常壓爐壁襯里失效原因及對策

黃晨文（中石化安慶分公司煉油一部，安徽安慶246003）

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常壓爐壁襯里失效原因及對策

黃晨文
（中石化安慶分公司煉油一部，安徽安慶246003）

摘要：介紹了常壓爐爐膛、爐壁和斜頂爐壁襯里模塊脫落的原因、分析以及具體對策。經(jīng)改進(jìn)后的爐壁襯里結(jié)構(gòu)既耐腐蝕又能隔熱，還能降低爐壁的溫度，保證了常壓爐長期、高效運行。

關(guān)鍵詞：常壓爐；襯里；失效；原因；對策

安慶石化煉油一部I套常減壓裝置常壓爐是兩箱箱式爐，是企業(yè)最重要的初餾塔底油加熱爐，是中石化煉油系統(tǒng)樣板爐之一。常壓爐的運行好壞直接影響裝置的生產(chǎn)周期，尤其是爐壁襯里失效脫落對常壓爐的正常運行構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。爐壁襯里的作用是使加熱爐在運行過程中能承受高溫?zé)嶝?fù)荷，抗露點侵蝕，減少熱量損失，并具有一定的結(jié)構(gòu)強度。合理設(shè)計襯里結(jié)構(gòu)、適當(dāng)選擇材料、優(yōu)良的施工質(zhì)量、改善加熱爐熱工性能、提高襯里使用壽命是保證常壓爐長周期運行的主要途徑。常壓爐自1992年投用以來，燃料油一直是減底渣油，含硫量較高，含硫物質(zhì)造成襯里的露點腐蝕，直接危害到爐體結(jié)構(gòu)，甚至爐壁腐蝕減薄穿孔冒煙，不僅增加了熱能耗，而且造成裝置的非計劃停工。2013年之后，襯里的破壞越來越嚴(yán)重。筆者對2015年常壓爐大檢修的爐壁襯里失效原因進(jìn)行了分析，并選用新型爐壁襯里結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，效果良好。

1　保溫襯里失效情況

安慶石化煉油一部I套常減壓裝置常壓爐聯(lián)合燃燒器同時燒減底渣油和高瓦。減底渣油S含量最高達(dá)1.5%，露點腐蝕溫度為135℃，所以排煙溫度較高，致使熱效率一直提不上去。自從2013年下半年開始，輻射室轉(zhuǎn)對流室過渡段東、南、西、北四面爐墻內(nèi)部襯里模塊由于錨固件露點腐蝕嚴(yán)重斷裂而相繼脫落。直至2014年上半年，此過渡段的襯里模塊已全部脫落，一邊是在上面及時對爐壁進(jìn)行包套澆注隔熱澆注料，一邊是及時發(fā)現(xiàn)和清理爐底燃燒器被覆蓋的模塊，所以常壓爐一直在監(jiān)控運行。2014年9月，整個常壓爐在進(jìn)行紅外線測試時，發(fā)現(xiàn)輻射室中上部區(qū)域爐壁溫度超溫，均在100℃以上，而且內(nèi)部的錨固釘、爐管吊鉤和拉鉤均有發(fā)紅點，說明輻射室襯里也受到一定程度的破壞。直至2015年1月份大檢修，進(jìn)入常壓爐內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)輻射轉(zhuǎn)對流的襯里模塊已經(jīng)脫落殆盡，爐頂和四面爐墻襯里錨固釘腐蝕斷裂嚴(yán)重，導(dǎo)致襯里模塊由于自重而脫落，且爐壁鋼板腐蝕也很嚴(yán)重，有的局部減薄穿孔較大；輻射室襯里表面已被沖刷減薄嚴(yán)重，襯里厚度由250mm減薄到150mm左右，而且輻射轉(zhuǎn)對流段和兩輻射室爐壁鋼板都已腐蝕減薄嚴(yán)重。剝?nèi)ケ砻娴难趸g層之后，輻射室爐壁鋼板減薄很嚴(yán)重（如表1），原壁厚為6mm，現(xiàn)最薄處只有3mm。

