空氣預(yù)熱器的腐蝕積灰及預(yù)防

張 璇

（中石化廣州工程有限公司，廣東廣州 510620）

空氣預(yù)熱器的腐蝕積灰及預(yù)防

張 璇

（中石化廣州工程有限公司，廣東廣州 510620）

空氣預(yù)熱器是一種在煉油工業(yè)上廣泛使用的重要熱交換設(shè)備，詳細分析了空氣預(yù)熱器低溫腐蝕及積灰的多種影響因素，并針對其產(chǎn)生的原因，提出了預(yù)防措施。

空氣預(yù)熱器；低溫露點腐蝕；積灰；預(yù)防

空氣預(yù)熱器是通過回收熱煙氣能量來預(yù)熱燃燒用空氣的設(shè)備，從而提高了熱效率，帶來經(jīng)濟收益。但當燃料中含有硫時，流經(jīng)空氣預(yù)熱器的煙氣溫度不高的情況下，在金屬受熱面壁溫較低處，存在著易腐蝕和積灰的問題，嚴重時會造成裝置停工和檢修，造成經(jīng)濟損失和安全隱患。

1 空氣預(yù)熱器種類

常用的空氣預(yù)熱器種類有∶①回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，用在3000萬大卡以上大熱負荷的加熱爐，一般煙氣溫度不超過450℃。②熱油式空氣預(yù)熱器，用在外供熱油預(yù)熱空氣。③管式或擾流子空氣預(yù)熱器可用在煙氣溫度高于350℃，熱負荷不受限制。④熱管式空氣預(yù)熱器用于煙氣溫度一般不超過350℃，熱負荷不受限制，易積灰的煙氣。⑤鑄鐵式、玻璃管式空氣預(yù)熱器，用于腐蝕性強煙氣。⑥板式空氣預(yù)熱器，用于清潔、基本無腐蝕性煙氣。

2 低溫露點腐蝕問題

一般燃料油或燃料氣中均含有少量的硫，硫在燃燒后生成SO2，在通常的過剩空氣條件下，會發(fā)生下述反應(yīng)∶

煙氣中硫酸蒸汽的凝結(jié)溫度稱為酸露點，其中SO3含量越高，酸露點就越高。在金屬受熱面壁溫高于酸露點時不會發(fā)生腐蝕，但當它在受熱面壁溫低于酸露點處冷凝下來時，就對受熱面產(chǎn)生嚴重的腐蝕作用。這種由于金屬受熱面壁溫低于酸露點而引起的腐蝕稱為低溫露點腐蝕。

2.1 燃料含硫量的影響

燃料的含硫量和煙氣的露點溫度之間有著重要的關(guān)系，燃料中的硫形成的SO3的含量大小是影響露點腐蝕溫度高低的原因。實驗得出，當燃料含硫量為1%～5%時，含硫量每增加1%，煙氣露點約升高4℃。

2.2 過剩空氣系數(shù)的影響

在實際生產(chǎn)運行中，煙氣中過剩的氧會增大SO3的生成量。因此過剩空氣系數(shù)的大小實際上跟腐蝕速度是緊密聯(lián)系的。

2.3 硫酸濃度的影響

煙氣中的水蒸氣與硫酸蒸汽遇到低溫金屬受熱面開始凝結(jié)，開始時煙氣中的硫酸蒸汽的凝結(jié)速度要大于煙氣中水蒸氣的凝結(jié)速度，因此煙氣露點溫度也有所降低，此時凝結(jié)液中的硫酸濃度很大。隨著換熱的進行，煙氣流經(jīng)的金屬壁溫更低，硫酸和水蒸氣繼續(xù)凝結(jié)，此時酸濃度由于水的凝結(jié)而降低。不同濃度硫酸對金屬受熱面產(chǎn)生腐蝕的速度也不同。當硫酸濃度為56%左右時，腐蝕速度較快；當硫酸濃度較高或較低時，腐蝕速度較慢。

2.4 金屬受熱面壁溫的影響

腐蝕速度還與金屬受熱面壁溫有關(guān)。金屬受熱面壁溫溫度高時，化學反應(yīng)速度較快。因此在實際運行中，腐蝕的速度是由金屬受熱面壁溫和凝結(jié)液中硫酸濃度共同作用影響的，其變化規(guī)律如圖1所示。

圖1 低溫腐蝕速度與受熱面溫度關(guān)系示意圖

隨著換熱的進行，金屬壁溫逐漸降低，當?shù)陀谒崧饵cE時，開始發(fā)生露點腐蝕，隨著酸量凝結(jié)的增多，腐蝕越來越嚴重，大約在低于露點溫度20～45℃時，腐蝕在D點達到最大值。壁溫繼續(xù)降低后腐蝕減緩，酸濃度接近50%的B點，隨著酸量的增加，腐蝕又開始加劇。到達A點后，煙氣中的可凝結(jié)組分冷凝下來形成露滴，此時煙氣中的SO2開始溶解于露滴中，形成亞硫酸溶液，對金屬受熱面的腐蝕劇烈加強。

理論上，腐蝕存在“第一安全區(qū)”和“第二安全區(qū)”，但實際上在“第二安全區(qū)”也會發(fā)生腐蝕，是因為燃料中硫含量不穩(wěn)定，造成酸露點的變化。因此使金屬壁溫高于露點溫度才能避免發(fā)生腐蝕。

