加熱爐空氣預熱器結垢及腐蝕原因分析

左 甜 葛玉龍

（1. 中海油煉油化工科學研究院，山東 青島 266500；2.中海油東方石化有限責任公司，海南 東方 572600）

0 引言

某煉廠擁有一次加工原油能力100萬噸/年的常減壓裝置及配套設施。常減壓蒸餾裝置于2011年3月份投產，以綏中36-1原油為原料，生產化工輕油、燃料油、高等級道路瀝青及潤滑油基礎油。

該煉油廠常壓爐、減壓爐現均采用減四線、天然氣作為燃料進行燃燒，外排煙氣匯合后共用一臺空氣預熱器，先后分別與擾流子空氣預熱器和熱管空氣預熱器進行換熱。其中常壓爐F101、減壓爐F102均為立式圓筒爐，并采用強制供風方式，余熱回收方式為擾流子空氣預熱器和熱管空氣預熱器。常減壓爐的相關設計參數如表1所示。

表1 常減壓爐設計值

空氣預熱器是加熱爐出口煙氣的重要換熱設備，用于回收煙氣熱量，其主要作用是進一步提高加熱爐整體熱效率，降低能耗。空氣預熱器安全運行狀況直接影響著加熱爐熱效率[1-3]加熱爐運行過程中燃料燃燒產生的煙氣中含有大量水蒸汽、氮，少量的硫化物、氮氧化物、不完全燃燒的顆粒物及煙氣沖刷、攜帶的襯里粉塵等物質，易造成換熱器腐蝕及結垢，直接影響換熱器的換熱效果，帶來經濟損失與熱能源的白白浪費，擾亂正常生產秩序。所以根據空氣預熱器工作環境，分析并發現其結垢及腐蝕的原因，是我們找到相應預防措施及解決方法的依據。

1 空氣預熱器結垢腐蝕狀況

2017年檢修，拆開空氣預熱器人孔檢查，發現襯里整體完好，入口未見明顯腐蝕，出口熱管表面、引風機轉子與殼體表面結垢嚴重，最后兩排熱管翅片有銹皮，有均勻腐蝕；引風機入口膨脹節導流板腐蝕穿孔。

空氣預熱器出口熱管表面結垢嚴重，最后兩排熱管翅片有厚0.1～0.5mm銹皮，有均勻腐蝕，垢物較濕潤，呈灰黑色與灰白色相間，空氣預熱器箱體出口底部堆積大量此類垢物，局部深約200mm。熱管腐蝕情況如圖1所示。

圖1 熱管表面結垢嚴重，有腐蝕

引風機轉子與殼體表面也附著垢物，厚約8～10mm，局部成塊狀。如圖2所示。

圖2 引風機轉子與殼體表面也附垢物

引風機入口柔性膨脹節表面呈褐色，其下部有一處寬140mm，長190mm橢圓形腐蝕孔洞。如圖3所示。

圖3 引風機入口膨脹節導流板有橢圓形腐蝕孔洞

2 垢樣分析

采用美國伊諾斯便攜式式X 射線衍射儀XRDTerra對垢樣進行XRD分析。儀器設備參數如表2所示。

表2 XRD-Terra設備參數

XRD的分析結果顯示：空氣預熱器垢樣中各礦物的百分比為水鐵礬（FeSO4·H2O）：10.5；硬石膏（ CaSO4）15.5；針綠礬（ Fe2（SO4）3·9H2O）：7.4；紫鐵礬（ Fe2（SO4）3·9H2O）9.3；四水白鐵礬（FeSO4·4H2O）:9.8；粒鐵礬（ Fe（2+）Fe（3+）2（SO4）4·14H2O）15.8；鐵榴石（Ca0.63Fe2.37Fe2（SiO4）4）:4.4；鈦磁鐵礦（ Fe2.50Ti0.50O4）：3.8；鐵銨礬（ N H4 Fe（SO4）2·12H2O）：11.6；針鈉鐵礬（Na3Fe（SO4）3（H2O）3）4.6；綠脫石（Na0.3Fe2Si4 O10（OH）2·4 H2O）：7.3。

由以上XRD分析結果可知：垢樣中主要腐蝕產物SO4

2-，Fe2+Fe3+為金屬腐蝕產生，Ca2+、Na2+、Ti2+為襯里剝落成分。

圖4 空預熱器垢-特征峰d值

圖5 空預熱器垢—各物相擬合譜線

表3 減四線燃料油參數表

垢樣對應XRD 衍射圖譜及其對應的波峰數據，如圖4，圖5所示。

通過該公司空預熱器垢衍射譜線可以看出，衍射峰尖銳，背景較低，基線平滑，說明晶體生長較好，結構完整，具有明顯的可辨認性和穩定性。

3 預熱器結垢及腐蝕的原因分析

3.1 燃料中含硫

該公司在本次檢查前約1年的時間，常減壓爐采用減四線和天然氣作燃料，而減四線中含有硫，減四線各元素及金屬含量如表3所示。由表3可知其硫含量占0.38%，燃燒生成SO2和部分SO3，因煙氣中有蒸汽的存在，當煙氣溫度低于酸露點溫度，預熱器的表面就會有液態水析出，SO2和SO3溶于液態水中，形成腐蝕性較強的硫酸溶液，腐蝕金屬表面[5-7]。

3.2 燃料中含鐵、釩

由上述表3可知，減四線燃料油中還含有Fe、V，含有鐵、釩的燃料油燃燒后，會生成Fe2O3，V2O5低熔點化合物，不但會侵蝕高溫爐管金屬表面，而且Fe2O3, V2O作為催化劑，還會促使SO2向SO3的轉化，加速空氣預熱器低溫部位的腐蝕[8,9]。

4 解決及預防預熱器腐蝕建議

（1）嚴格控制燃料中硫含量，采用含硫量較低的燃料，將燃料油改為天然氣。從本質上減少了硫酸的形成，降低了產生酸腐蝕的概率，有效延長設備管道的長期使用；

（2）尾排熱管溫度下降，酸液凝結的多，并且低于酸露點溫度，是酸腐蝕中常見位置，有效控制此處的腐蝕與結垢是保證整個空氣預熱器長久工作的保障。建議末端幾排熱管表面襯搪瓷以提高其抗腐蝕能力；

（3）將燃料油改為天然氣以后重新測定或核算煙氣的露點溫度，一般控制煙氣的排放溫度大于露點溫度15℃以上。建議改為天然氣以后，煙氣的排煙溫度控制在120℃左右；

（4）避開酸腐蝕溫度。在盡量不影響加熱爐熱效率的前提下，適當的提高預熱器熱管壁溫，高于酸露點溫度，達到防腐目的[10]；

（5）及時進行清洗。通過化學清洗或者物理清洗方法，清洗掉空氣預熱器中產生的結垢，熱管管束外壁的結垢，提高設備換熱效果，避免了設備垢下腐蝕，延長使用壽命。

5 效果

采用以上措施后，空氣預熱器露點腐蝕問題明顯好轉，運行三年后檢修檢查低溫部位熱管完好，達到了預期目標。