尾氣焚燒爐余鍋腐蝕穿孔原因分析及對策

李俊

摘要：對某高酸氣田天然氣凈化廠發生的一起尾氣焚燒爐余熱鍋爐水冷壁腐蝕穿孔事件進行了原因分析，得出制造缺陷及高溫硫腐蝕是造成腐蝕穿孔的主要原因，施工焊接過程中存在局部咬邊及電弧灼傷是內因，高溫硫腐蝕是外因。同時提出了相應的處理對策及防止類似情況再次發生的預防措施。

關鍵詞：余鍋高溫硫腐蝕 穿孔

一、概況

1.工藝概述

來自全廠凈化裝置中的尾氣（吸收塔頂尾氣、液硫池放空氣、富胺液閃蒸罐閃蒸氣、硫磺回收單元尾氣、酸水汽提塔放空氣）全部進入尾氣焚燒爐，在焚燒爐內尾氣與外補燃料氣及空氣（由焚燒爐風機K-401A/B供給）混合燃燒，爐膛溫度約為650℃。尾氣中H2S和COS在焚燒爐內燃燒并轉化為SO2，其它可燃物如烴類、氫及CO也同時被完全氧化。離開爐膛的高溫煙氣進入尾氣焚燒爐余熱鍋爐的殼程，與管程中的除鹽除氧水進行換熱，利用尾氣焚燒處理的高溫熱能，產生3.6MPa的飽和蒸汽，經過熱后變成過熱蒸汽并入廠中壓蒸汽系統管網。從余熱鍋爐流出的煙氣最后經120米高煙囪達標排入大氣。

2．余熱鍋爐簡介

尾氣焚燒爐余熱鍋爐由意大利FBM/MACCHI生產，屬煙道余熱鍋爐。該余熱鍋爐主要由以下部件組成：

①有內件的蒸汽汽包（上鍋筒） ②有支撐座的水罐（下鍋筒）

③側膜式水冷壁 ④進氣側的水冷屏管

⑤三級過熱器（初級、二級和末級） ⑥鍋爐管束

⑦兩個中間級噴水減溫器 ⑧一個末級噴水減溫器

⑨隔熱、絕緣層和耐火襯里

余熱鍋爐設計采用蒸汽管脹焊到汽包和爐底鍋筒，側壁由膜式水冷壁和翅片管（不需要耐火材料維護）組成，過熱器由裸管組成。

主要技術參數：

設計溫度：290℃，操作溫度：260℃；

設計壓力：4.5 MPa ,操作壓力：4.2 MPa。

設備部件材質及規格：

水冷壁管材質為SA210A-1，規格為?63.5×4mm。

上鍋筒材質為SA516-70，厚70mm，腐蝕余量1.5mm。

下鍋筒材質為SA516-70，厚45mm，腐蝕余量1.5mm。

三、檢驗檢測

1.外觀檢查

經停爐檢查發現：余熱鍋爐水冷壁管束穿孔總共有3處。其中2處位于下鍋筒(141-D-402)附近的底部第十一根和第十三根水冷壁管管束，見圖1；另1處位于尾爐側水冷壁右下角第二根管束，見圖2；三根水冷壁管均為外壁腐蝕穿孔。 另外，下鍋筒外壁存在多處凹坑；爐內襯里澆注料破損嚴重，見圖3。

圖1：下鍋筒附近水冷壁管腐蝕情況圖2：尾爐側水冷壁管腐蝕情況

2.超聲波測厚

對部分管束進行了超聲波測厚，共抽測57個點。抽查結果：除穿孔管束腐蝕部位厚度降低以外，其他管束壁厚均正常。

下鍋筒外壁表面多處凹坑，最大深度3mm，見圖4。

圖3 水冷壁澆注料破損情況圖4 下鍋筒外壁坑蝕情況

3.合于評價

鑒于下鍋筒外壁表面多處凹坑，最大深度達3mm，已超過下鍋筒腐蝕余量。特聘請有資質檢測單位對下鍋筒進行合于評價，通過對下鍋筒進行外觀檢查、定點測厚、無損檢測及力學計算，最終結論：可以繼續使用。

三、原因分析及結論

制造缺陷及高溫硫腐蝕是造成腐蝕穿孔的主要原因，施工焊接過程中存在局部咬邊及電弧灼傷是內因，高溫硫腐蝕是外因。從圖2可以看出：在尾爐側水冷壁管穿孔處，能明顯看到施焊過程留下的咬邊及電弧灼傷痕跡，同時在周圍有大量硫磺附著在管束外壁。結合全面檢查情況和生產運行實際，初步分析認為：尾爐側右下角水冷壁換熱管因焊接缺陷，在高溫硫化腐蝕下，首先從焊接缺陷處腐蝕并導致穿孔出現泄漏。泄漏出來的水與煙氣中的SO2反應生成H2SO3，并在相對較低的局部位置（下鍋筒、澆注料）積聚。積聚后的酸性水順著下鍋筒附近的水冷壁澆注料裂紋流入到水冷壁管上面，形成酸性腐蝕；隨著設備連續運行，泄漏量逐步增加，導致暴露的下鍋筒局部點蝕、坑蝕，水冷壁管出現腐蝕穿孔。

四、處理措施

1.臨時修復措施：

1.1對已損壞換熱管采取臨時封堵措施，充分考慮下次設備修復換熱管與鍋筒的脹接口保護問題；

1.2考慮臨時修復、短期運行期間，因換熱管管束干燒引起的換熱管間密封板熱膨脹量對相鄰管束的影響和破壞；

1.3在臨時修復6個月內考慮有條件、有時間對換熱管進行更換；

1.4對余熱鍋爐損壞襯里澆注料進行修復、對翅片管水垢進行人工清理。

2.長周期運行修復措施

2.1更換已損壞換熱管：優先選用原牌號材料，同時考慮國內替代材料的評估，進行焊接工藝評定、熱處理工藝方案的編制；

2.2為防止管束泄漏，鍋爐水低點聚集，造成腐蝕，對鍋筒與換熱管低點處增設不銹鋼弧形保護板，同時保留和疏通原設備低點排放口。

2.3修復方案必須報當地政府質監部門審批，合法維修。

五、預防措施及建議

天然氣凈化廠同類設備共有12臺，從該設備目前在整個裝置中的運行現狀來看，初步認定是個例。

1．預防措施

1.1加強對其它尾氣焚燒爐和余熱鍋爐的巡檢，注意其相關參數的波動和變化。如在生產過程中發現煙囪冒白煙的情況，應立即停爐檢查。

1.2加強液硫池放空氣的操作控制，防止硫蒸汽進入尾氣焚燒爐，避免高溫硫對水冷壁管的腐蝕。

2.建議

2.1對目前停工裝置的尾爐、余鍋進行全面檢查和檢測；未停工裝置的尾爐、余鍋密切注意其相關參數的波動和變化，特別是關注煙囪尾氣排放情況，在停工后進行全面檢查和相關檢測。

2.2在長周期運行修復時，需在地方鍋檢所的參與下對該爐進行安全評價；施工單位需同時具有相應資質和鍋爐制造、維修業績；如修復采取補焊方式，必須進行局部熱處理。

注：文章內所有公式及圖表請以PDF形式查看。