撫順石化乙烯裂解余熱鍋爐爐水處理

杜金海 張世斌 王斌 張威毅

摘 ?????要：針對(duì)乙烯裝置余熱爐爐水存在的給水水質(zhì)控制不穩(wěn)、爐水循環(huán)系統(tǒng)存在的酸腐蝕和結(jié)垢等問(wèn)題，進(jìn)行了理論分析。通過(guò)對(duì)藥劑投加設(shè)備的技術(shù)改造，確保了爐水水質(zhì)得到有效調(diào)節(jié)和控制;通過(guò)對(duì)爐水系統(tǒng)采取藥劑處理，實(shí)施給水氧腐蝕控制、酸腐蝕控制和爐水緩蝕控制，取得了較好效果。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)對(duì)藥劑投加設(shè)備的技術(shù)改造和藥劑的應(yīng)用， 確保了水質(zhì)穩(wěn)定，有效地控制了爐水循環(huán)系統(tǒng)的腐蝕和結(jié)垢問(wèn)題。

關(guān) ?鍵 ?詞：余熱爐;水處理;新技術(shù)

中圖分類號(hào)：TQ 085 ??????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ??????文章編號(hào)：1671-0460（2019）08-1858-04

Abstract： Theoretical analysis was carried out in view of the unstable water quality control of feed water and acid corrosion and scaling in the circulating system of waste heat boiler in the ethylene plant. Through the technical transformation of the reagent dosing equipment， the water quality of the boiler water was effectively regulated and controlled; Through chemical treatment of boiler water system， oxygen corrosion control of feed water， acid corrosion control and corrosion inhibition control of boiler water were implemented， and good results were achieved. The results showed that the water quality was stable and the corrosion and scaling of the circulating system of boiler water were effectively controlled by the technical modification of the dosing equipment and the application of the reagent.

Key words： HRSG; Water treatment; New technology

乙烯裂解爐廢熱鍋爐，為線性雙套管式換熱器，內(nèi)管介質(zhì)為高溫裂解氣，外管為鍋爐給水。設(shè)置于裂解爐輻射段出口，用于回收裂解氣高位熱能，迅速降低裂解氣溫度，終止二次反應(yīng)。鍋爐給水經(jīng)過(guò)預(yù)熱后盤管后進(jìn)入汽包，通過(guò)廢熱鍋爐與高溫裂解氣換熱產(chǎn)生超高壓飽和蒸汽，經(jīng)過(guò)兩段過(guò)熱后，作為動(dòng)力蒸汽驅(qū)動(dòng)裂解氣壓縮機(jī)，一段預(yù)熱后設(shè)置一臺(tái)減溫器，用于調(diào)節(jié)超高壓蒸汽過(guò)熱溫度?？梢?jiàn)，廢熱鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)乙烯裝置長(zhǎng)周期、低能耗、高收率運(yùn)行具有重要的意義[1]。

某石化公司年產(chǎn)80萬(wàn)t/a的乙烯裂解裝置，配套有8臺(tái)裂解爐，各裂解爐的余熱鍋爐設(shè)計(jì)給水量為440 t/h。鍋爐汽包工作壓力12.2 MPa，飽和蒸汽溫度327 ℃，過(guò)熱蒸汽溫度535 ℃;低溫過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器之間，設(shè)有噴水式減溫裝置;鍋爐排污率設(shè)計(jì)為蒸發(fā)量的1﹪。

1 ?鍋爐給水的構(gòu)成

由熱電廠供給的二級(jí)除鹽水，經(jīng)E-1942（ABC）、E-1920預(yù)熱至100 ℃，與三機(jī)透平凝結(jié)水（180～200 t/h），經(jīng)管路混合后，再經(jīng)旋膜式熱力除氧器熱力除氧，鋪助化學(xué)除氧處理后，由超高壓給水泵送入余熱鍋爐汽包;熱力除氧器設(shè)計(jì)處理量580 t/h，工作壓力0.069 MPa，最高工作溫度115 ℃，溶解氧小于7μg/L，除氧塔進(jìn)汽壓力0.4 MPa。

鍋爐給水的水質(zhì)處理設(shè)計(jì)為，鍋爐給水為全揮發(fā)水質(zhì)處理，爐內(nèi)水為固體堿化處理水質(zhì);配置了中和劑、除氧劑、爐內(nèi)水阻垢劑加注裝置（表1-2）[2]。

（2）鍋爐給水阻垢劑加注困難，爐內(nèi)水pH值、磷酸根不能穩(wěn)定控制。

（3）冬季運(yùn)行鍋爐給水阻垢劑加注管路藥劑結(jié)晶，堵塞管路。

（4）爐水循環(huán)系統(tǒng)連續(xù)、定期排污控制不嚴(yán)。

（5）爐區(qū)SS蒸汽、爐內(nèi)水品質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)施存在污堵、樣品閃蒸超溫、流速不穩(wěn)定等問(wèn)題，造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)失真，不能正確指導(dǎo)水汽品質(zhì)的調(diào)節(jié)控制，嚴(yán)重時(shí)水汽運(yùn)行品質(zhì)不能監(jiān)測(cè)。

