常压炉壁衬里失效原因及对策

黄晨文（中石化安庆分公司炼油一部，安徽安庆246003）



常压炉壁衬里失效原因及对策

黄晨文
（中石化安庆分公司炼油一部，安徽安庆246003）

摘要：介绍了常压炉炉膛、炉壁和斜顶炉壁衬里模块脱落的原因、分析以及具体对策。经改进后的炉壁衬里结构既耐腐蚀又能隔热，还能降低炉壁的温度，保证了常压炉长期、高效运行。

关键词：常压炉；衬里；失效；原因；对策

安庆石化炼油一部I套常减压装置常压炉是两箱箱式炉，是企业最重要的初馏塔底油加热炉，是中石化炼油系统样板炉之一。常压炉的运行好坏直接影响装置的生产周期，尤其是炉壁衬里失效脱落对常压炉的正常运行构成了严重的威胁。炉壁衬里的作用是使加热炉在运行过程中能承受高温热负荷，抗露点侵蚀，减少热量损失，并具有一定的结构强度。合理设计衬里结构、适当选择材料、优良的施工质量、改善加热炉热工性能、提高衬里使用寿命是保证常压炉长周期运行的主要途径。常压炉自1992年投用以来，燃料油一直是减底渣油，含硫量较高，含硫物质造成衬里的露点腐蚀，直接危害到炉体结构，甚至炉壁腐蚀减薄穿孔冒烟，不仅增加了热能耗，而且造成装置的非计划停工。2013年之后，衬里的破坏越来越严重。笔者对2015年常压炉大检修的炉壁衬里失效原因进行了分析，并选用新型炉壁衬里结构进行改进，效果良好。

1　保温衬里失效情况

安庆石化炼油一部I套常减压装置常压炉联合燃烧器同时烧减底渣油和高瓦。减底渣油S含量最高达1.5%，露点腐蚀温度为135℃，所以排烟温度较高，致使热效率一直提不上去。自从2013年下半年开始，辐射室转对流室过渡段东、南、西、北四面炉墙内部衬里模块由于锚固件露点腐蚀严重断裂而相继脱落。直至2014年上半年，此过渡段的衬里模块已全部脱落，一边是在上面及时对炉壁进行包套浇注隔热浇注料，一边是及时发现和清理炉底燃烧器被覆盖的模块，所以常压炉一直在监控运行。2014年9月，整个常压炉在进行红外线测试时，发现辐射室中上部区域炉壁温度超温，均在100℃以上，而且内部的锚固钉、炉管吊钩和拉钩均有发红点，说明辐射室衬里也受到一定程度的破坏。直至2015年1月份大检修，进入常压炉内部检查，发现辐射转对流的衬里模块已经脱落殆尽，炉顶和四面炉墙衬里锚固钉腐蚀断裂严重，导致衬里模块由于自重而脱落，且炉壁钢板腐蚀也很严重，有的局部减薄穿孔较大；辐射室衬里表面已被冲刷减薄严重，衬里厚度由250mm减薄到150mm左右，而且辐射转对流段和两辐射室炉壁钢板都已腐蚀减薄严重。剥去表面的氧化腐蚀层之后，辐射室炉壁钢板减薄很严重（如表1），原壁厚为6mm，现最薄处只有3mm。

表1　常压炉（东/西）辐射室炉壁钢板侧厚数据（单位：mm）

2　衬里失效原因分析

常压炉燃烧器燃烧的是高压瓦斯和减底渣油，高瓦硫含量为0.19%。表2是燃料油各成分含量。

高压瓦斯和减底渣油完全燃烧的主要烟气成分有二氧化硫、二氧化碳、水、氮气和氧气，由于辐射室有过剩氧存在，所以部分二氧化硫转化为了三氧化硫。当烟气温度小于400℃时，三氧化硫和水蒸汽发生化学反应生成稀硫酸。

常压炉原有的衬里结构为陶纤板+陶纤折叠块+喷涂耐火纤维，通过锚固钉、不锈角钢和螺栓进行固定。该衬里结构一直运行了将近13年，经历了多次的开停车。由于开停车炉膛蒸汽的冲刷和开车正常时烟气的冲刷导致该衬里结构松散，结构强度减小，透气性大，使得含硫烟气透过保温衬里直接接触炉壁钢板和衬里固定用的锚固钉、不锈角钢和螺栓，并沿壁板向上到达炉顶与炉墙的相交部位聚集（此处硫含量最大）。由于炉壁内壁温度接近硫酸露点腐蚀温度，所以就会在炉壁板产生低温硫酸露点腐蚀，导致炉壁板、衬里锚固钉、角钢和螺栓因腐蚀而减薄，更甚者，导致锚固钉从根部断裂，从而导致衬里破坏。另外，不仅有低温硫酸露点腐蚀，而且还有少量的硫化物腐蚀。最先发生腐蚀部位的是炉顶向下2m左右，因为那里的硫含量最高，所以说衬里固定件（锚固钉、不锈角钢和螺栓）未进行有效的防腐也是保温衬里结构发生腐蚀的原因之一。

