加热炉空气预热器结垢及腐蚀原因分析

2021-04-30葛玉龙

全面腐蚀控制 2021年2期

左甜葛玉龙

（1. 中海油炼油化工科学研究院，山东青岛 266500；2.中海油东方石化有限责任公司，海南东方 572600）

0 引言

某炼厂拥有一次加工原油能力100万吨/年的常减压装置及配套设施。常减压蒸馏装置于2011年3月份投产，以绥中36-1原油为原料，生产化工轻油、燃料油、高等级道路沥青及润滑油基础油。

该炼油厂常压炉、减压炉现均采用减四线、天然气作为燃料进行燃烧，外排烟气汇合后共用一台空气预热器，先后分别与扰流子空气预热器和热管空气预热器进行换热。其中常压炉F101、减压炉F102均为立式圆筒炉，并采用强制供风方式，余热回收方式为扰流子空气预热器和热管空气预热器。常减压炉的相关设计参数如表1所示。

表1 常减压炉设计值

空气预热器是加热炉出口烟气的重要换热设备，用于回收烟气热量，其主要作用是进一步提高加热炉整体热效率，降低能耗。空气预热器安全运行状况直接影响着加热炉热效率[1-3]加热炉运行过程中燃料燃烧产生的烟气中含有大量水蒸汽、氮，少量的硫化物、氮氧化物、不完全燃烧的颗粒物及烟气冲刷、携带的衬里粉尘等物质，易造成换热器腐蚀及结垢，直接影响换热器的换热效果，带来经济损失与热能源的白白浪费，扰乱正常生产秩序。所以根据空气预热器工作环境，分析并发现其结垢及腐蚀的原因，是我们找到相应预防措施及解决方法的依据。

1 空气预热器结垢腐蚀状况

2017年检修，拆开空气预热器人孔检查，发现衬里整体完好，入口未见明显腐蚀，出口热管表面、引风机转子与壳体表面结垢严重，最后两排热管翅片有锈皮，有均匀腐蚀；引风机入口膨胀节导流板腐蚀穿孔。

空气预热器出口热管表面结垢严重，最后两排热管翅片有厚0.1～0.5mm锈皮，有均匀腐蚀，垢物较湿润，呈灰黑色与灰白色相间，空气预热器箱体出口底部堆积大量此类垢物，局部深约200mm。热管腐蚀情况如图1所示。

图1 热管表面结垢严重，有腐蚀

引风机转子与壳体表面也附着垢物，厚约8～10mm，局部成块状。如图2所示。

图2 引风机转子与壳体表面也附垢物

引风机入口柔性膨胀节表面呈褐色，其下部有一处宽140mm，长190mm椭圆形腐蚀孔洞。如图3所示。

图3 引风机入口膨胀节导流板有椭圆形腐蚀孔洞

2 垢样分析

采用美国伊诺斯便携式式X 射线衍射仪XRDTerra对垢样进行XRD分析。仪器设备参数如表2所示。

表2 XRD-Terra设备参数

XRD的分析结果显示：空气预热器垢样中各矿物的百分比为水铁矾（FeSO4·H2O）：10.5；硬石膏（ CaSO4）15.5；针绿矾（ Fe2（SO4）3·9H2O）：7.4；紫铁矾（ Fe2（SO4）3·9H2O）9.3；四水白铁矾（FeSO4·4H2O）:9.8；粒铁矾（ Fe（2+）Fe（3+）2（SO4）4·14H2O）15.8；铁榴石（Ca0.63Fe2.37Fe2（SiO4）4）:4.4；钛磁铁矿（ Fe2.50Ti0.50O4）：3.8；铁铵矾（ N H4 Fe（SO4）2·12H2O）：11.6；针钠铁矾（Na3Fe（SO4）3（H2O）3）4.6；绿脱石（Na0.3Fe2Si4 O10（OH）2·4 H2O）：7.3。

由以上XRD分析结果可知：垢样中主要腐蚀产物SO4

2-，Fe2+Fe3+为金属腐蚀产生，Ca2+、Na2+、Ti2+为衬里剥落成分。

图4 空预热器垢-特征峰d值

图5 空预热器垢—各物相拟合谱线

表3 减四线燃料油参数表

垢样对应XRD 衍射图谱及其对应的波峰数据，如图4，图5所示。

通过该公司空预热器垢衍射谱线可以看出，衍射峰尖锐，背景较低，基线平滑，说明晶体生长较好，结构完整，具有明显的可辨认性和稳定性。

3 预热器结垢及腐蚀的原因分析

3.1 燃料中含硫

该公司在本次检查前约1年的时间，常减压炉采用减四线和天然气作燃料，而减四线中含有硫，减四线各元素及金属含量如表3所示。由表3可知其硫含量占0.38%，燃烧生成SO2和部分SO3，因烟气中有蒸汽的存在，当烟气温度低于酸露点温度，预热器的表面就会有液态水析出，SO2和SO3溶于液态水中，形成腐蚀性较强的硫酸溶液，腐蚀金属表面[5-7]。