加热炉低温烟气露点腐蚀防护及温度计算

王 波，蒋晓敏

(中国石油乌鲁木齐石化分公司，新疆乌鲁木齐 830019)

加热炉低温烟气露点腐蚀防护及温度计算

王 波，蒋晓敏

(中国石油乌鲁木齐石化分公司，新疆乌鲁木齐 830019)

通过某石化公司炼油厂加热炉2008年度检修中发现的腐蚀问题，着重分析了加热炉设备的露点腐蚀状况及露点腐蚀温度的计算。同时指出，关于加热炉的露点腐蚀问题，采用保护涂层及增加衬里底层的不锈钢箔不失为一种值得尝试的方法。

加热炉 烟气 露点 腐蚀 防护措施

长期以来，低温烟气露点腐蚀一直影响着石化行业的一些重要设备，特别是加热炉的对流炉管及空气预热器的正常运行。某石化公司炼油厂三台加热炉也存在不同程度的腐蚀问题，如加氢装置加热炉经过长期的运行以后，其对流室钉头管部分被腐蚀脱落露出光管，另外对流室壁板还有局部穿孔的现象。

1 加热炉对流室腐蚀现状

1.1 加氢装置加热炉有关原始数据

04－0026－03

该加热炉于1999年投用，采用燃料气作燃料。设计热负荷为12.725 GJ/h。当年投用时对流室炉管与套管之间未用保温材料密封，造成烟气外漏，使对流室弯头箱内温度过高表面油漆剥落。2000年与2001年又对衬里进行了修补。2006－2007年间炉外壁钢板出现了不同程度的腐蚀减薄穿孔，于是更换了衬里、贴板并更换了部分钢板。2008年检修时更换了对流室壁板、顶板及其衬里。加热炉主要部件材质见表1。

表1 加热炉主要部件材质

1.2 腐蚀状况

检修发现对流管壁板腐蚀减薄严重，部分区域已经出现穿孔现象。一侧保温钉大部分腐蚀脱落，造成保温衬里大面积脱落(见图1)。通过对其腐蚀形态的分析确定造成这一现象的主要原因为烟气的露点腐蚀。

图1 加热炉对流室保温钉腐蚀脱落情况

2 露点腐蚀机理

在采用重油或燃料气作燃料的加热炉，燃料中的硫在燃烧时绝大部分变成了SO2，其中质量分数占2% ～3%的SO2进一步氧化成SO3，SO3与水蒸气作用而在炉子低温部位凝结成H2SO4，引起这些部位的硫酸露点腐蚀。烟气中SO3质量分数达60 μg/g时，可以使露点温度升高至150～170℃。当设备表面温度低于露点时就会凝结成H2SO4，引起腐蚀，其过程分以下几步进行:

由此可知，腐蚀产物分为三层，从里到外依次是 FeS，Fe2O3和Fe3O4，随着Fe3O4的不断剥落，腐蚀不断深入。含硫烟气腐蚀一般发生在锅炉省煤器、加热炉对流段炉管和烟道等部位。

另外，燃烧烟气中的粉尘(含金属离子)也能与H2SO4化合，生成硫酸盐，附在炉管外套，形成一层具有一定防护作用的保护膜，阻止H2SO4对基体的进一步腐蚀。

3 酸露点温度计算方法

3.1 酸露点温度

当烟气中含有SO2时，其中一部分会转化成SO3，并与烟气中的水蒸气结合生成硫酸蒸汽，如果温度低于某一温度值，硫酸蒸汽就会在设备内壁上凝结形成硫酸溶液，它既可与碱性灰反应，也可与金属反应，因而产生腐蚀。硫酸蒸汽冷凝成硫酸溶液所需最高温度简称酸露点温度。确定烟气的酸露点温度，己成为避免低温腐蚀、增加设备运行安全性的关键所在。

烟气中除SO3外，SO2等也会产生低温腐蚀，但它们都发生在烟气的水蒸气的露点以下，其露点温度一般是30～100℃，低于酸露点计算温度。

3.2 影响烟气露点温度的主要因素

(1)硫含量:烟气中硫酸蒸汽大部分由燃料气中硫氧化而来。燃料气中硫含量越高，烟气露点温度越高。因而在实际运行过程中，必须严格控制燃料气中硫含量。

(2)温度:当压力一定时，SO2转化成SO3的平衡曲线见图2。

从图2可以看出低温时对转化成SO3有利。温度在850℃以上时，SO3几乎不产生。在温度相同时，压力升高会增加向SO3方面的转化。但实际上，因原子氧、SO3触媒及飞灰的作用而变得更为复杂。

(3)过量空气系数:烟气氧含量越高，由SO2转化为SO3的比例会越大。因而，在保证充分燃烧的前提下，应尽量采用低过量空气系数，减少SO3的生成量，降低烟气露点温度。