3 ?利用新的藥劑技術(shù)進(jìn)行爐水處理

根據(jù)鍋爐給水系統(tǒng)的腐蝕特點(diǎn)，針對(duì)上述問(wèn)題，聯(lián)合臺(tái)灣鉅邁公司，共同分析制定爐水水質(zhì)控制處理措施。余熱鍋爐水處理可分為給水處理、冷凝水處理、鍋爐水處理三個(gè)部份，其處理的要領(lǐng)見(jiàn)表3。

3.1 ?氧腐蝕控制

鍋爐給水系統(tǒng)主要著重在氧腐蝕及酸腐蝕的控制。由于水中的溶存氧在高溫下，會(huì)嚴(yán)重引起給水管線爐管及蒸汽系統(tǒng)的氧腐蝕，此種腐蝕過(guò)程非常迅速，且金屬表面會(huì)形成嚴(yán)重點(diǎn)蝕（Oxygen Pitting）[3]。

3.1.2 ?處理方案

鍋爐給水經(jīng)過(guò)低壓熱力除氧裝置除氧后，鍋爐給水依然有溶解氧殘留，因此仍需鋪助添加化學(xué)除氧劑去除水中的溶解氧，去除溶解氧至7 ppb以下。

3.1.3 ?使用新型復(fù)合藥品

藥品名稱：鉅邁ZB-1350C脫氧劑（主要成份：含有催化劑的有機(jī)胺）。藥品特性：不含亞硫酸鈉和聯(lián)胺的藥劑。反應(yīng)速率快，不會(huì)增加爐水導(dǎo)電度，且不具毒性。（可免除傳統(tǒng)所用聯(lián)胺─為致癌物質(zhì)）。其能促進(jìn)鐵管表面形成 Fe3O4保護(hù)膜，達(dá)到雙重腐蝕抑制作用。其脫氧反應(yīng)如下：

3.2 ?酸腐蝕控制

（1）鍋爐給水由二級(jí)脫鹽水（pH=6.5～7.5）、三機(jī)凝結(jié)水組成。水汽循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)備管線材質(zhì)，其中凝汽器管束為黃銅，其余均為碳鋼。為控制水汽循環(huán)系統(tǒng)前、中、后段設(shè)備管線的酸腐蝕，因此鍋爐給水pH值，必須穩(wěn)定控制在8.8～9.4之間，并要求鍋爐給水中和劑具有寬泛汽液分配比。冷凝水主要是酸腐蝕的問(wèn)題， 由于給水中所含的碳酸鹽于高溫下分解產(chǎn)生二氧化碳， 隨著蒸汽攜出并迅速溶解于冷凝水中生成碳酸， 其將降低冷凝水pH， 而造成酸性腐蝕， 其反應(yīng)機(jī)理為[4]：

（2）處理方案

（a）鍋爐給水及冷凝水系統(tǒng)腐蝕主要為酸腐蝕，水質(zhì)pH在9～10，碳鋼的酸堿腐蝕率較低，在鍋爐給水中添加中和劑，可中和CO2所產(chǎn)生的H2CO3，提高鍋爐給水、冷凝水的pH值，減少腐蝕情形發(fā)生，其反應(yīng)為： RNH2 + H+→ RNH3+。

（b）因二氧化碳溶于液相中，生成碳酸產(chǎn)生腐蝕作用，因此中和胺的選擇常視現(xiàn)場(chǎng)冷凝管線情況而選擇不同DR值的中和胺，以保證汽液分配合理。

（c）中和劑加注過(guò)低，無(wú)法控制設(shè)備管線酸腐蝕的腐蝕速率，中和劑加注過(guò)高，凝汽器易產(chǎn)生氨富集，造成凝結(jié)器管束發(fā)生胺銅腐蝕，因此要求中和劑的加注平穩(wěn)合理。

中和劑投加的注劑泵，由2臺(tái)流量12.83 L/h注劑泵，更換成1臺(tái)流量12.83 L/h，一臺(tái)流量2.95 L/h的注劑泵，小流量注劑泵可以連續(xù)運(yùn)行，保證中和劑加注平穩(wěn)合理。

（3）使用新型復(fù)合藥品

藥品名稱： ZB-1320C（中和胺）。

藥品特性：由數(shù)種胺組成，D.R.值分布寬廣，因此各段（高、中、低）壓力下的冷凝水皆能有效提升其pH值，防止酸腐蝕。此藥品堿性度強(qiáng)，因此加入給水管線可有效提升給水pH值。

3.3 ?爐內(nèi)水處理要點(diǎn)