表1　常壓爐（東/西）輻射室爐壁鋼板側(cè)厚數(shù)據(jù)（單位：mm）

2　襯里失效原因分析

常壓爐燃燒器燃燒的是高壓瓦斯和減底渣油，高瓦硫含量為0.19%。表2是燃料油各成分含量。

高壓瓦斯和減底渣油完全燃燒的主要煙氣成分有二氧化硫、二氧化碳、水、氮氣和氧氣，由于輻射室有過剩氧存在，所以部分二氧化硫轉(zhuǎn)化為了三氧化硫。當(dāng)煙氣溫度小于400℃時，三氧化硫和水蒸汽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成稀硫酸。

常壓爐原有的襯里結(jié)構(gòu)為陶纖板+陶纖折疊塊+噴涂耐火纖維，通過錨固釘、不銹角鋼和螺栓進(jìn)行固定。該襯里結(jié)構(gòu)一直運行了將近13年，經(jīng)歷了多次的開停車。由于開停車爐膛蒸汽的沖刷和開車正常時煙氣的沖刷導(dǎo)致該襯里結(jié)構(gòu)松散，結(jié)構(gòu)強度減小，透氣性大，使得含硫煙氣透過保溫襯里直接接觸爐壁鋼板和襯里固定用的錨固釘、不銹角鋼和螺栓，并沿壁板向上到達(dá)爐頂與爐墻的相交部位聚集（此處硫含量最大）。由于爐壁內(nèi)壁溫度接近硫酸露點腐蝕溫度，所以就會在爐壁板產(chǎn)生低溫硫酸露點腐蝕，導(dǎo)致爐壁板、襯里錨固釘、角鋼和螺栓因腐蝕而減薄，更甚者，導(dǎo)致錨固釘從根部斷裂，從而導(dǎo)致襯里破壞。另外，不僅有低溫硫酸露點腐蝕，而且還有少量的硫化物腐蝕。最先發(fā)生腐蝕部位的是爐頂向下2m左右，因為那里的硫含量最高，所以說襯里固定件（錨固釘、不銹角鋼和螺栓）未進(jìn)行有效的防腐也是保溫襯里結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕的原因之一。

3　襯里改進(jìn)對策

石化行業(yè)對加熱爐保溫襯里的評價指標(biāo)是導(dǎo)熱系數(shù)小、透氣度小、熱穩(wěn)定性能好、平均密度小、整體性強、施工速度快。為此，2015年大檢修時，輻射轉(zhuǎn)對流段襯里改用了耐熱輕質(zhì)澆注料、耐火纖維模塊和耐火纖維毯結(jié)構(gòu)；輻射室襯里改用了耐熱輕質(zhì)澆注料和耐火纖維噴涂料結(jié)構(gòu)，見圖1和圖2。

圖1　輻射轉(zhuǎn)對流段襯里結(jié)構(gòu)

輻射轉(zhuǎn)對流段襯里厚度250mm，采用輕質(zhì)澆注料+鋯鋁纖維模塊保溫結(jié)構(gòu)，從熱面到冷面依次為：纖維模塊（CM- 135- 2厚180mm）+ CB- 120- 2纖維毯10mm（由20mm壓縮為10mm）輕質(zhì)澆注料材料（厚60mm）+抗露點涂料。澆注料錨固件采用Φ5mm 304材質(zhì)，間距為200*200mm；模塊錨固件采用Φ8mm的06Cr19Ni10材質(zhì)。底層采用輕質(zhì)澆注料，因輕質(zhì)澆注料具有導(dǎo)熱系數(shù)低、隔熱保溫性能好、線收縮性小、澆注整體性好、干燥強度好、透氣度小、耐酸強度高、抗侵蝕、抗熱震性、耐磨、抗剝落等特點，所以煙氣不會侵蝕到錨固釘，從而保障了結(jié)構(gòu)襯里不被破壞。

