重整四合一加熱爐襯里粉化原因分析及對策

蘇 健 李廣占 姜文功 梁 偉 王三勇

(1.四川石化公司生產三部；2.獨山子石化公司煉油廠)

獨山子石化公司重整聯合車間50萬t/a半再生重整裝置2011年停工檢修過程中，對重整四合一加熱爐進行鑒定。針對檢修狀況，分析了加熱爐襯里粉化的原因，提出預防措施。

1 加熱爐襯里粉化情況

1.1 對流室

對流室外壁溫度在50～60℃之間，未發現有異常超溫現象。打開檢查孔，對流室內輕質澆注料襯里完好，但翅片管上積垢嚴重，厚度6～7mm(圖1)。

圖1 翅片管積垢照片

1.2 輻射室

對四合一爐外壁進行測溫，發現F-202東側爐壁溫度高達360℃，其余部位測溫在55～65℃。爐膛外觀檢查，F-202輻射室爐膛東墻襯里脫落約8m2，爐頂襯里脫落約2m2，其他部位外觀未發現問題。對襯里進行探孔進行檢查，其中F-201抽查9處，F-202抽查9處，F-203抽查6處，F-204抽查6處，共30處。抽查結果如下：

a. 襯里纖維粉化層厚度分布在4～7cm之間，分布規律是爐墻下部約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試紙測試爐墻襯里酸堿度，粉化層pH分布在1～3之間，呈強酸性質。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。委托檢測機構對粉化層纖維進行分析:四合一爐粉化纖維中SO42-含量占66.27%(質量分數)。

c. 檢查爐墻保溫釘斷裂脫落情況，對30處探孔進行檢查，其中保溫釘全部脫落約7處(占總抽檢數量的23%)，部分脫落達23處。這部分脫落的23處探孔中共檢查到保溫釘數量約110根，已脫落保溫釘數量約89根，脫落率達81%。鋼板有層狀硬銹(鋼板原設計厚度5mm，材料Q235-B)。F-202東側超溫區測量壁板厚度在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氣中均含有少量的硫，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%)進一步與氧化合形成SO3。在高溫煙氣中的SO3氣體不腐蝕金屬，但當煙氣溫度降低到400℃以下，SO3與水蒸氣化合生成稀硫酸。當稀硫酸凝結到爐尾部的受熱表面時就會發生低溫硫酸腐蝕。與此同時，這些凝結在低溫受熱表面的硫酸液體，還會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，最高時達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瓦斯，一部分來源于柴油加氫裝置自產瓦斯。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，長度20～50mm,目前所檢查的粉化層狀態為粉化物或粉化物的板結塊，無纖維形態。分析其原因是由于纖維內的部分雜質如氧化鐵、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反應，導致纖維斷裂最終粉化。另外，陶瓷纖維長期在露點溫度下工作，氣孔間的液態硫酸和陶瓷纖維發生典型的化學反應，產物為硫酸鋁,這時陶瓷纖維的顏色呈現黃色，腐蝕的空洞增大并殘缺不齊從而失去彈性，整個襯里間陶瓷纖維的殘留量在不斷減少，外部表現為粉化物。

正常的纖維襯里層應呈中性，目前檢查的粉化層pH值分布在1～3之間，呈強酸性。分析其原因是由于燃料中含有硫化物，燃燒后以SO2，SO3，H2S 形態隨煙氣滲透至襯里內部，最終在襯里內由于溫度降低與水蒸氣凝液形成酸性液體而富集，隨著時間的推移濃度增大，呈強酸性。而襯里迎火面溫度較高，襯里內只形成流動的酸性氣體，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生在保溫釘轉角處，無明顯縮徑現象，為橫截面斷裂。分析是由于酸性液直接腐蝕保溫釘導致保溫釘金屬金相破壞，具有露點腐蝕特征。而預加氫F-102圓筒加熱爐保溫釘斷裂有直接橫截面斷裂，也有明顯的縮徑現象，既具有應力腐蝕特征，也具有露點腐蝕特征。

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，纖維呈三維網結構，克服了纖維收縮的內部應力，高溫下襯里不會產生定向收縮，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年大修期間對柴油加氫裝置含硫瓦斯流程進行改造，并移位安裝富氣壓縮機。隨著富氣壓縮機的投入運行，可向硫磺裝置輸送含硫瓦斯1 600m3/h，經過硫磺裝置脫硫后，進入系統瓦斯，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 結束語

改造后的四合一加熱爐投用后，對外壁進行測溫，爐外壁平均溫度在35～40℃，加熱爐運行狀況良好，無超溫現象。為保證加熱爐安全、平穩、長周期的運行，應采取以下措施：運行中要嚴格控制爐膛工藝操作參數，嚴禁出現超溫現象；定期對爐外壁進行測溫，并留下測溫記錄以作對比；定期對爐膛煙氣進行取樣，分析其中的S含量，防止爐膛襯里纖維發生露點腐蝕。