热管式空气预热器的故障分析及解决方案探讨
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该减压炉空气预热器利用 10 天的检修工期检 修完成，正常投用，检修后近期的使用效果尚好。 如图 6所示，减压炉空气预热器投用后，烟道排烟 温度暂为 130 ℃左右，下降 20 ℃左右。
在近 5年中，减压炉热管式空气预热器已进行 了 3 次检修。前 2 次检修更换了 50%的热管，采购 热管和修理费每次消耗近 20 万元，2 次共花费约 40 万元。本次检修采购热管花费 10 万元，检修施工 费用花费 5 万元，合计修理费 15 万元，且停运 10 天左右。由此可见，该装置运行不到 2个周期，减 压炉热管式空气预热器所消耗的检修维护资金总共 约为 55 万元，几乎达到了本身购置费。更换热管 只是目前的解决方式，想要更有效地解决上述问 题，还需要更深入地进行研究探讨。
虽然热管式空气预热器在石化行业的加热炉烟 气余热回收系统占有非常大的市场份额，且不断有 新的技术出现，但不适合锦西石化Ⅰ套常减压装置 减压炉燃烧自产瓦斯的生产特点。主要是因为自产 瓦 斯 S 含 量 较 高 ， 较 低 时 在 15 000 mg/m3 左 右 ， 最 高 时 超 过 27 000 mg/m3， 将 排 烟 温 度 控 制 在 130 ℃ 以上也不能保证露点腐蚀不发生，所以烟气的露点 腐蚀是热管失效的主要原因。 2.3 热管内传热工质失效
冯爱金：热管式空气预热器的故障分析及解决方案探讨 第 9 卷第 4 期 （2019-04）
热管式空气预热器的故障分析及解决方案探讨
冯爱金 （中国石油锦西石化公司）
摘要：锦西石化公司Ⅰ套常减压装置加热炉的烟气余热回收系统采用热管式空气预热器， 由于近几年来设备故障频发，其检修费用和维护成本较高。通过对热管式空气预热器故障原因 的具体分析，提出了相应的解决方案，即用新型的板式空气预热器代替原热管式空气预热器。 实施此方案不但可以节省空气预热器的维护成本，还可提高其运行效率，延长设备运行周期， 并且在一定程度上解决了热管工质易失效和露点腐蚀严重等问题。
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石油石化节能 www.syshjn.com
设备·产品 / Equipment & Product
图 1 低温段 304 材质热管翅片腐蚀严重
图 4 烟气侧底部积灰至人孔下缘
图 2 304 材质热管本体腐蚀断裂
图 5 热管积灰结垢严重
图 3 碳钢热管腐蚀泄漏 石油石化节能 www.syshjn.com
1 故障检修
锦西石化Ⅰ套常减压装置减压炉为立式圆筒 炉 ， 热 负 荷 为 21.648 MW， 主 要 燃 料 以 天 然 气 为 主，以装置内蒸发塔、常压塔和减压塔塔顶的自产 瓦斯为辅。其余热回收系统采用热管式空气预热系 统，壳体材质为碳钢，热管共 832 根，热管材质其 中有三分之一为 304 材质，置于低温段，其余全部
第 一 作 者 简 介 ： 冯 爱 金 ， 工 程 师 ， 2008 年 毕 业 于 沈 阳 农 业 大 学 （机 械 设 计 制 造 及 自 动 化 专 业）， 从 事 石 油 石 化 行 业 设 备 管 理 工 作 ， chinafaj@163.com，辽宁省葫芦岛市连山区新华大街 42#锦西石化公司蒸馏车间，125001。
关键词：热管式空气预热器；积灰结垢；露点腐蚀；工质失效；板式空气预热器 DOI: 10.3969/j.issn.2095-1493.2019.04.014
锦西石化Ⅰ套常减压装置加热炉目前使用的烟 气余热回收系统是热管式空气预热器，投用以来， 一直存在热管易失效、运行效率不稳定、运行周期 短、维护成本高等问题。空气预热器历次检修清垢 及更换部分热管后，运行 1年左右换热效率就明显 下降，而运行 1年半以后，换热效果就会差到严重 影响加热炉效率达标的程度。
图 6 减压炉 DCS 示意图
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冯爱金：热管式空气预热器的故障分析及解决方案探讨 第 9 卷第 4 期 （2019-04）
2 故障原因分析
2.1 热管内积灰结垢严重 该减压炉主要燃料以天然气为主，但还需要消