爐內(nèi)水處理重點(diǎn)在防止酸腐蝕、氧腐蝕、夾帶及爐管產(chǎn)生結(jié)垢、沉積等。酸腐蝕、氧腐蝕機(jī)理如前所述，而且還存在部分爐水被直接攜帶進(jìn)入蒸汽系統(tǒng)，影響蒸汽質(zhì)量的問(wèn)題[5]。

3.3.1 ?處理方案

保持爐水PH值穩(wěn)定;保持適當(dāng)水位及穩(wěn)定操作，以防夾帶;防止鐵離子進(jìn)入鍋爐（防止給水及冷凝水系統(tǒng)腐蝕）或?qū)τ谶M(jìn)入爐內(nèi)的鐵離子附著物加以控制﹑分散﹑排放。

（a）由原設(shè)計(jì)10臺(tái)，流量0.505 L/h，出口壓力13.5 MPa的注劑泵，更換為7臺(tái)流量7.6 L/h，1臺(tái)流量2.5 L/h，出口壓力18.5 MPa的注劑泵。同時(shí)對(duì)復(fù)配的鍋爐給水阻垢劑進(jìn)行20%的稀釋，增加藥劑運(yùn)行流量，防止冬季運(yùn)行藥劑結(jié)晶。

（b）制定合理的爐內(nèi)水排污操作規(guī)程，并監(jiān)督嚴(yán)格執(zhí)行爐內(nèi)水排污操作規(guī)程，杜絕不按規(guī)定執(zhí)行定期排污的同時(shí)，防止連續(xù)排污過(guò)渡排放。

（c）設(shè)計(jì)更新SS蒸汽、爐內(nèi)水監(jiān)測(cè)設(shè)備的冷換設(shè)備，保證監(jiān)測(cè)樣品具有代表性，以利水質(zhì)調(diào)節(jié)控制正確進(jìn)行。

3.3.2 ?使用新型復(fù)合藥品

藥品名稱： ZIMMITE ZB-538C（主要成分：磷酸鹽）。

藥品特性： 含有分散劑，避免鐵離子及鹽類沉積。可降低夾帶情形。控制高濃縮倍數(shù)，減少排污，節(jié)能減排。

4 ?應(yīng)用效果

經(jīng)過(guò)對(duì)藥劑投加設(shè)備的技術(shù)改造及新型藥劑的應(yīng)用，同時(shí)加強(qiáng)管理、嚴(yán)格控制，鍋爐給水、SS蒸汽、三機(jī)凝結(jié)水水質(zhì)各項(xiàng)控制指標(biāo)均達(dá)標(biāo)運(yùn)行，并有效控制了爐內(nèi)水循環(huán)系統(tǒng)的腐蝕結(jié)垢問(wèn)題。

4.1 ?汽包拆檢情況

對(duì)比2014年傳統(tǒng)藥劑投加和2017年新型藥劑投加后的設(shè)備腐蝕情況見(jiàn)圖1-3。

結(jié)果如下：2014年4#爐汽包拆檢，汽包中清理出的垢物較多，垢物成份95%由鐵構(gòu)成，說(shuō)明爐內(nèi)水循環(huán)系統(tǒng)存在腐蝕問(wèn)題。2017年4#爐、8#爐汽包拆檢圖片看，汽包內(nèi)部清潔，保護(hù)膜良好，汽包底部無(wú)沉積垢物，說(shuō)明爐內(nèi)水運(yùn)行品質(zhì)控制良好，爐內(nèi)水循環(huán)系統(tǒng)腐蝕問(wèn)題得到有效控制。

4.2 ?裂解氣壓縮機(jī)透平拆檢情況

裂解氣壓縮機(jī)透平已連續(xù)運(yùn)行4年，透平轉(zhuǎn)子高、中、低壓段葉片表面光亮，無(wú)沉積垢物，無(wú)腐蝕，說(shuō)明高壓蒸汽運(yùn)行品質(zhì)控制良好（圖4）。

4.3 ?除氧器拆檢情況

除氧器拆檢圖片說(shuō)明，除氧頭、除氧水槽內(nèi)部腐蝕性的保護(hù)膜良好，除氧水槽底部無(wú)腐蝕沉積情況，除氧劑應(yīng)用良好（圖5-6）。

5 ?結(jié)束語(yǔ)

鍋爐水處理關(guān)系到設(shè)備的使用壽命、工藝的安全運(yùn)行、系統(tǒng)的節(jié)能降耗。影響水處理成效的因素，除了行之有效的方案，更重要的是解決防范問(wèn)題的能力。撫順石化公司通過(guò)采用新型復(fù)合藥劑技術(shù)，對(duì)乙烯裂解爐余熱鍋爐水處理系統(tǒng)氧腐蝕、酸腐蝕的有效控制，達(dá)到了安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行的目標(biāo)。

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