重整四合一加熱爐襯里粉化原因分析及對(duì)策

蘇 健 李廣占 姜文功 梁 偉 王三勇

(1.四川石化公司生產(chǎn)三部；2.獨(dú)山子石化公司煉油廠)

獨(dú)山子石化公司重整聯(lián)合車間50萬t/a半再生重整裝置2011年停工檢修過程中，對(duì)重整四合一加熱爐進(jìn)行鑒定。針對(duì)檢修狀況，分析了加熱爐襯里粉化的原因，提出預(yù)防措施。

1 加熱爐襯里粉化情況

1.1 對(duì)流室

對(duì)流室外壁溫度在50～60℃之間，未發(fā)現(xiàn)有異常超溫現(xiàn)象。打開檢查孔，對(duì)流室內(nèi)輕質(zhì)澆注料襯里完好，但翅片管上積垢嚴(yán)重，厚度6～7mm(圖1)。

圖1 翅片管積垢照片

1.2 輻射室

對(duì)四合一爐外壁進(jìn)行測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)F-202東側(cè)爐壁溫度高達(dá)360℃，其余部位測(cè)溫在55～65℃。爐膛外觀檢查，F(xiàn)-202輻射室爐膛東墻襯里脫落約8m2，爐頂襯里脫落約2m2，其他部位外觀未發(fā)現(xiàn)問題。對(duì)襯里進(jìn)行探孔進(jìn)行檢查，其中F-201抽查9處，F(xiàn)-202抽查9處，F(xiàn)-203抽查6處，F(xiàn)-204抽查6處，共30處。抽查結(jié)果如下：

a. 襯里纖維粉化層厚度分布在4～7cm之間，分布規(guī)律是爐墻下部約4～5cm，爐墻中部約4～6cm，爐墻上部約6～7cm，其中已脫落部位的纖維襯里粉化層為5～6cm。

b. 采用pH試紙測(cè)試爐墻襯里酸堿度，粉化層pH分布在1～3之間，呈強(qiáng)酸性質(zhì)。其中pH值在1～2之間29處，2～3之間1處，襯里已脫落部位pH值為1～2，襯里迎火面pH值均為6。委托檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)粉化層纖維進(jìn)行分析:四合一爐粉化纖維中SO42-含量占66.27%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

c. 檢查爐墻保溫釘斷裂脫落情況，對(duì)30處探孔進(jìn)行檢查，其中保溫釘全部脫落約7處(占總抽檢數(shù)量的23%)，部分脫落達(dá)23處。這部分脫落的23處探孔中共檢查到保溫釘數(shù)量約110根，已脫落保溫釘數(shù)量約89根，脫落率達(dá)81%。鋼板有層狀硬銹(鋼板原設(shè)計(jì)厚度5mm，材料Q235-B)。F-202東側(cè)超溫區(qū)測(cè)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

翅片管積垢原因是一般燃油或燃?xì)庵芯猩倭康牧?，硫燃燒后全部生成SO2。由于燃燒室中有過量的氧氣存在，所以又有少量的SO2(1%～3%)進(jìn)一步與氧化合形成SO3。在高溫?zé)煔庵械腟O3氣體不腐蝕金屬，但當(dāng)煙氣溫度降低到400℃以下，SO3與水蒸氣化合生成稀硫酸。當(dāng)稀硫酸凝結(jié)到爐尾部的受熱表面時(shí)就會(huì)發(fā)生低溫硫酸腐蝕。與此同時(shí)，這些凝結(jié)在低溫受熱表面的硫酸液體，還會(huì)粘附煙氣中的灰塵形成不易清除的積垢，使煙氣通道不暢甚至堵塞，2010年10月～2011年5月加熱爐煙氣中SO2含量見表1，可以看出煙氣中硫含量平均在1 000～1 500mg/m3，最高時(shí)達(dá)2 000mg/m3。

表1 檢修前加熱爐煙氣中SO2含量 mg/m3

注：重整裝置加熱爐瓦斯一部分來源于重整裝置自產(chǎn)瓦斯，一部分來源于柴油加氫裝置自產(chǎn)瓦斯。而來源于柴油加氫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。

