱、临时管道、空
气预热器系统等组成;
( 4) 清洗流程: 清油箱 ∀ 清洗泵 ∀ 空气预热器入
随着节能技术的不断发展, 要求管式炉的排烟 温度越来越低。但是往往在空气预热器、余热锅炉 等余热回收设备的换热面上产生强烈的低温露点腐 蚀, 甚至在不到 1年的运转时间内, 换热面就严重腐 蚀穿孔, 使管式炉不能正常运行。可以说, 低温露点 腐蚀已成为降低管式炉排烟温度、提高热效率的主 要障碍。
大庆石化公司炼油厂 2004 年 4月投入运行的
而冬季环境温度为 - 26 , 风与烟气热交换量大, 预 热器末端温度过低, 出现低温容易产生水汽与烟道 衬里粉化物一起积聚在翅片间, 最终导致预热器堵 塞现象和炉负压偏低。
( 4)炉顶至预热器烟道约 40 m 长, 约 150 m2 面 积的 100 mm 厚, 重质浇注料衬里的导热系数高散热 损失大, 冬季 - 26 可使衬里内表面低温结露 而粉 化, 其产物随烟气流带入预热器, 加剧了预热器积灰。
( 5) 预热器保温效果不好, 靠近器壁处的温度容 易低于 120 导致低温腐蚀和凝液。
由于以上几个原因, 最后使预热器管束结有大 量的结垢物。结垢成分较为复杂, 但是主要为硫酸 盐。其热导率比金属低很多 [ 2] , 一般相对热导率为 0. 5~ 2, 金属钢管的相对热导率为 40~ 50。金属相 对热导率比硫酸盐水垢的相对热导率大 20倍以上。 也就是说, 硫酸盐水垢的热阻是较大的, 可使换热管 热阻增加, 最后无法使用。
加氢装置, 加 工能力为 15 万 t / a。 2005年 11 月以 来, 该装置加氢炉空气预热器烟道出口温度和炉膛 负压出现偏低情况, 出口温度一般在 100 左右, 最 后由于烟气阻力变大不得不停该台加热炉的空气预 热器进行处理。
1 预热器使用情况
该台 空气预热器为 立式型号为 KY - 3101, 有
3. 2 化学清洗过程
在 2006年 4月, 对该这台预热器管束进行了化
学清洗。按照清洗方案的具体要求组织施工, 首先
对预热器底部 采用浸泡 循环的方 法。底部 清洗完
后, 对松动的换热管进行抽管。然后在抽出管的孔
隙位置进行从上至下的喷淋清洗, 待全部管活动后
进行抽管。对抽出的管进行浸泡清洗。
清洗采用循环和浸泡的清洗工艺进行, 温度控
图 2 换热管烟气出口中下部
图 3 换热管烟气出口中上部 从结垢物看, 大部分为灰白色、灰黄色结垢物, 并且如石头, 人工及高压水射流技术无法清除。进 行人工油管没有效果。只能采用化学清洗的方法去 除结垢物。 从翅片管 腐蚀情况看, 碳钢换热管 腐蚀比 ND
2. 1 低温露点腐蚀的机理 [ 1]
一般燃料油或燃料气中均含有少量的硫, 硫燃
制在 70 , 并加正反洗阀组, 化学清洗时严格按照清
洗方案进行施工, 除垢率要求在 > 95% 以上。
3. 2. 1 清洗工艺参数
清 洗剂 配 方 为: 10% N a3 PO4、3% N a2 CO3、3% NH4OH、2% 水玻璃、3% LX - 003油脂除垢剂、0. 5%
缓蚀剂。清 洗温 度 70 , 清洗时 间 3 ~ 5 天, 流速
实用技术
清洗世界
C lean ingW orld
第 23卷 第 5期 2 0 07年 5月
文章编号: 1671- 8909( 2007) 05- 0008- 05
加热炉空气预热器腐蚀、
结垢原因及处理方法
王 巍 王智勇
(大庆石化公司炼油厂, 黑龙江大庆 163711)
摘 要: 分析了炼油系统加氢裂化装置生产过程中加热炉空气预热器管束外壁结垢与腐蚀原 因。采用化学清洗方法, 对管束外壁结垢及腐蚀产物进行清洗, 提高了设备的换热效果, 避免了 金属表面的腐蚀, 延长了预热管束的使用寿命。 关键词: 空气; 预热器; 结垢; 腐蚀; 化学清洗 中图分类号: TE965 文献标识码: B
积灰与水汽混合形成固体状, 导致翅片管局部堵塞。 ( 3) 预热器入口风温度偏低, 原设计温度 20 ,
3. 1 药剂筛选 水垢的结构和颜色随着生成条件不同而异, 一
般来说高温下垢坚硬, 附着力强, 人工、机械的方法 难以清除, 低温下垢疏松易清除。因烟气中其主要 成分为 SO2、SO3, 所以烟气通道表面上形成的水垢 以硫酸盐为主。