鑄造板式空氣預(yù)熱器用于加熱爐排煙系統(tǒng)

陳金暉

（大慶石化公司煉油廠 黑龍江大慶）

一、前言

大慶石化1＃常減壓裝置2010年8月設(shè)計，2012年8月建成投產(chǎn)，該裝置處理量為6500 kt/a。余熱回收采用高溫熱管和低溫熱管，煙氣300℃進高溫熱管預(yù)熱器，經(jīng)高溫熱管預(yù)熱器換熱后溫度降到220℃，進低溫熱管預(yù)熱器，溫度降至140℃排到大氣（圖1）。

圖1 加熱爐煙氣與空氣換工藝熱流程圖

原來使用的低溫熱管式空氣預(yù)熱器，在一年多生產(chǎn)使用過程中，出現(xiàn)了許多問題，一是由于熱管式換熱器使用的材料為碳鋼，因此很快就出現(xiàn)了腐蝕泄漏現(xiàn)象，最嚴重的時候7、8個月就出現(xiàn)腐蝕泄漏，而使設(shè)備損壞；二是低溫熱管結(jié)構(gòu)為垂直重力式，積灰不易清掉。他們在檢修時使用低壓水和蒸汽清洗，根本無法清掉，而且在檢修過程中易造成翅片傾倒壓扁、損壞，檢修難度較大。如果把翅片管單根清理灰塵，再進行翅片修復，工作量很大；三是換熱效果不好，熱效率不高，一般在90.5%左右。為了減輕煙氣對空氣預(yù)熱器的腐蝕，生產(chǎn)上采取提高排煙溫度，把低溫預(yù)熱器出口排煙溫度提高到160～170℃，這樣雖然減輕了設(shè)備腐蝕，但也降低了加熱爐熱效率，損失了大量熱量。2013年10月，決定將低溫熱管式空氣預(yù)熱器更換為雙面雙翅片鑄造板式空氣預(yù)熱器，以便解決上述問題。

二、腐蝕原因分析

1.腐蝕情況檢測

2013年3月對低溫熱管預(yù)熱器檢查時發(fā)現(xiàn)腐蝕泄漏，對該設(shè)備進行了檢修，打開設(shè)備后看到在管束翅片上積累了大量灰塵，清除灰塵后發(fā)現(xiàn)管束比較嚴重，腐蝕形式主要是坑蝕減薄，并有大量的褐綠色的腐蝕產(chǎn)物，其中還夾雜淡黃色的物質(zhì)，經(jīng)化驗分析主要成分為FeSO4，F(xiàn)e2（SO4）3，S，C還有少量的FeS，氮化物及含有銅、釩、磷、鉻等化合物。

2.腐蝕原理

該腐蝕是典型的高溫煙氣露點腐蝕。加熱爐的燃料主要來自本裝置自產(chǎn)的熱渣油，熱渣油中的硫及硫化物含量為0.12%，它們在燃燒時大部分生成SO2，SO3，干的SO3對設(shè)備幾乎不發(fā)生腐蝕，但當它與煙氣中的蒸汽結(jié)合形成硫酸蒸汽時，卻大大提高了煙氣的露點，在低溫熱管預(yù)熱器的露點部位發(fā)生凝結(jié)，嚴重腐蝕設(shè)備。

研究表明，高溫煙氣硫酸露點腐蝕與普通的硫酸腐蝕有本質(zhì)的區(qū)別。普通的硫酸腐蝕為硫酸與金屬表面的鐵反應(yīng)生成 FeSO4。高溫煙氣硫酸露點腐蝕首先也是生成FeSO4，但FeSO4在煙灰沉積物催化作用下與煙氣中的SO2和O2進一步反應(yīng)生成Fe2（SO4）3，而Fe2（SO4）3對SO2向SO3的轉(zhuǎn)化過程有催化作用。當pH＜3時，F(xiàn)e2（SO4）3本身也對金屬腐蝕生成FeSO4，形成FeSO4→Fe2（SO4）3→FeSO4的腐蝕循環(huán)，大大加速了腐蝕進程。

低溫熱管預(yù)熱器煙氣入口溫度220℃，出口溫度140℃，經(jīng)測定煙氣的露點溫度為137℃，而排煙溫度高于露點溫度，但由于煙氣在流動過程中存在偏流現(xiàn)象，使各個部位的露點溫度有所不同，同時再有積灰因素的影響，有的部位溫度達到露點溫度以下，于是產(chǎn)生了露點腐蝕。

