制氢转化炉对流段板式换热器露点腐蚀分析

2012-04-18田宵阳

科技传播 2012年11期

关键词：露点板式制氢

田宵阳

辽阳石化分公司炼油厂加氢一车间，辽宁辽阳 111003

0 引言

辽阳石化分公司制氢装置的造气转化部分采用双套转化，A套以轻石脑油、焦化干气为原料；B套以轻石脑油、加氢干气、粗氢提纯N-PSA尾气或者膜分离的非渗透气作原料。两套转化均采用烃-蒸汽转化法制取粗氢，单套转化可生产纯氢25kN·m3/h。

制氢炉为强制通风顶烧式转化炉，转化炉对流段（参考下图1）沿烟气走向依次为水保护段、原料预热段、蒸汽过热段、蒸汽发生段、空气预热段。由空气预热段的板式换热器来完成转化炉烟气与空气的对流传热，实现了空气的预热和烟气的热量回收。

图1 制氢转化炉对流段简易流程图

1 事故简介

1.1 事故现象

2011年4月20日上午，我制氢A套结束计划窗口检修，开始正常开车。引高压燃料气到转化炉燃烧器，点6只小火嘴，开始升温。点火后，发现火苗无力、上卷、红色，有轻微烟。很快，燃烧器上部的风道铁板被烧红，6只全一样。开大鼓引风挡板，炉燃烧状况无改善，情况异常。

1.2 判断处理过程

1）检查燃料系统。燃料气压力0.45MPa，燃料气阀HC1201开度15%，大小火嘴连通阀关闭，燃料系统正常，排除燃料原因；2）室内开关鼓引风机挡板，均能产生正常的负压变化，排除鼓引风机及烟气部分故障；3）怀疑鼓风量不足，调整现场二次风门，毫无效果。增启一台鼓风机，对负压影响显著，对火苗却仍无影响。故判断应该是空气预热段出现问题。

1.3 事故确认及总结

1）停燃料气，熄火，装置开车被迫中止。吊出空气预热段板式换热器查看，1/4破损严重，部分板式换热器表面粘附大量硫化物；2）炉出口烟气氧含量偏大，且风道无风，说明是助燃空气出现问题，而又已经证明鼓风机及挡板好用，那么问题只能出在空气预热部分，空气被引风机直接由板式换热器处吸进烟囱，炉顶燃烧器助燃空气量不足，造成燃烧异常；3）由吊出的板式换热器可知，硫化物在板式换热器表面粘附，也影响了烟气与空气换热效果，在检修过程中应一并解决。

2 原因分析及机理探讨

2.1 原因分析

由于板式换热器表面腐蚀破损且附着有硫化物结垢，故判断造成事故的真正原因应为硫酸的露点腐蚀。

2.2 腐蚀机理

2.2.1 硫酸的露点腐蚀

以重油或含硫瓦斯为燃料的工业加热炉，常由于烟气中生成的硫酸在空气预热器、烟道等温度较低处凝聚而引起腐蚀，这种现象称为硫酸露点腐蚀。

燃料在燃烧时，其中的H2和O2化合生成水蒸气（H2O），因而使炉子中的烟气带有大量的水蒸气。另外燃料中的S在燃烧后生成SO2，其中少量的SO2进一步又氧化成SO3，SO3与烟气中的水蒸气结合生成硫酸（H2SO4）。

硫酸的浓度影响腐蚀速度。稀硫酸属非氧化性酸，此类酸对金属材料的腐蚀行为宏观表现为金属对氢的置换反应。就常用材料碳钢而言，在稀硫酸环境中处于活化腐蚀状态，碳钢在稀硫酸或其它非氧化性酸溶液中的腐蚀属于阳极极化及阴极极化混合控制过程。浓硫酸对钢材的腐蚀速度很低，而当浓度为50%左右时硫酸对碳钢的腐蚀速度最大。

露点温度的高低除与燃料中的含硫量有关外，还与过剩空气系数和三氧化硫的生成量等因素有关。过剩空气越多，则燃烧中SO2被氧化成SO3的份额就越多，露点温度越高。

2.2.2 装置板式换热器露点腐蚀分析

结合我制氢装置本身，完全符合发生硫酸露点腐蚀的条件。

首先，转化炉所燃烧的燃料气中大部分为焦化干气，其中硫含量≧200ppm，在烟道气中也已检出有SO2等含硫成分，生成硫酸就变得合理，而含有硫酸蒸汽的烟气露点大为升高，当受热面的壁温低于露点时，含有硫酸的蒸汽就会在受热面上凝结，对材质为碳钢Q235-A的空气预热器造成腐蚀。

其次，由于预热空气入口温度为常温状态，到了秋冬季就会更低，在空气预热段后部，较低温烟气与低温空气换热，在实际生产过程中达到露点温度是很难避免的。

还有，由吊出的空气预热段板式换热器可知，有大量硫化物结垢附着在受热面上，不但影响了传热效果，增加了烟气侧的流动阻力，还会加剧腐蚀，而且在一定程度上堵塞通路。

3 处理方法及应对措施

3.1 处理方法

1）更换破损的板式换热器，清理表面结垢的板式换热器；

2）严格控制烟气出口温度，不应单纯为追求加热炉热效率而一味降低对流段烟气出口温度；控制过剩空气在2.5～3.5之间，保证烟道气氧含量不过高；

3）减少低温露点腐蚀最重要的是使加热元件的壁温高于露点，提高壁温可以通过提高板式换热器入口空气温度来达到，我们已研究采用方法将入口空气温度提高。另外，我们还积极考虑采用采用耐腐蚀材料等有效措施。

3.2 处理效果

转化A套正常开车，火嘴燃烧情况、鼓引风系统正常。如下表1，生产正常条件下，对比板式换热器更换前后空气预热效果。

表1 板式换热器更换前后工况对比

5月（更换后）5.3 452 180 51 280 3.4

由上表可以总结出：相近负荷下，在更换板式换热器之后，板式换热器前后烟气温度、温差降低，烟气热回收效率有了明显提高；在满足生产要求前提下，风量及烟道气氧含量明显减少且可控。这些说明更换清理部分板式换热器行之有效，转化炉运行恢复正常，节省了能源，烟气余热得到了更有效的利用，生产恢复了正常，消除了安全隐患。