(4)水蒸气:烟气中水蒸气的含量愈大，水蒸气的分压力也愈大。只考虑水蒸气的影响，水蒸气对烟气露点的影响如图3所示。为了降低烟气露点温度，因而在实际运行过程中，应严格控制燃料气含水率。但在实际过程中，控制燃料气含水率非常困难，因而通常是在设计中尽量避开露点或采取相应的防护措施。

(5)其它影响因素:除上述主要影响因素外，烟气酸露点还与烟气的压力、在设备中停留时间以及设备内温度场分布不均等情况有关。

3.3 烟气露点温度的计算

(1)理论上较难直接精确地推导出烟气露点温度的计算式，一般皆由试验取得，或通过实验加上理论推导等方法确定。下面列举实际较为常用的露点温度的计算公式［1］。

Muller在1959年使用热力学关系式计算了含量很低硫酸蒸气的烟气露点，并得到 Muller曲线，见图4。该曲线为许多研究者的实验所证实。2008年加热炉烟气中SO2成分分析数据见表2。

(2)该装置加热炉露点腐蚀温度的计算:该装置烟气中SO3含量分析数据见表2。以2008年9月26日F-101加热炉的分析为例(按标况粗略计算):

VSO3=SO2体积百分数×转化率(SO2氧化为SO3)=0.278÷64×22.4×0.03=2.919×10－6(L/L)

查Muller曲线得知F-101烟气露点腐蚀温度为125℃左右。

同理计算:F-201烟气露点腐蚀温度为123℃左右;

F-401烟气露点腐蚀温度为120℃左右。

表2 加热炉烟气中SO2成分分析

4 拟采取的措施

从加热炉壁板腐蚀外观的分析结果可知，该装置加热炉的主要腐蚀形式为低温烟气露点腐蚀，其本质是硫酸腐蚀，而硫酸又是由SO3与水蒸气结合冷凝而来，因此，控制露点腐蚀可以考虑从以下几方面着手:

(1)适当提高加热炉排烟温度，避开“冷端腐蚀”，但会增大能耗，应该从防腐蚀与节能的角度进行综合考虑。

(2)燃料气脱硫，但不易实现完全脱除。

(3)减少烟气中SO3含量，抑制SO2向SO3转化。可以采用低氧燃烧法，设法降低烟气中过剩空气含量;也可加入能与氧迅速化合的添加剂，如四氯化碳、吡啶等物质，以达到减少原子氧的存在而抑制SO2氧化成SO3的目的。

(4)在燃料中加入SO3的中和剂，使SO3的数量大大减少。

(5)减少烟气中水气含量，尽量不用蒸汽除灰。

(6)在低温段的炉管，可采用抗露点腐蚀钢种，如 09CuWSn。

(7)采用保护涂层，既可用高温有机涂料，也可采用热喷涂，如喷涂Cu-Sn合金、金属陶瓷等［2］。

(8)采用高密度新型衬里并保证衬里的施工质量，底层平铺不锈钢箔，防止烟气窜入遇壁板冷凝成酸液［3］。

5 结论

(1)分馏加热炉对流炉管及壁板的腐蚀，主要是由低温烟气硫酸露点腐蚀引起。烟气通过衬里缝隙窜入壁板，遇低温壁板冷凝成酸液造成壁板的严重腐蚀。

(2)通过计算可以看出三台加热炉的烟气露点腐蚀温度均在120℃左右，而三台炉子的排烟温度均在200℃以上，这就说明加热炉对流室包括烟囱内部的露点腐蚀较小。重点腐蚀部位就在衬里出现缝隙处的壁板上。

综上所述，加热炉腐蚀可以采取的保护途径有多种，但采用保护涂层及增加衬里底层的不锈钢箔，不失为一种值得尝试的方法。

［1］贾明生，凌长明.烟气酸露点温度的影响因素及其计算方法［J］.研究与开发，2003(6):31-35.

［2］姜雨泽.烟气净化设计的腐蚀机理与防护方法［J］.腐蚀与防护，2005，28(12):530-533.

［3］李守信，赵毅，王德宏.烟气脱硫系统的防腐蚀问题［J］.华北电力大学学报，2000，27(4):70-74.

Protection of Low Temperature Flue Gas Dew－point Corrosion in Furnace and Temperature Calculation

Wang Bo，Jiang Xiaomin
PetroChina Urumqi Petrochemical Company(Urumqi，Xinjiang 830019)

A serious corrosion was found on the wall plates of furnace of fractionator in the turnaround of the refinery in 2008.The dew point corrosion of furnace was analyzed and dew point temperature was calculated.The application of protection layer and installation of stainless steel foil for the prime layer of linings are effective measures worth commercial trial.

furnace，flue gas，dew point，corrosion，protection measures

TE963

1007－015X(2011)

2010－11－ 26;

2011－06－28。

王波，男，2004年7月毕业于西安石油大学化学工程与工艺专业，现在中国石油乌鲁木齐石化分公司炼油厂加氢车间从事设备管理工作。E－mail:wangbows@petrochina.com.cn

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