耗装置内蒸发塔、常压塔和减压塔塔顶的自产瓦 斯。由于装置内自产瓦斯 S含量较高，燃烧后烟气 中灰分较多，烟气在经过空气预热器换热后温度降 低到接近露点区域，产生的湿灰不容易被吹灰器吹 掉，吹灰后灰不能排入大气，都沉积下来。目前的 热管式空气预热器的结构也不合理，热管垂直放 置，且底部无积灰室，这样的结构导致烟气侧的灰 垢沉积更加严重，阻塞烟气侧热管正常换热。 2.2 热管由于露点腐蚀发生泄漏
wk.baidu.com
为碳钢热管，置于高温段。 检修前 2个月，减压炉的空气预热器效率已有
明显降低的趋势。2 个月后，已严重影响了加热炉 日常的生产操作，排烟温度在 150 ℃左右且无法通 过工艺调节来降低，这直接导致加热炉效率不能达 标。所以，决定采购 25%的热管，并利用 10 天时间 对减压炉的空气预热器进行检修，将热管全部抽出 清洗，检查内部积灰结垢严重，通过宏观鉴定有 100 根热管腐蚀泄漏。另外，通过热水试验有 85 根 热管由于内部工质失效导致不传热，腐蚀失效的热 管数占总数约 12%，工质析氢失效占总数的 10%。 提前采购的热管已全部更换，并在相应位置上做了 标记和记录。具体情况如图 1至图 5所示。
经研究分析得知，其中积灰、露点腐蚀、热管 失 效 是 热 管 式 空 气 预 热 器 效 率 下 降 的 主 要 原 因 。 [1] 为了延长空气预热器的运行周期，降低维护成本， 保证换热效率，把现有的热管式空气预热器更换为 板式空气预热器是一个有效的解决办法。新型板式 空气预热器具有传热性能高，不易积灰、清灰简 单，换热部件使用寿命长，适应性强、操作弹性 大，维护成本低，模块化、安装灵活，阻力小等优 点，也伴随有换热板翅化难于清理等缺点，但上述 不足可通过设备改造和优化设计予以避免。由此可 见，新型的板式空气预热器非常适合锦西石化Ⅰ套 常减压装置加热炉生产的实际情况。
热管工质与管壁金属里的铁发生析氢反 应， 导致热管内真空度下降，热管受热后工质气 化率下降，导致热管失效。发生析氢反应的原因是 钢铁中都含有碳元素，在潮湿空气中，钢铁表面会 吸附水汽而形成一层薄薄的水膜，水膜中溶有二氧 化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的氢离子增 多，这就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性 水 膜 为 电 解 质 溶 液 的 微 小 原 电 池 ， [2] 属 于 电 化 学 腐 蚀，反应方程式如下所示。
在近 5年中，减压炉热管式空气预热器已进行 了 3 次检修。前 2 次检修更换了 50%的热管，采购 热管和修理费每次消耗近 20 万元，2 次共花费约 40 万元。本次检修采购热管花费 10 万元，检修施工 费用花费 5 万元，合计修理费 15 万元，且停运 10 天左右。由此可见，该装置运行不到 2个周期，减 压炉热管式空气预热器所消耗的检修维护资金总共 约为 55 万元，几乎达到了本身购置费。更换热管 只是目前的解决方式，想要更有效地解决上述问 题，还需要更深入地进行研究探讨。
虽然热管式空气预热器在石化行业的加热炉烟 气余热回收系统占有非常大的市场份额，且不断有 新的技术出现，但不适合锦西石化Ⅰ套常减压装置 减压炉燃烧自产瓦斯的生产特点。主要是因为自产 瓦 斯 S 含 量 较 高 ， 较 低 时 在 15 000 mg/m3 左 右 ， 最 高 时 超 过 27 000 mg/m3， 将 排 烟 温 度 控 制 在 130 ℃ 以上也不能保证露点腐蚀不发生，所以烟气的露点 腐蚀是热管失效的主要原因。 2.3 热管内传热工质失效
冯爱金：热管式空气预热器的故障分析及解决方案探讨 第 9 卷第 4 期 （2019-04）
热管式空气预热器的故障分析及解决方案探讨
冯爱金 （中国石油锦西石化公司）
摘要：锦西石化公司Ⅰ套常减压装置加热炉的烟气余热回收系统采用热管式空气预热器， 由于近几年来设备故障频发，其检修费用和维护成本较高。通过对热管式空气预热器故障原因 的具体分析，提出了相应的解决方案，即用新型的板式空气预热器代替原热管式空气预热器。 实施此方案不但可以节省空气预热器的维护成本，还可提高其运行效率，延长设备运行周期， 并且在一定程度上解决了热管工质易失效和露点腐蚀严重等问题。
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设备·产品 / Equipment & Product
