重整四合一加热炉衬里粉化原因分析及对策

苏 健 李广占 姜文功 梁 伟 王三勇

(1.四川石化公司生产三部；2.独山子石化公司炼油厂)

独山子石化公司重整联合车间50万t/a半再生重整装置2011年停工检修过程中，对重整四合一加热炉进行鉴定。针对检修状况，分析了加热炉衬里粉化的原因，提出预防措施。

1 加热炉衬里粉化情况

1.1 对流室

对流室外壁温度在50～60℃之间，未发现有异常超温现象。打开检查孔，对流室内轻质浇注料衬里完好，但翅片管上积垢严重，厚度6～7mm(图1)。

图1 翅片管积垢照片

1.2 辐射室

对四合一炉外壁进行测温，发现F-202东侧炉壁温度高达360℃，其余部位测温在55～65℃。炉膛外观检查，F-202辐射室炉膛东墙衬里脱落约8m2，炉顶衬里脱落约2m2，其他部位外观未发现问题。对衬里进行探孔进行检查，其中F-201抽查9处，F-202抽查9处，F-203抽查6处，F-204抽查6处，共30处。抽查结果如下：

a. 衬里纤维粉化层厚度分布在4～7cm之间，分布规律是炉墙下部约4～5cm，炉墙中部约4～6cm，炉墙上部约6～7cm，其中已脱落部位的纤维衬里粉化层为5～6cm。

b. 采用pH试纸测试炉墙衬里酸碱度，粉化层pH分布在1～3之间，呈强酸性质。其中pH值在1～2之间29处，2～3之间1处，衬里已脱落部位pH值为1～2，衬里迎火面pH值均为6。委托检测机构对粉化层纤维进行分析:四合一炉粉化纤维中SO42-含量占66.27%(质量分数)。

c. 检查炉墙保温钉断裂脱落情况，对30处探孔进行检查，其中保温钉全部脱落约7处(占总抽检数量的23%)，部分脱落达23处。这部分脱落的23处探孔中共检查到保温钉数量约110根，已脱落保温钉数量约89根，脱落率达81%。钢板有层状硬锈(钢板原设计厚度5mm，材料Q235-B)。F-202东侧超温区测量壁板厚度在3.89～4.49mm，其余厚度均在4.2～5.0mm。

2 原因分析

翅片管积垢原因是一般燃油或燃气中均含有少量的硫，硫燃烧后全部生成SO2。由于燃烧室中有过量的氧气存在，所以又有少量的SO2(1%～3%)进一步与氧化合形成SO3。在高温烟气中的SO3气体不腐蚀金属，但当烟气温度降低到400℃以下，SO3与水蒸气化合生成稀硫酸。当稀硫酸凝结到炉尾部的受热表面时就会发生低温硫酸腐蚀。与此同时，这些凝结在低温受热表面的硫酸液体，还会粘附烟气中的灰尘形成不易清除的积垢，使烟气通道不畅甚至堵塞，2010年10月～2011年5月加热炉烟气中SO2含量见表1，可以看出烟气中硫含量平均在1 000～1 500mg/m3，最高时达2 000mg/m3。

表1 检修前加热炉烟气中SO2含量 mg/m3

注：重整装置加热炉瓦斯一部分来源于重整装置自产瓦斯，一部分来源于柴油加氢装置自产瓦斯。而来源于柴油加氢V-402、V-403/1瓦斯中的硫含量(主要以H2S形式存在)在10g/m3以上。

正常的陶瓷纤维直径3～5μm，长度20～50mm,目前所检查的粉化层状态为粉化物或粉化物的板结块，无纤维形态。分析其原因是由于纤维内的部分杂质如氧化铁、氧化钠及氧化钾等金属氧化物与酸性气体或酸性液体起化学反应，导致纤维断裂最终粉化。另外，陶瓷纤维长期在露点温度下工作，气孔间的液态硫酸和陶瓷纤维发生典型的化学反应，产物为硫酸铝,这时陶瓷纤维的颜色呈现黄色，腐蚀的空洞增大并残缺不齐从而失去弹性，整个衬里间陶瓷纤维的残留量在不断减少，外部表现为粉化物。

正常的纤维衬里层应呈中性，目前检查的粉化层pH值分布在1～3之间，呈强酸性。分析其原因是由于燃料中含有硫化物，燃烧后以SO2，SO3，H2S 形态随烟气渗透至衬里内部，最终在衬里内由于温度降低与水蒸气凝液形成酸性液体而富集，随着时间的推移浓度增大，呈强酸性。而衬里迎火面温度较高，衬里内只形成流动的酸性气体，富集的可能性较小因此呈弱酸性。

四合一加热炉保温钉断裂位置一般发生在保温钉转角处，无明显缩径现象，为横截面断裂。分析是由于酸性液直接腐蚀保温钉导致保温钉金属金相破坏，具有露点腐蚀特征。而预加氢F-102圆筒加热炉保温钉断裂有直接横截面断裂，也有明显的缩径现象，既具有应力腐蚀特征，也具有露点腐蚀特征。

3 处理措施

将四合一炉辐射室原有衬里全部清除，钢板采取喷砂除锈。在四合一炉辐射室壁板上重新焊接V形保温钉，采用100mm厚改性轻质耐热衬里作为阻汽层，采用100mm厚致密型耐火纤维衬里作为隔热耐火层。这种致密型纤维衬里是用耐火纤维散棉与高温结合剂采用特殊喷涂的方法直接成型，不存在施工焊缝，并且在喷涂衬里的过程中，纤维呈三维网结构，克服了纤维收缩的内部应力，高温下衬里不会产生定向收缩，避免了收缩裂缝提高了加热炉的热效率，也有效地避免了硫腐蚀。

2011年大修期间对柴油加氢装置含硫瓦斯流程进行改造，并移位安装富气压缩机。随着富气压缩机的投入运行，可向硫磺装置输送含硫瓦斯1 600m3/h，经过硫磺装置脱硫后，进入系统瓦斯，而瓦斯硫含量也直接由原来的20g/m3以上降低到100mg/m3以下。重整装置四合一加热炉烟气硫含量也由以前的1 400mg/m3以上降低到50mg/m3以下。

4 结束语

改造后的四合一加热炉投用后，对外壁进行测温，炉外壁平均温度在35～40℃，加热炉运行状况良好，无超温现象。为保证加热炉安全、平稳、长周期的运行，应采取以下措施：运行中要严格控制炉膛工艺操作参数，严禁出现超温现象；定期对炉外壁进行测温，并留下测温记录以作对比；定期对炉膛烟气进行取样，分析其中的S含量，防止炉膛衬里纤维发生露点腐蚀。