3　衬里改进对策

石化行业对加热炉保温衬里的评价指标是导热系数小、透气度小、热稳定性能好、平均密度小、整体性强、施工速度快。为此，2015年大检修时，辐射转对流段衬里改用了耐热轻质浇注料、耐火纤维模块和耐火纤维毯结构；辐射室衬里改用了耐热轻质浇注料和耐火纤维喷涂料结构，见图1和图2。

图1　辐射转对流段衬里结构

辐射转对流段衬里厚度250mm，采用轻质浇注料+锆铝纤维模块保温结构，从热面到冷面依次为：纤维模块（CM- 135- 2厚180mm）+ CB- 120- 2纤维毯10mm（由20mm压缩为10mm）轻质浇注料材料（厚60mm）+抗露点涂料。浇注料锚固件采用Φ5mm 304材质，间距为200*200mm；模块锚固件采用Φ8mm的06Cr19Ni10材质。底层采用轻质浇注料，因轻质浇注料具有导热系数低、隔热保温性能好、线收缩性小、浇注整体性好、干燥强度好、透气度小、耐酸强度高、抗侵蚀、抗热震性、耐磨、抗剥落等特点，所以烟气不会侵蚀到锚固钉，从而保障了结构衬里不被破坏。

辐射室衬里厚度250mm，采用轻质浇注料+耐火纤维喷涂层保温结构，从热面到冷面依次为：耐火纤维喷涂层（厚170mm）+轻质浇注料材料（厚80mm）+抗露点涂料。浇注料锚固件采用Φ5mm304不锈钢材质，间距为200*200mm；模块锚固件采用Φ8mm的06Cr19Ni10材质。同上底层采用轻质浇注料，所以烟气不会侵蚀到锚固钉，从而保障了结构衬里不被破坏。

4　衬里改造前后散热损失计算

炉墙表面热损失计算公式为：Q=S×QS

图2　辐射室衬里结构

式中：Q-表面热损失，kJ/h；S-炉墙表面积，m2；QS-单位面积热损失，kJ/m2；Vf-炉墙表面风速，m/s；T平-炉墙表面平均温度，℃；T环-炉墙表面环境温度，℃。

衬里改造后散热损失如表3（2015年5月份测试数据，环境温度为30.4℃）。

表3　衬里改造后散热损失

衬里改造前散热损失如表4（2014年6月份测试数据，环境温度为32.2℃）。

表4　衬里改造前散热损失

按照表3、表4可算出改造前后散热损失差为：

按照我厂燃料总流量均为2537.23（kJ/h）时，共节省燃烧损失：1646058.56/2537.23=648.762（kJ/kg燃料）

5　衬里改进后的效果

（1）常压炉于2015年2月15日投用之后，其辐射室炉墙和辐射转对流室炉墙表面温度恢复正常（不超过环境温度+50℃），而且检修前有大量的超温红点，此红点是炉管吊钩固定螺栓点和衬里锚固钉，检修之后就完全消失了。以下是检修前后通过红外线对炉墙外壁各部位温度进行检测的对比，如表5。

表5　常压炉（东/西）辐射室炉壁红外温度侧厚数据（单位：℃）

（2）改用新的衬里后，炉墙超温点消失了，减少了加热炉的热损失，从而增加了加热炉的热效率。在其它条件不变的情况下，改造之前热效率是92.03%，改造之后的热效率是92.13%。

（3）衬里结构的第一层是轻质浇注料，结构紧密，烟气中的硫化物无法渗透进去，所以炉壁钢板和锚固钉不可能发生露点腐蚀，从而保障常压炉正常平稳运行。

（4）炉体散热损失降低了不少。由上述计算可知，改造前散失热量为2778326.34kJ/h，改造后散失热量为1132267.78kJ/h，所以说衬里改造后的炉体散热热量降低了不少。

6　结论

为有效防止炉墙的低温露点腐蚀，采取了轻质浇注料和耐火纤维的衬里结构是行之有效的，既保障了常压炉炉壁衬里不受露点腐蚀的侵害，又保障了常压炉长期高效稳定地运行。

参考文献

［1］代有凡.加热炉（石油化工厂设备检修手册（第二版））［M］.北京：中国石化出版社，2013.

［2］文联奎.基础数据（石油化工厂设备检修手册（第二版））［M］.北京：中国石化出版社，2007.

［3］工业锅炉技术管理手册［M］.沈阳：东北工学院出版社，1987.□

doi：10.3969/j.issn.1008- 553X.2016.03.028

中图分类号：TQ054+.5

文献标识码：B

文章编号：1008- 553X（2016）03- 0079- 03

收稿日期：表2燃料油各成分含量2016- 03- 09

作者简介：黄晨文（1982-），男，毕业于安徽理工大学，设备主管师，从事石油化工设备管理与技术工作，0556- 5375074，13685564310，huangcw.aqsh@sinopec.com。项目C体积百分比（%）86.3 H 10.2 O S N 1.1181.552总计0.83100