正常的陶瓷纖維直徑3～5μm，長(zhǎng)度20～50mm,目前所檢查的粉化層狀態(tài)為粉化物或粉化物的板結(jié)塊，無纖維形態(tài)。分析其原因是由于纖維內(nèi)的部分雜質(zhì)如氧化鐵、氧化鈉及氧化鉀等金屬氧化物與酸性氣體或酸性液體起化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致纖維斷裂最終粉化。另外，陶瓷纖維長(zhǎng)期在露點(diǎn)溫度下工作，氣孔間的液態(tài)硫酸和陶瓷纖維發(fā)生典型的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)物為硫酸鋁,這時(shí)陶瓷纖維的顏色呈現(xiàn)黃色，腐蝕的空洞增大并殘缺不齊從而失去彈性，整個(gè)襯里間陶瓷纖維的殘留量在不斷減少，外部表現(xiàn)為粉化物。

正常的纖維襯里層應(yīng)呈中性，目前檢查的粉化層pH值分布在1～3之間，呈強(qiáng)酸性。分析其原因是由于燃料中含有硫化物，燃燒后以SO2，SO3，H2S 形態(tài)隨煙氣滲透至襯里內(nèi)部，最終在襯里內(nèi)由于溫度降低與水蒸氣凝液形成酸性液體而富集，隨著時(shí)間的推移濃度增大，呈強(qiáng)酸性。而襯里迎火面溫度較高，襯里內(nèi)只形成流動(dòng)的酸性氣體，富集的可能性較小因此呈弱酸性。

四合一加熱爐保溫釘斷裂位置一般發(fā)生在保溫釘轉(zhuǎn)角處，無明顯縮徑現(xiàn)象，為橫截面斷裂。分析是由于酸性液直接腐蝕保溫釘導(dǎo)致保溫釘金屬金相破壞，具有露點(diǎn)腐蝕特征。而預(yù)加氫F-102圓筒加熱爐保溫釘斷裂有直接橫截面斷裂，也有明顯的縮徑現(xiàn)象，既具有應(yīng)力腐蝕特征，也具有露點(diǎn)腐蝕特征。

3 處理措施

將四合一爐輻射室原有襯里全部清除，鋼板采取噴砂除銹。在四合一爐輻射室壁板上重新焊接V形保溫釘，采用100mm厚改性輕質(zhì)耐熱襯里作為阻汽層，采用100mm厚致密型耐火纖維襯里作為隔熱耐火層。這種致密型纖維襯里是用耐火纖維散棉與高溫結(jié)合劑采用特殊噴涂的方法直接成型，不存在施工焊縫，并且在噴涂襯里的過程中，纖維呈三維網(wǎng)結(jié)構(gòu)，克服了纖維收縮的內(nèi)部應(yīng)力，高溫下襯里不會(huì)產(chǎn)生定向收縮，避免了收縮裂縫提高了加熱爐的熱效率，也有效地避免了硫腐蝕。

2011年大修期間對(duì)柴油加氫裝置含硫瓦斯流程進(jìn)行改造，并移位安裝富氣壓縮機(jī)。隨著富氣壓縮機(jī)的投入運(yùn)行，可向硫磺裝置輸送含硫瓦斯1 600m3/h，經(jīng)過硫磺裝置脫硫后，進(jìn)入系統(tǒng)瓦斯，而瓦斯硫含量也直接由原來的20g/m3以上降低到100mg/m3以下。重整裝置四合一加熱爐煙氣硫含量也由以前的1 400mg/m3以上降低到50mg/m3以下。

4 結(jié)束語

改造后的四合一加熱爐投用后，對(duì)外壁進(jìn)行測(cè)溫，爐外壁平均溫度在35～40℃，加熱爐運(yùn)行狀況良好，無超溫現(xiàn)象。為保證加熱爐安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期的運(yùn)行，應(yīng)采取以下措施：運(yùn)行中要嚴(yán)格控制爐膛工藝操作參數(shù)，嚴(yán)禁出現(xiàn)超溫現(xiàn)象；定期對(duì)爐外壁進(jìn)行測(cè)溫，并留下測(cè)溫記錄以作對(duì)比；定期對(duì)爐膛煙氣進(jìn)行取樣，分析其中的S含量，防止?fàn)t膛襯里纖維發(fā)生露點(diǎn)腐蝕。