浅谈加热炉结垢的危害及预防措施

浅谈加热炉结垢的危害及预防措施

王吉胜 吴新建 黄永辉 张建华 王群英 新疆油田公司采油二厂

加热炉是原油处理的重要设备之一。对含水原油进行加热后，达到最佳脱水温度，在进入后续处理工艺时，能有效脱出游离水。因原油含水偏高，极易使加热炉结垢，严重影响系统正常生产。本文通过采取的一系列措施，确保加热炉高效、平稳运行。

加热炉；结垢原因；结垢危害；预防措施

1.水垢的形成及性质

水垢的形成是一个复杂的物理化学过程，其原因有内因和外因两方面。一是内因,水中有钙、镁离子及其它重金属离子存在，是水垢形成根本原因；二是固态物质从过饱和炉水中沉淀析出并粘附在金属受热面上，是水垢形成的外因。当含钙、镁等盐类杂质的水进入加热炉后，吸收高温烟气传给的热量，钙、镁盐类杂质便会发生化学反应，生成难溶的物质析出。析出物成为固体沉淀析出，附在锅筒、水冷壁管等受热面内壁上，形成一层“膜”，阻碍热量传递，这层“膜”称之为水垢。

水垢的组成或成分比较复杂，不是一种单一化合物，而是以一种化学成分为主，并同时含有其它化学成分。按其水垢的化学成分，一般可分为碳酸盐水垢、硫酸盐水垢、硅酸盐水垢、氧化铁水垢、含油水垢、混合水垢及泥垢等几种。

水垢是一种导热性能极差物质，为加热炉钢材的十分之一到数百分之一，是“百害之源”。在各种水垢中，硅酸盐水垢最坚硬，导热性能非常小，容易附在加热炉受热面最强的蒸发面上，是危害最大的一种水垢。

2.水垢对加热的危害

（1）降低加热炉热效率，浪费燃料。加热炉结水垢后，受热面传热性能变差，燃料燃烧放出的热量不能迅速传递，大量热量被烟气带走，使排烟温度升高，增加排烟热损失，效率降低。要想保住加热炉额定参数，必须加大投加燃料，并加大鼓风和引风强化燃烧。造成大量未完全燃烧物质排出烟囱，增加燃料消耗。加热炉炉膛容积是一定的，无论投加多少燃料，燃烧是受到限制的，因而加热炉的热效率不可能提高。水垢越厚，热效率就越低，燃料消耗越大。实验表明，当水垢达1.5mm时，就多消耗6%燃料；5mm时，燃料消耗就达到15%；8mm时，增至34%。我站目前5台5000KW加热炉用4备1，若加热炉有不同程度水垢，浪费的燃料十分惊人，4台加热炉水垢达到10mm时，每天燃气多消耗1000m3。

（2）引起金属过热，强度降低，危及安全。加热炉受热面使用的钢材，一般为20#碳素钢，允许壁温在450℃以下。加热炉在正常运行时，金属壁温一般在280℃以下。当加热炉受热面无垢时，金属受热后能很快将热量传递给水，此时两者的温差约30℃。但是，若受热面结生水垢，情况就大大改变。例如，当工作压力为1.25MPa，若有1mm水垢，金属壁与介质的温差会达到200℃左右。也就是说此时金属壁温度在钢材允许温度之内。但水垢3mm时，温度上升到580℃，远远超过钢材允许温度。因而，钢材抗拉强度就会由原来的3.92MPa下降到0.98MPa，受压元件在内压作用下发生过热鼓疱、变形、泄漏，甚至爆炸。另外，温度的升高会使金属伸长，如1m炉管，每升100℃，伸长1.2mm，对于没有伸缩余量的受热面，就引起炉管龟裂。实测数据表明，金属壁温度随着水垢厚度增加而增加的，水垢越厚，金属壁温越高，事故发生的机率就越大。

（3）破坏介质循环。加热炉水循环为强迫水循环形式。都是经过设计计算的，也就是说保证有足够的流通截面积。当炉管内壁结水垢后，会使管内流通截面积减小，流动阻力增大，破坏正常的介质循环，使向火面的金属壁温度升高。当管路被水垢堵死后，水循环则完全停止，金属壁温更高，长期下去会因过热发生爆管事故。水冷壁管均匀布置在炉膛内，吸收的是辐射热。如果结水垢，就易发生鼓疱、泄漏、弯曲、爆破等事故。

（4）增加检修量，浪费资金。加热炉一旦结垢，就必须要清除，才能保证加热炉安全运行。清除水垢就必须要采用化学药剂，如酸、碱等。水垢越厚，消耗的药剂越多，投入的资金也越多。例如1台5000KW加热炉若平均结垢10mm，除一次垢需浓度15%盐酸溶液15m3，加上人工费，需10万元左右。按加热炉吨位的不同，吨位增加，所需药剂就增加三分之一，资金也相应增加。一般锅筒内结垢，易消除，但若管内结垢消除困难。不仅如此，若发生爆管事故，换新管时，焊接很不方便。锅筒鼓疱挖补时，要求高，时间长，施工困难。一次大的鼓疱挖补修复，耗费资金1至2万元左右。总之，无论是化学除垢还是修理，都花费大量的人力、物力和财力。

（5）缩短加热炉使用寿命。在正常使用条件下，加热炉能连续运行20年左右。但为什么现在大部分没有达到这一寿命呢？其原因是多方面的，其一就有水垢的影响。锅筒发生鼓疱，挖补修复后，要适当降压使用，以确保安全。有些加热炉因鼓疱面积过大且变形严重而不得不报废；有的虽能修复，但费用过高无价值，也不得不报废。当酸洗方法不当或酸洗频繁也会影响加热炉使用寿命。另外，因水垢中含有卤素的离子，在高温下对铁有腐蚀作用，会使金属内壁变脆，并不断向金属壁深处发展，造成金属腐蚀，缩短加热炉使用寿命。

3.水垢的预防

要保证加热炉不结垢或薄垢运行，要加强加热炉给水处理，这是保证加热炉安全和经济运行的重要环节。预防水垢生成，常采用下列方法：

（1）锅外水处理。适用于各种加热炉。主要是向加热介质中加入化学药品，使介质中形成水垢的钙、镁盐形成疏松的沉渣，通过介质的流动排出炉外，起到防止或减少加热炉结垢的作用。

（2）加药阻垢处理。首先将各种药品配制成溶液，然后再将阻垢剂加入进口管线内。通常磷酸三钠的溶液浓度为5～8%，碳酸钠的溶液浓度不大于5%，氢氧化钠的浓度不大于1～2%。最好采用连续加药法，这样可使炉内保持药液的均匀，收到较好效果。

（3）采用设备阻垢。采用超声波阻垢仪及在加热炉弯头处多点安装超声波儿振动探头，是原油污水介质中的钙镁离子始终处于振动状态，减少水垢的形成。

（4）减少原油含水达到节约能源，减少结垢延长加热炉的使用寿命。

以上虽然介绍三种水处理方法，但工作是否落实到实处，关键在于管理。因而，需要树立“安全第一，预防为主”的思想，真正认识到水垢的危害的重要性。早发现早处置，避免加热炉在重度结构的状态下运行，动态监控发现压差过大时及时采用化学清洗，除净炉管内水垢，定期检测炉管壁厚，做到防患于未然，保证加热炉安全高效运行。

[1]王保卫，瞿玉华.浅谈锅炉中水垢的危害及其预防.锅炉制造.1997-08-15.

[2]李德宝.基于CAN总线的锅炉水处理控制系统设计.大连交通大学硕士论文.2009-12-19.