热管空气预热器在实践中应用及改进措施分析

丁平　张米川（中国石油乌鲁木齐石化分公司炼油厂，新疆　乌鲁木齐　830019）

热管空气预热器在实践中应用及改进措施分析

丁平张米川（中国石油乌鲁木齐石化分公司炼油厂，新疆乌鲁木齐830019）

主要针对热管空气预热器，在常减压装置加热炉余热回收应用过程中，腐蚀、结垢问题造成热管运行周期短，进行原因分析，并提出解决办法。

常减压装置加热炉；热管空气预热器；存在问题；分析；改进措施

乌鲁木齐石化公司炼油二套常减压装置的加热炉总热负荷为31.5MW，于1995年7月建成投产，通过烟道将烟气引至地面与入炉空气在热管式空气预热器中进行热交换的方式，回收高温烟气余热。由于加热炉是常减压装置耗能的主要设备，用能占装置能耗的75%以上，因此提高热管式空气预热器的运行效率，对节能降耗，装置能耗达标具有十分重要的意义。

1　空气预热器的结构及原理

1.1热管的结构及原理

热管是空气预热器的核心元件，其性能的好坏与空气预热器整体运行状况优劣密切相关。我装置加热炉空气预热器所用的为重力式气—气热管换热器，工作介质为水，由管壳和工质两部分组成，以相变潜热传热和同相显热传热相结合的方式进行工作，传热效率高，结构简单，检修方便。

1.2空气预热器结构组成

我装置常压炉和减压炉烟气余热回收系统中均采用的热管式空气预热器，主要由翅片式热管束、上箱体、下箱体、中隔板、顶盖和壳体绝热保温层组成，上盖、上箱体、中隔板、下箱体之间均采用石棉绳密封，下箱体走高温烟气，上箱体走冷空气，烟气和空气由引风机和鼓风机强制在各自的流通空间逆向流动，每支热管都是一个独立的传热元件。为了定时清除沉积在热管翅片表面的积灰，采用固定式蒸汽吹灰器。我装置热管式空气预热器设计参数见下表。

2　热管空气预热器存在问题及原因分析

2.1热管检修及更换情况

两炉烟气余热回收系统自投用以来，因热管结垢、腐蚀问题使用周期一直较短，影响到装置余热回收系统长周期运行。

2.2热管空气预热器运行工艺状况

热管式空气预热器经检修清洗或更换的新热管，运行时间超过半年后，换热效率明显下降，排烟温度上升，预热空气温度大幅度下降，影响加热炉余热回收系统的正常运行，无法适应装置长周期运行需要。

3　热管空气预热器运行失效原因分析

根据对检修时拆下的热管现场鉴定，两炉空气预热器热管运行失效，主要是腐蚀泄漏或翅片脱落、爆管、结垢和工质发生变化几个方面原因造成。

3.1腐蚀泄漏或翅片脱落原因分析

3.1.1为了防止烟气露点腐蚀，设计烟气出口为180℃，而装置在检修后开工初期，由于热管运行效率高，烟气排烟温度较低，使烟气出口侧的几排热管产生严重腐蚀，导致翅片脱落，有的热管壳体腐蚀穿孔。腐蚀机理如下：

烟气中SO2与过剩氧反应

SO2+O2→SO3

SO3+H2O→H2SO3

H2SO3+O2→H2SO4

SO42-+Fe→Fe SO4

3.1.2空气预热器为了清除积灰采用固定式蒸汽吹灰器，在预热器下箱体中间安装两排蒸汽喷射管，由于吹灰蒸汽常常达不到要求温度，甚至带水，与烟气中SO3形成高浓度的酸液腐蚀热管，与烟尘混和呈泥状，粘附在翅片上形成垢层，影响热管传热。

3.1.3对于气-气热管换热器，蒸发段在操作过程中外热内冷，翅片较管子膨胀多，翅片极易与管子脱开，而在冷凝段则与此相反。

3.2积灰结垢原因分析

3.2.1吹灰后带有一定湿度的灰垢与腐蚀产物结全，形成沉积物，沉积在蒸汽喷射不到的热管翅片上。

3.2.2装置加热炉使用炉管清灰剂，其主要成份为硝酸盐、铵盐和铜盐，未燃烧完全或燃烧后产物，随烟气进入空气预热器在热管上形成坚硬的盐垢。

3.2.3固定式吹灰器间断使用（一周一次），蒸汽线内锈皮堵塞蒸气喷射孔，部分热管翅片吹不到，加剧了灰尘积集。

3.3爆管及工质发生变化原因分析

3.3.1该地区冬季气温最低可达-30℃，对于水工质热管冬季停用不采取相应防冻措施，很容易造成冻裂损坏。

3.3.2因预热器中隔板堵孔腐蚀脱落操作异常，燃料气因引烟机作用被吸入空气预热器，在空气预热器内形成剧烈燃烧，温度高达830℃，热管部分产生爆裂。

3.3.3水热管内壁虽进行了钝化处理，一旦干烧或超温钝化层立即被破坏，在管内产生不凝气体-氢气，从而在热管上部形成导热死区，影响传热效果。

4　改进措施

4.1为了避免蒸汽吹灰带来的吹灰不彻底、结垢和腐蚀问题，应用声波吹灰技术。

4.2为了保证翅片和管子在高温操作条件下紧密接触，在烟气段采用高频焊接，空气段紧帖管壁缠绕，翅片端头点焊固定。

4.3为消除导热死区，防止工质低温冻结、高温超压，可采用工质由多种无机活性金属及其化合物混合而成、温压比较小的超导热管。

4.4根据预热器的实际需要，定制热管时选择合适的翅化比，以调整出口烟气温度，避免减少热管根数后造成中隔板堵孔。

4.5减少燃料气中的硫含量，加热炉控制好“三门一板”，过剩空气系数控制1.02～1.10之间低氧燃料，控制SO2转化成SO3的量，降低露点腐蚀。

4.6采用烟道挡板与鼓风机、引烟机的自动连锁控制，鼓风机或引烟机停用自动打开烟道挡板，防止热管干烧损坏或焖炉。

4.7加强空气预热器操作管理，冬季引烟机停用，立即停用鼓风机，防止低温空气冻结热管工质；鼓风机停用同时立即停止引烟机，防止热管干烧；加热炉投用炉管清灰剂时，打开烟道挡板烟气直排。

［1］刘纪福等《热管换热器》（译文集）1980.

［2］乌石化公司常减压（Ⅱ）操作规程Q/CNPC-WSH L0641-1999修订.

丁平（1984-），女，汉，重庆潼南人，助理工程师，主要从事设备管理工作。