加熱爐雖然以熱渣油為主要原料，但同時也以高壓瓦斯為輔助燃料，高壓瓦斯中含有H2S，部分H2S沒有充分燃燒，便隨煙氣進入空氣預(yù)熱器，在那里與燃燒后產(chǎn)生的SO2反應(yīng)，析出單質(zhì)S，由于該處溫度較低，單質(zhì)S沒有與其他物質(zhì)反應(yīng)，便以單質(zhì)形式存在。

3.掛片試驗

在低溫熱管預(yù)熱器的入口和出口安裝掛片，材料為316L、18-8鋼、304鋼、20#鋼、鑄鐵，經(jīng)過 4 個月取出，腐蝕情況見表1。

表1 各種材料腐蝕情況表

由表1可以看出，在低溫熱管預(yù)熱器的出入口處，鑄鐵沒有受到任何腐蝕，而其他材料掛片均有不同腐蝕，在出口處腐蝕速率較大，尤其碳鋼腐蝕速率非常快。因此，在低溫預(yù)熱器上使用碳鋼管和不銹鋼是不適宜的。

三、雙面雙翅片鑄造板式預(yù)熱器應(yīng)用情況

1.低溫熱管預(yù)熱器改造

2013年10月把低溫熱管式預(yù)熱器改成雙面雙翅片鑄造板式預(yù)熱器，這種預(yù)熱器由溧陽恒祥特鋼機械制造有限公司設(shè)計、生產(chǎn)，屬于專利產(chǎn)品。它是由多片鑄造傳熱片以不同方式組合成單管程或多管程的整體，每塊傳熱板都是鑄造而成，片與片之間由螺栓連接，為防止高溫煙氣對螺栓的腐蝕，有螺栓一側(cè)的介質(zhì)為空氣，詳細結(jié)構(gòu)見圖 2～圖 5。

因為每個部件都是雙面翅片，煙氣和空氣都要流經(jīng)翅片，一方面增大了換熱面積，另一方面氣流會發(fā)生湍流現(xiàn)象，強化了換熱效果，因此可大幅降低排煙溫度，提高加熱爐效率。為節(jié)省投資，只是在煙氣的低溫段（220～140℃）使用了雙面雙翅片鑄造板式空氣預(yù)熱器，因為這段出現(xiàn)的露點腐蝕特別嚴重，高溫段（320～220℃）仍利用原來的管式空氣預(yù)熱器，因為這段幾乎沒有露點腐蝕。

圖2 雙面翅片鑄造板

圖3 雙面翅片鑄造板部件組裝圖

2.雙面翅片鑄造板式預(yù)熱器應(yīng)用效果

2013年10月利用裝置檢修期間，完成此項目改造并投入使用，到目前運行14個月，在節(jié)能和防腐蝕方面效果顯著。

（1）加熱爐熱效率。改造后，加熱爐排煙溫度由160℃降到135℃，在此溫度下,對常減壓裝置的常壓爐和減壓爐進行標定，然后利用反平衡法可以計算出熱爐熱效率，見式（1）。改造前后標定的常壓爐和減壓爐數(shù)據(jù)及計算效率見表2。

圖4 雙面翅片鑄造板組裝后整體圖

圖5 雙面翅片鑄造板預(yù)熱器成品

表2 空氣預(yù)熱器改造前后加熱爐標定數(shù)

式中q煙——排煙熱損失百分比

q散——爐體散熱損失百分比

從表2可以看出，由于加熱爐排煙溫度的降低，煙氣的熱量得到了較好的回收和利用，加熱爐的熱效率得到提高。經(jīng)試驗加熱爐的排煙溫度可以降到110℃，但考慮到溫度降得太低，會對其他部件造成一定的腐蝕，因此排煙溫度一般控制在135℃以上。

（2）雙面雙翅片鑄造板式預(yù)熱器腐蝕情況。經(jīng)14個月運行后，利用檢修期間打開設(shè)備檢查部件腐蝕情況，由于吹灰器吹灰效果不好，發(fā)現(xiàn)翅片上堆積了較多煙灰，用蒸汽或低溫水很容易就清除掉積灰，露出翅片本體，經(jīng)詳細檢查沒有發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，只是表面略黑，這是由于渣油沒完全燃燒而形成的煙垢附著在上面的結(jié)果。

四、結(jié)論

通過對加熱爐排煙系統(tǒng)低溫空氣預(yù)熱器腐蝕原因分析，知道此處的腐蝕為高溫煙氣露點腐蝕，對空氣預(yù)熱器的材料要求較高，普通的碳鋼和不銹鋼都不能很好解決該處的腐蝕問題，而應(yīng)用雙面雙翅片鑄造板式預(yù)熱器，便可很好地解決煙氣露點腐蝕問題，降低了清灰難度，加熱爐熱效率提高。