空氣預熱器的腐蝕結垢與應對措施

黨建，張鵬，王彥軍，李文廣(玉門煉油廠，甘肅 玉門 735019)

0 引言

空氣預熱器是加熱爐排放的高溫煙氣與加熱爐燃燒所需的冷空氣進行熱能交換的設備。它通過回收利用加熱爐排放煙氣的熱量，在降低排煙溫度的同時，提高加熱爐燃燒時所需空氣的溫度，以達到提高了加熱爐效率的目的。由于進入加熱爐的空氣被加熱，減少了冷空氣進入后造成的熱量損失，使得加熱爐的熱量利用率達到最大化，減少了燃燒時的熱能損失，提高了加熱爐熱效率。隨著科學技術的發展及加熱爐設計水平的提高，各種新式的空氣預熱器在煉廠加熱爐上得到了越來越廣泛的應用。

1 裝置現狀

玉門煉化總廠常減壓蒸餾裝置空氣預熱器是在2010年9月大檢修時，對煙氣余熱回收系統的改造中進行整體更換的，共分為三段：擾流子段、熱管段、低溫搪瓷段。主要利用常壓爐與減壓爐的余熱煙氣和空氣換熱，使入爐空氣溫度提高，從而提高加熱爐熱效率、降低能耗。經過改造，排煙溫度大幅下降，加熱爐熱效率得到很大提高。但是在2011年，即空氣預熱器使用一年后，發現低溫搪瓷段腐蝕嚴重，部分搪瓷管發生腐蝕穿孔，甚至有個別搪瓷管被腐蝕斷裂，如圖1所示。

圖1 搪瓷管腐蝕斷裂圖

2 腐蝕、結垢原因分析

由于空氣預熱器中的煙氣溫度與金屬的溫度較低，排放的煙氣極易形成水蒸氣，當燃料中含有S時，煙氣中會形成SO3，，二者在管壁上凝結后生成硫酸，造成金屬的低溫腐蝕。常減壓裝置三頂瓦斯在沒有進行脫硫的情況下直接進入加熱爐燃燒，是目前造成空氣預熱器腐蝕的一個主要原因。此外，空氣預熱器管束還存在有大量的結垢物，主要是由于低溫受熱面上的液體與加熱爐煙氣中的灰塵溶合后形成，其成分復雜，但主要以硫酸鹽為主。

2.1 腐蝕機理

一般燃料油或燃料氣中都含有少量的硫，硫燃燒后變成SO2，由于燃料室中有過量氧氣存在，所以又有少量的SO2進一步與氧結合生成SO3，在通常的過剩空氣條件下，全部SO2中約有1%～3%轉化成SO3。在高溫煙氣中SO3氣體不腐蝕金屬，但當煙氣溫度降到400 ℃以下，SO3與水蒸氣結合生成硫酸蒸汽。發生腐蝕反應如下[1]：

硫酸露點腐蝕受燃料氣中硫含量、SO3轉化率和水分含量的影響。

2.2 影響腐蝕結垢的因素

2.2.1 燃料影響

常減壓蒸餾裝置加熱爐的燃料目前由催化干氣、焦化瓦斯、初頂瓦斯、減頂瓦斯，經壓縮機壓縮后的常頂瓦斯，以及部分重整的高壓氫和少量液態烴組成。其中催化干氣、焦化瓦斯已脫硫，其硫含量較低。但初頂瓦斯、常頂瓦斯以及減頂瓦斯沒有經過脫硫，因此其硫含量較高，這些沒有經過脫硫的瓦斯直接進入加熱爐進行燃燒，使得燃料的平均硫含量提高，從而也相應提高了煙氣的露點溫度，為空氣預熱器腐蝕創造了條件。此外燃料中含有的少量氫氣及液態烴增加了燃燒過程中水的生成量，進一步加快了空氣預熱器的腐蝕速度。

2.2.2 原油性質影響

常減壓蒸餾裝置目前加工的原料為混合原油。其中包括吐哈、吐中、哈國及玉門原油等。由于玉門油田大多處于開采中后期，為了提高原油采收率，采用返注水、注劑和酸化等技術，使原油含鹽量及含硫量普遍偏高。高含硫、高含鹽的原油在生產過程所產生的瓦斯氣含硫量、含鹽量也相應升高，這些含硫的瓦斯經過燃燒后會對空氣預熱器產生腐蝕效果，瓦斯中含有的金屬離子燃燒后所形成的金屬氧化物顆粒與煙氣中的水分混合后形成灰垢附著在熱管的表面，造成空氣預熱器表面大量結垢。

2.2.3 結垢影響腐蝕

燃燒時產生的灰垢會沉積在金屬表面，使得空氣預熱器的熱交換效果變差，進一步造成金屬表面溫度降低，且更容易產生露點腐蝕，嚴重時還會堵塞管束，影響空氣預熱器和加熱爐的正常運行。

