铸造板式空气预热器用于加热炉排烟系统

陈金晖

（大庆石化公司炼油厂 黑龙江大庆）

一、前言

大庆石化1＃常减压装置2010年8月设计，2012年8月建成投产，该装置处理量为6500 kt/a。余热回收采用高温热管和低温热管，烟气300℃进高温热管预热器，经高温热管预热器换热后温度降到220℃，进低温热管预热器，温度降至140℃排到大气（图1）。

图1 加热炉烟气与空气换工艺热流程图

原来使用的低温热管式空气预热器，在一年多生产使用过程中，出现了许多问题，一是由于热管式换热器使用的材料为碳钢，因此很快就出现了腐蚀泄漏现象，最严重的时候7、8个月就出现腐蚀泄漏，而使设备损坏；二是低温热管结构为垂直重力式，积灰不易清掉。他们在检修时使用低压水和蒸汽清洗，根本无法清掉，而且在检修过程中易造成翅片倾倒压扁、损坏，检修难度较大。如果把翅片管单根清理灰尘，再进行翅片修复，工作量很大；三是换热效果不好，热效率不高，一般在90.5%左右。为了减轻烟气对空气预热器的腐蚀，生产上采取提高排烟温度，把低温预热器出口排烟温度提高到160～170℃，这样虽然减轻了设备腐蚀，但也降低了加热炉热效率，损失了大量热量。2013年10月，决定将低温热管式空气预热器更换为双面双翅片铸造板式空气预热器，以便解决上述问题。

二、腐蚀原因分析

1.腐蚀情况检测

2013年3月对低温热管预热器检查时发现腐蚀泄漏，对该设备进行了检修，打开设备后看到在管束翅片上积累了大量灰尘，清除灰尘后发现管束比较严重，腐蚀形式主要是坑蚀减薄，并有大量的褐绿色的腐蚀产物，其中还夹杂淡黄色的物质，经化验分析主要成分为FeSO4，Fe2（SO4）3，S，C还有少量的FeS，氮化物及含有铜、钒、磷、铬等化合物。

2.腐蚀原理

该腐蚀是典型的高温烟气露点腐蚀。加热炉的燃料主要来自本装置自产的热渣油，热渣油中的硫及硫化物含量为0.12%，它们在燃烧时大部分生成SO2，SO3，干的SO3对设备几乎不发生腐蚀，但当它与烟气中的蒸汽结合形成硫酸蒸汽时，却大大提高了烟气的露点，在低温热管预热器的露点部位发生凝结，严重腐蚀设备。

研究表明，高温烟气硫酸露点腐蚀与普通的硫酸腐蚀有本质的区别。普通的硫酸腐蚀为硫酸与金属表面的铁反应生成 FeSO4。高温烟气硫酸露点腐蚀首先也是生成FeSO4，但FeSO4在烟灰沉积物催化作用下与烟气中的SO2和O2进一步反应生成Fe2（SO4）3，而Fe2（SO4）3对SO2向SO3的转化过程有催化作用。当pH＜3时，Fe2（SO4）3本身也对金属腐蚀生成FeSO4，形成FeSO4→Fe2（SO4）3→FeSO4的腐蚀循环，大大加速了腐蚀进程。

低温热管预热器烟气入口温度220℃，出口温度140℃，经测定烟气的露点温度为137℃，而排烟温度高于露点温度，但由于烟气在流动过程中存在偏流现象，使各个部位的露点温度有所不同，同时再有积灰因素的影响，有的部位温度达到露点温度以下，于是产生了露点腐蚀。

加热炉虽然以热渣油为主要原料，但同时也以高压瓦斯为辅助燃料，高压瓦斯中含有H2S，部分H2S没有充分燃烧，便随烟气进入空气预热器，在那里与燃烧后产生的SO2反应，析出单质S，由于该处温度较低，单质S没有与其他物质反应，便以单质形式存在。

3.挂片试验

在低温热管预热器的入口和出口安装挂片，材料为316L、18-8钢、304钢、20#钢、铸铁，经过 4 个月取出，腐蚀情况见表1。

表1 各种材料腐蚀情况表

由表1可以看出，在低温热管预热器的出入口处，铸铁没有受到任何腐蚀，而其他材料挂片均有不同腐蚀，在出口处腐蚀速率较大，尤其碳钢腐蚀速率非常快。因此，在低温预热器上使用碳钢管和不锈钢是不适宜的。

三、双面双翅片铸造板式预热器应用情况

1.低温热管预热器改造

2013年10月把低温热管式预热器改成双面双翅片铸造板式预热器，这种预热器由溧阳恒祥特钢机械制造有限公司设计、生产，属于专利产品。它是由多片铸造传热片以不同方式组合成单管程或多管程的整体，每块传热板都是铸造而成，片与片之间由螺栓连接，为防止高温烟气对螺栓的腐蚀，有螺栓一侧的介质为空气，详细结构见图 2～图 5。

因为每个部件都是双面翅片，烟气和空气都要流经翅片，一方面增大了换热面积，另一方面气流会发生湍流现象，强化了换热效果，因此可大幅降低排烟温度，提高加热炉效率。为节省投资，只是在烟气的低温段（220～140℃）使用了双面双翅片铸造板式空气预热器，因为这段出现的露点腐蚀特别严重，高温段（320～220℃）仍利用原来的管式空气预热器，因为这段几乎没有露点腐蚀。

图2 双面翅片铸造板

图3 双面翅片铸造板部件组装图

2.双面翅片铸造板式预热器应用效果

2013年10月利用装置检修期间，完成此项目改造并投入使用，到目前运行14个月，在节能和防腐蚀方面效果显著。

（1）加热炉热效率。改造后，加热炉排烟温度由160℃降到135℃，在此温度下,对常减压装置的常压炉和减压炉进行标定，然后利用反平衡法可以计算出热炉热效率，见式（1）。改造前后标定的常压炉和减压炉数据及计算效率见表2。

图4 双面翅片铸造板组装后整体图

图5 双面翅片铸造板预热器成品

表2 空气预热器改造前后加热炉标定数

式中q烟——排烟热损失百分比

q散——炉体散热损失百分比

从表2可以看出，由于加热炉排烟温度的降低，烟气的热量得到了较好的回收和利用，加热炉的热效率得到提高。经试验加热炉的排烟温度可以降到110℃，但考虑到温度降得太低，会对其他部件造成一定的腐蚀，因此排烟温度一般控制在135℃以上。

（2）双面双翅片铸造板式预热器腐蚀情况。经14个月运行后，利用检修期间打开设备检查部件腐蚀情况，由于吹灰器吹灰效果不好，发现翅片上堆积了较多烟灰，用蒸汽或低温水很容易就清除掉积灰，露出翅片本体，经详细检查没有发现腐蚀现象，只是表面略黑，这是由于渣油没完全燃烧而形成的烟垢附着在上面的结果。

四、结论

通过对加热炉排烟系统低温空气预热器腐蚀原因分析，知道此处的腐蚀为高温烟气露点腐蚀，对空气预热器的材料要求较高，普通的碳钢和不锈钢都不能很好解决该处的腐蚀问题，而应用双面双翅片铸造板式预热器，便可很好地解决烟气露点腐蚀问题，降低了清灰难度，加热炉热效率提高。