輻射室襯里厚度250mm，采用輕質(zhì)澆注料+耐火纖維噴涂層保溫結(jié)構(gòu)，從熱面到冷面依次為：耐火纖維噴涂層（厚170mm）+輕質(zhì)澆注料材料（厚80mm）+抗露點涂料。澆注料錨固件采用Φ5mm304不銹鋼材質(zhì)，間距為200*200mm；模塊錨固件采用Φ8mm的06Cr19Ni10材質(zhì)。同上底層采用輕質(zhì)澆注料，所以煙氣不會侵蝕到錨固釘，從而保障了結(jié)構(gòu)襯里不被破壞。

4　襯里改造前后散熱損失計算

爐墻表面熱損失計算公式為：Q=S×QS

圖2　輻射室襯里結(jié)構(gòu)

式中：Q-表面熱損失，kJ/h；S-爐墻表面積，m2；QS-單位面積熱損失，kJ/m2；Vf-爐墻表面風(fēng)速，m/s；T平-爐墻表面平均溫度，℃；T環(huán)-爐墻表面環(huán)境溫度，℃。

襯里改造后散熱損失如表3（2015年5月份測試數(shù)據(jù)，環(huán)境溫度為30.4℃）。

表3　襯里改造后散熱損失

襯里改造前散熱損失如表4（2014年6月份測試數(shù)據(jù)，環(huán)境溫度為32.2℃）。

表4　襯里改造前散熱損失

按照表3、表4可算出改造前后散熱損失差為：

按照我廠燃料總流量均為2537.23（kJ/h）時，共節(jié)省燃燒損失：1646058.56/2537.23=648.762（kJ/kg燃料）

5　襯里改進(jìn)后的效果

（1）常壓爐于2015年2月15日投用之后，其輻射室爐墻和輻射轉(zhuǎn)對流室爐墻表面溫度恢復(fù)正常（不超過環(huán)境溫度+50℃），而且檢修前有大量的超溫紅點，此紅點是爐管吊鉤固定螺栓點和襯里錨固釘，檢修之后就完全消失了。以下是檢修前后通過紅外線對爐墻外壁各部位溫度進(jìn)行檢測的對比，如表5。

表5　常壓爐（東/西）輻射室爐壁紅外溫度側(cè)厚數(shù)據(jù)（單位：℃）

（2）改用新的襯里后，爐墻超溫點消失了，減少了加熱爐的熱損失，從而增加了加熱爐的熱效率。在其它條件不變的情況下，改造之前熱效率是92.03%，改造之后的熱效率是92.13%。

（3）襯里結(jié)構(gòu)的第一層是輕質(zhì)澆注料，結(jié)構(gòu)緊密，煙氣中的硫化物無法滲透進(jìn)去，所以爐壁鋼板和錨固釘不可能發(fā)生露點腐蝕，從而保障常壓爐正常平穩(wěn)運行。

（4）爐體散熱損失降低了不少。由上述計算可知，改造前散失熱量為2778326.34kJ/h，改造后散失熱量為1132267.78kJ/h，所以說襯里改造后的爐體散熱熱量降低了不少。

6　結(jié)論

為有效防止?fàn)t墻的低溫露點腐蝕，采取了輕質(zhì)澆注料和耐火纖維的襯里結(jié)構(gòu)是行之有效的，既保障了常壓爐爐壁襯里不受露點腐蝕的侵害，又保障了常壓爐長期高效穩(wěn)定地運行。

參考文獻(xiàn)

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doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2016.03.028

中圖分類號：TQ054+.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1008- 553X（2016）03- 0079- 03

收稿日期：表2燃料油各成分含量2016- 03- 09

作者簡介：黃晨文（1982-），男，畢業(yè)于安徽理工大學(xué)，設(shè)備主管師，從事石油化工設(shè)備管理與技術(shù)工作，0556- 5375074，13685564310，huangcw.aqsh@sinopec.com。項目C體積百分比（%）86.3 H 10.2 O S N 1.1181.552總計0.83100