2.2.4 積灰

積灰是加熱爐燃燒過程中最常見、也是最普遍的問題。它不僅影響加熱爐的熱效率，也是影響空氣預熱器使用壽命的重要因素。積灰會降低空氣預熱器的傳熱效果，同時也會使煙氣的阻力增加。

2.2.5 其他因素

除上述原因以外，還有其他一些因素也會對空氣預熱器產生腐蝕效果。如設計問題，常減壓裝置加熱爐空氣余熱系統改造于2010年10月10日完成，投用后，爐子出現氧氣不夠，加熱爐負壓值有時為微正壓。經過各種數據的分析認為熱空氣漏進了煙氣。2013年拆修發現泄漏的換熱管和表面搪瓷破損的管子，共142根。此外還有煙道腐蝕泄漏，會吸入水汽加速腐蝕；空氣入口存在偏流；熱管翅片脫落，導致熱管傳熱效果降低等多種因素。

3 腐蝕與結垢防護措施

3.1 控制過剩空氣系數

供風是保證加熱爐正常燃燒的重要條件之一。然而過量的供風不僅會造成熱量過度損失，也會加快水蒸氣的形成。尤其在冬季，玉門氣溫很低，此時冷空氣進入空氣預熱器進行換熱后，需要吸收更多的熱量，如果空氣系數過高，會進一步造成空氣預熱器金屬表面溫度降低，且更容易產生水蒸氣，加速低溫腐蝕。但過低的供風會造成燃料燃燒不完全，形成大量顆粒物，進一步加重空氣預熱器積灰。因此控制好過剩空氣系數，使其達到最佳值十分重要。在加熱爐的實際操作過程中，應加強“三門一板”調節工作，同時加強檢查，不放過任何一個漏點，杜絕漏風問題。

3.2 降低加熱爐燃料中硫化物的含量

對煉廠燃料氣(瓦斯)進行脫硫處理，則可顯著降低煙氣露點溫度，減少低溫腐蝕。可將初頂瓦斯、常頂瓦斯、減頂瓦斯通過壓縮機壓縮后，輸入低壓管網，避免將未經過脫硫的瓦斯直接輸入加熱爐進行燃燒。

3.3 提高原油的脫鹽效果

優化電脫鹽操作，嚴格控制脫后含鹽。通過不斷地優化并調整操作，盡可能使脫后含鹽小于3 mgNaCl/L，以盡可能降低脫后原油的含鹽量。由于采用超聲波破乳，為了更好地發揮超聲波破乳器的效果，在原油及產品、工藝指標變動的情況下，應及時與廠家溝通，邀請超聲波廠家技術人員針對本裝置當前的生產情況對參數進行優化調整，保證脫后含鹽達標。只有嚴格控制脫后含鹽，才可能大量減少因Na、Ca、Mg等金屬離子燃燒后形成的金屬氧化物顆粒。

3.4 降低煙氣中水蒸汽含量

加熱爐在使用燃料油作為燃料時，會使用霧化蒸汽，此時大量蒸汽會進入加熱爐內，當霧化蒸汽過大時，露點溫度就會略有提高。尤其像玉門等西北地區，冬季氣溫較低，為防止燃料油管線凝結，造成關鍵時刻無法及時投用，因此燃料油防凍蒸汽較夏季有所提高，如果排煙溫度降低，空氣預熱器更易發生腐蝕，因此在保證加熱爐正常燃燒和防凍的情況下，應嚴格控制蒸汽使用量對防止露點腐蝕具有重要作用。

3.5 解決積灰問題

加強吹灰器的使用與管理工作，防止積灰影響加熱效率并造成垢下腐蝕。目前加熱爐都配有吹灰系統，要嚴格定期對加熱爐進行吹灰，同時可采用化學清洗方法，使用清洗劑對加熱爐結垢進行清洗。

3.6 玉門地處西北地區，早晚及季節性溫差較大

氣溫的高低直接影響到預熱器的管壁溫度。氣溫低，造成進風處的管壁溫度及排煙溫度偏低，當低于煙氣露點溫度時就會發生露點腐蝕。所以應提高供風溫度，嚴格控制排煙溫度在指標范圍內。

3.7 低溫段采用耐腐蝕材料可有效減輕低溫露點腐蝕的影響

換熱表面鍍搪瓷，搪瓷為防腐材料，可一定程度避免發生煙氣露點腐蝕。

3.8 對結垢進行清洗

對結垢物的分析及清洗劑的篩選[2]，采用氫氧化鈉、碳酸鈉、磷酸三鈉及表面活性劑等清洗，堿洗的目的是去除設備內以硫酸鹽為主的結垢物。

4 結語

空氣預熱器作為加熱爐的一個組成部分，在提高加熱爐熱效率，降低能耗方面起著至關重要的作用。因此，在日常的使用過程中，我們需要加強觀察并不斷探索，及時發現并解決各類腐蝕問題，盡可能延長其使用壽命，為加熱爐正常、高效的運行提供可靠保障。