热媒自循环技术对加热炉露点腐蚀的防护研究

2015-11-29郜建松孙志钦孟庆凯

石油化工腐蚀与防护 2015年6期

郜建松，孙志钦，孟庆凯

(中石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳技术研发中心，河南洛阳 471003)

随着石化企业加工原油硫含量的上升，在管式加热炉余热回收系统中，烟气往往在空气预热器、余热锅炉等设备的换热面上产生强烈的露点腐蚀，甚至在不到一年的运转时间内，换热面就严重腐蚀穿孔，威胁到装置的安全和稳定运行。露点腐蚀已经成为炼化企业加热炉“节能减排”的瓶颈。多年来，人们为了预防加热炉的低温露点腐蚀开展了诸多研究工作，比如开发抗腐蚀新材料ND 钢换热管［1］、在烟气换热管表面增加搪瓷涂层［2］以及调节空气流量控制排烟温度［3］等，但从应用的效果来看都受到一定的局限。近年来，无低温腐蚀的水热媒技术开始在一些企业的加热炉余热回收系统中应用，取得了良好的效果。但该技术的热媒循环需要动力泵输送，若有气阻会造成热媒水泵不上量，同时该技术对公用系统配套的热媒水的稳定性要求十分苛刻［4］。

为了进一步提高加热炉余热回收系统露点腐蚀的防护技术，中石化炼化工程(集团)股份有限公司洛阳研发中心研究开发了新的加热炉露点腐蚀防护技术——热媒自循环技术。

1 热媒自循环技术的基本原理

热媒自循环技术是一种通过密闭系统内的热媒相变过程完成与外界热量交换的传热技术。热媒体自循环系统由热媒蒸发器和热媒冷凝器组成一个热媒闭路循环系统(见图1)。

图1 热媒自循环技术原理

热媒一般选用无毒、无害、无腐蚀、造价较低的除氧水，热媒在热媒蒸发器内吸收高温流体的热量，在降低高温流体温度的同时自身蒸发形成气相;热媒蒸汽依靠蒸发产生的压力进入热媒冷凝器将热量传给低温流体，在升高低温流体温度的同时自身被冷凝成液体，然后依靠重力再次进入热媒蒸发器取热，依次循环，从而实现把高温流体的热量传递给低温流体的目的［5］。在加热炉余热回收系统的实际应用中，高温流体为对流段排出的高温烟气，低温流体为需要预热的燃烧器助燃空气。热媒自循环技术中热媒的循环是依靠冷凝液的位差和重力作用，不需要外加动力，无机械运行部件，提高了设备的运行可靠性，减少了运营费用。而且热媒的相变潜热大，在极小的温差或等温下就能迅速地把大量热量从蒸发器传至冷凝器，传热速率快，效率高，所以热媒自循环传热设备具有体积小、重量轻的特点。

2 试验装置

热媒自循环技术在加热炉余热回收系统应用的试验装置流程见图2。

图2 热媒自循环烟气余热回收系统试验装置流程

该系统主要有烟气发生器、热媒蒸汽发生器、板翅冷凝器、热媒流量调节阀和烟气温度比较器等设备组成，以水为传热媒介，建立一个闭式循环系统。热媒水吸收从烟气发生器过来的高温烟气的热量后，变成蒸汽，依靠蒸发产生的压力进入板翅冷凝器，与常温冷空气进行热量交换，蒸汽重新被冷凝成水，靠重力回到热媒蒸汽发生器。常温空气经过预热后，温度升高进入烟气发生器助燃。如此循环将烟气热量源源不断传给助燃空气。在热媒蒸汽发生器出口和板翅冷凝器进口之间，设置蒸汽流量调节阀，在热媒蒸汽发生器出口烟气管路上设置烟气温度变送器，烟气温度变送器和水蒸气调节阀联锁构成一个控制调节回路。当烟气酸露点温度的变化超过一定数值时，比较器将会把烟气酸露点温度和烟气温度做比较，根据比较结果向蒸汽流量调节阀发出开大或关小的操作信号，通过调节蒸汽的循环流量，达到控制烟气和助燃空气之间热交换量的目的，使加热炉的排烟温度始终高于酸露点温度5～10 ℃，从而在避免热媒蒸汽发生器产生露点腐蚀的前提下，最大限度回收烟气余热［6］。热媒水、助燃空气和烟气流程如下:

①热媒水循环流程:

热媒蒸汽发生器→流量调节阀→板翅冷凝器→热媒蒸汽发生器。

②空气流程:

冷空气→板翅冷凝器→烟气发生器。

③烟气流程:

烟气发生器→热媒蒸汽发生器→烟囱。

3 结果与讨论

3.1 设计参数

热媒自循环余热回收系统试验装置的主要设计参数见表1，该装置参数模拟工业装置实际运行参数设计。

表1 余热回收系统试验装置的参数

3.2 运行参数

热媒自循环余热回收系统试验装置的主要运行参数见表2。

表2 余热回收系统试验装置的运行情况

考虑到换热面壁温不均等因素，为了避免热媒蒸汽发生器产生露点腐蚀，一般取排烟温度比烟气酸露点温度高5～10 ℃比较安全［7］。假定随着加热炉用燃料气(油)硫含量的变化，热媒蒸汽发生器出口管路上的烟气酸露点温度仪检测值为132 ℃，则热媒蒸汽发生器出口烟气温度必须在137 ℃以上运行，才能避免热媒蒸汽发生器产生露点腐蚀。烟气酸露点温度变化后热媒自循环余热回收系统试验装置的主要运行参数见表3。

表3 烟气酸露点温度变化后试验装置的运行参数

3.3 运行分析

从试验装置运行参数看，当烟气酸露点温度升高，需要热媒发生器烟气温度相应升高时，热媒循环调节阀减少了热媒循环量，烟气取走的热量减少，助燃空气温度从81 ℃相应降低为50 ℃，出口烟气温度从132 ℃升高为138 ℃，高于烟气酸露点温度6 ℃，从机理上有效避免了热媒发生器产生露点腐蚀的可能。同理当烟气酸露点温度降低，热媒循环调节阀也会增加热媒循环量，使烟气取走的热量增加，升高助燃空气的温度，从而实现最大限度的节能。

热媒水在系统内循环时，水蒸汽的压力接近于常压，系统操作运行的安全系数高。考虑到测量误差和减少装置运行波动等因素，在实际应用时，可以在烟气酸露点温度变化超过一定数值时(比如±10 ℃)，再调节热媒循环量。