图 1 低温段 304 材质热管翅片腐蚀严重
图 4 烟气侧底部积灰至人孔下缘
图 2 304 材质热管本体腐蚀断裂
图 5 热管积灰结垢严重
图 3 碳钢热管腐蚀泄漏 石油石化节能 www.syshjn.com
1 故障检修
锦西石化Ⅰ套常减压装置减压炉为立式圆筒 炉 ， 热 负 荷 为 21.648 MW， 主 要 燃 料 以 天 然 气 为 主，以装置内蒸发塔、常压塔和减压塔塔顶的自产 瓦斯为辅。其余热回收系统采用热管式空气预热系 统，壳体材质为碳钢，热管共 832 根，热管材质其 中有三分之一为 304 材质，置于低温段，其余全部
第 一 作 者 简 介 ： 冯 爱 金 ， 工 程 师 ， 2008 年 毕 业 于 沈 阳 农 业 大 学 （机 械 设 计 制 造 及 自 动 化 专 业）， 从 事 石 油 石 化 行 业 设 备 管 理 工 作 ， chinafaj@163.com，辽宁省葫芦岛市连山区新华大街 42#锦西石化公司蒸馏车间，125001。
关键词：热管式空气预热器；积灰结垢；露点腐蚀；工质失效；板式空气预热器 DOI: 10.3969/j.issn.2095-1493.2019.04.014
锦西石化Ⅰ套常减压装置加热炉目前使用的烟 气余热回收系统是热管式空气预热器，投用以来， 一直存在热管易失效、运行效率不稳定、运行周期 短、维护成本高等问题。空气预热器历次检修清垢 及更换部分热管后，运行 1年左右换热效率就明显 下降，而运行 1年半以后，换热效果就会差到严重 影响加热炉效率达标的程度。
图 6 减压炉 DCS 示意图
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冯爱金：热管式空气预热器的故障分析及解决方案探讨 第 9 卷第 4 期 （2019-04）
2 故障原因分析
2.1 热管内积灰结垢严重 该减压炉主要燃料以天然气为主，但还需要消
耗装置内蒸发塔、常压塔和减压塔塔顶的自产瓦 斯。由于装置内自产瓦斯 S含量较高，燃烧后烟气 中灰分较多，烟气在经过空气预热器换热后温度降 低到接近露点区域，产生的湿灰不容易被吹灰器吹 掉，吹灰后灰不能排入大气，都沉积下来。目前的 热管式空气预热器的结构也不合理，热管垂直放 置，且底部无积灰室，这样的结构导致烟气侧的灰 垢沉积更加严重，阻塞烟气侧热管正常换热。 2.2 热管由于露点腐蚀发生泄漏
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为碳钢热管，置于高温段。 检修前 2个月，减压炉的空气预热器效率已有
明显降低的趋势。2 个月后，已严重影响了加热炉 日常的生产操作，排烟温度在 150 ℃左右且无法通 过工艺调节来降低，这直接导致加热炉效率不能达 标。所以，决定采购 25%的热管，并利用 10 天时间 对减压炉的空气预热器进行检修，将热管全部抽出 清洗，检查内部积灰结垢严重，通过宏观鉴定有 100 根热管腐蚀泄漏。另外，通过热水试验有 85 根 热管由于内部工质失效导致不传热，腐蚀失效的热 管数占总数约 12%，工质析氢失效占总数的 10%。 提前采购的热管已全部更换，并在相应位置上做了 标记和记录。具体情况如图 1至图 5所示。
经研究分析得知，其中积灰、露点腐蚀、热管 失 效 是 热 管 式 空 气 预 热 器 效 率 下 降 的 主 要 原 因 。 [1] 为了延长空气预热器的运行周期，降低维护成本， 保证换热效率，把现有的热管式空气预热器更换为 板式空气预热器是一个有效的解决办法。新型板式 空气预热器具有传热性能高，不易积灰、清灰简 单，换热部件使用寿命长，适应性强、操作弹性 大，维护成本低，模块化、安装灵活，阻力小等优 点，也伴随有换热板翅化难于清理等缺点，但上述 不足可通过设备改造和优化设计予以避免。由此可 见，新型的板式空气预热器非常适合锦西石化Ⅰ套 常减压装置加热炉生产的实际情况。
热管工质与管壁金属里的铁发生析氢反 应， 导致热管内真空度下降，热管受热后工质气 化率下降，导致热管失效。发生析氢反应的原因是 钢铁中都含有碳元素，在潮湿空气中，钢铁表面会 吸附水汽而形成一层薄薄的水膜，水膜中溶有二氧 化碳后就变成一种电解质溶液，使水里的氢离子增 多，这就构成无数个以铁为负极、碳为正极、酸性 水 膜 为 电 解 质 溶 液 的 微 小 原 电 池 ， [2] 属 于 电 化 学 腐 蚀，反应方程式如下所示。