3 預(yù)防低溫露點腐蝕的措施

一是在空氣預(yù)熱器低溫段使用耐低溫露點腐蝕的材料；二是適當降低過剩空氣系數(shù)來抑制SO3的生成，降低露點溫度；三是使用前置預(yù)熱器提高冷端壁溫高于露點溫度；四是使用清潔燃料，增加脫硫裝置；五是設(shè)置冷風旁路提高排煙溫度進而提高冷端金屬壁溫；六是設(shè)置熱風循環(huán)來提高空氣預(yù)熱器的冷端空氣入口溫度七是在冷端金屬外壁涂防腐材料。

目前國內(nèi)較理想的耐低溫露點腐蝕材料是ND鋼，其材質(zhì)為09CrCuSb，廣泛應(yīng)用于抵御含硫煙氣露點腐蝕的各類裝置設(shè)備上。它在鋼中加入了Cr，Cu和Sb等微量元素，在鋼材表面可以形成一層非常穩(wěn)定的致密鈍化膜，能夠降低低溫露點腐蝕的速度，還具有耐氯離子腐蝕的能力。ND鋼經(jīng)國內(nèi)各大煉油廠和制造單位使用后，其良好的使用效果受到廣泛的好評。

但從抑制SO3生成來講，降低過剩空氣系數(shù)是合理的，但會造成不完全燃燒且會加重空氣預(yù)熱器的積灰。因此合理控制過剩空氣系數(shù)是十分重要的，并不是越低越好。此外，避免漏風也可以降低過剩空氣系數(shù)，有效地提高效率。

當燃料中含有硫時，在空氣預(yù)熱器前加前置預(yù)熱器可以解決露點腐蝕。利用裝置或設(shè)備產(chǎn)生的余熱（一般為低壓蒸汽或其他低溫熱源等），來預(yù)熱進入空氣預(yù)熱器的燃燒用空氣，讓空氣在進入預(yù)熱器前先進行一次換熱，從而提高預(yù)熱器壁溫，改善露點腐蝕條件。

采用冷空氣旁路技術(shù)。即在空氣預(yù)熱器空氣入口和出口間設(shè)置一根冷風道管路，使其中一部分燃燒用空氣不經(jīng)過預(yù)熱而直接與預(yù)熱后的燃燒空氣混合。這樣可以提高排煙溫度，進而避免露點腐蝕。

采用熱空氣循環(huán)技術(shù)。將預(yù)熱后的燃燒空氣循環(huán)進入鼓風機，使混合后的空氣溫度提高到足以使預(yù)熱器冷端保持高于露點溫度。

4 管壁積灰問題

空氣預(yù)熱器中積灰一般分為兩種情況∶一種情況是在硫酸蒸汽凝結(jié)形成酸液后，煙氣中的灰粒子極易被其黏附形成沉積，稱為“濕灰”。灰中的金屬氧化物還能進一步與酸液發(fā)生反應(yīng)生成水硬性硫酸鹽，引起積灰硬化，形成很難清除的低溫黏積灰；另一種情況是煙氣中的灰粒子沉積在換熱面，稱為“干灰”。

積灰可造成空氣預(yù)熱器煙氣通道減小，壓力降增大，金屬受熱面壁溫降低，傳熱減弱，并同時吸收部分SO3，加速腐蝕過程，造成排煙溫度升高，換熱效率下降。

5 預(yù)防積灰的措施

煙風道的布置要盡可能使空氣預(yù)熱器進出口的煙氣流速均勻，以防止空氣預(yù)熱器內(nèi)出現(xiàn)偏流現(xiàn)象，引發(fā)流量少的一邊由于總換熱量少而出現(xiàn)低溫露點腐蝕，堵灰。因此在滿足壓降的情況下，盡量提高煙氣流速，實現(xiàn)自吹來減少積灰，還可以在預(yù)熱器上布置吹灰器，以實現(xiàn)在線吹灰。

6 結(jié)束語

大多數(shù)空氣預(yù)熱器都是以回收熱量的經(jīng)濟性為目的。因此選定腐蝕條件的冷端設(shè)計溫度和限制積灰，并采取措施使其等于或高于許用值，在達到各種預(yù)計的操作條件下，使腐蝕和積灰減到最小。

引起低溫露點腐蝕和積灰的因素很多∶諸如，燃料中硫或其他雜質(zhì)的含量；燃料或煙氣的添加劑；煙氣中氧和水蒸氣的含量；燃燒的溫度；加熱爐的清潔程度等。因此應(yīng)做到實時檢測，才能保證空氣預(yù)熱器長周期的安全運行、經(jīng)濟運行。

Corrosion and Fouling of Air Preheater and its prevention

Zhang Xuan

Air preheater is an important heat exchange equipment widely used in the oil refining industry.This paper analyzes the various factors of low temperature corrosion and fouling of air preheater，and puts forward the characteristics of the air preheater Precaution.

air preheater；low temperature dew point corrosion；fouling；prevention

TK172

B

1003-6490（2017）02-0026-02

2017-01-03

張璇（1983—），女，山東新泰人，工程師，主要研究方向為石油化工裝置加熱爐工程。