空气预热器的腐蚀结垢与应对措施

党建，张鹏，王彦军，李文广(玉门炼油厂，甘肃 玉门 735019)

0 引言

空气预热器是加热炉排放的高温烟气与加热炉燃烧所需的冷空气进行热能交换的设备。它通过回收利用加热炉排放烟气的热量，在降低排烟温度的同时，提高加热炉燃烧时所需空气的温度，以达到提高了加热炉效率的目的。由于进入加热炉的空气被加热，减少了冷空气进入后造成的热量损失，使得加热炉的热量利用率达到最大化，减少了燃烧时的热能损失，提高了加热炉热效率。随着科学技术的发展及加热炉设计水平的提高，各种新式的空气预热器在炼厂加热炉上得到了越来越广泛的应用。

1 装置现状

玉门炼化总厂常减压蒸馏装置空气预热器是在2010年9月大检修时，对烟气余热回收系统的改造中进行整体更换的，共分为三段：扰流子段、热管段、低温搪瓷段。主要利用常压炉与减压炉的余热烟气和空气换热，使入炉空气温度提高，从而提高加热炉热效率、降低能耗。经过改造，排烟温度大幅下降，加热炉热效率得到很大提高。但是在2011年，即空气预热器使用一年后，发现低温搪瓷段腐蚀严重，部分搪瓷管发生腐蚀穿孔，甚至有个别搪瓷管被腐蚀断裂，如图1所示。

图1 搪瓷管腐蚀断裂图

2 腐蚀、结垢原因分析

由于空气预热器中的烟气温度与金属的温度较低，排放的烟气极易形成水蒸气，当燃料中含有S时，烟气中会形成SO3，，二者在管壁上凝结后生成硫酸，造成金属的低温腐蚀。常减压装置三顶瓦斯在没有进行脱硫的情况下直接进入加热炉燃烧，是目前造成空气预热器腐蚀的一个主要原因。此外，空气预热器管束还存在有大量的结垢物，主要是由于低温受热面上的液体与加热炉烟气中的灰尘溶合后形成，其成分复杂，但主要以硫酸盐为主。

2.1 腐蚀机理

一般燃料油或燃料气中都含有少量的硫，硫燃烧后变成SO2，由于燃料室中有过量氧气存在，所以又有少量的SO2进一步与氧结合生成SO3，在通常的过剩空气条件下，全部SO2中约有1%～3%转化成SO3。在高温烟气中SO3气体不腐蚀金属，但当烟气温度降到400 ℃以下，SO3与水蒸气结合生成硫酸蒸汽。发生腐蚀反应如下[1]：

硫酸露点腐蚀受燃料气中硫含量、SO3转化率和水分含量的影响。

2.2 影响腐蚀结垢的因素

2.2.1 燃料影响

常减压蒸馏装置加热炉的燃料目前由催化干气、焦化瓦斯、初顶瓦斯、减顶瓦斯，经压缩机压缩后的常顶瓦斯，以及部分重整的高压氢和少量液态烃组成。其中催化干气、焦化瓦斯已脱硫，其硫含量较低。但初顶瓦斯、常顶瓦斯以及减顶瓦斯没有经过脱硫，因此其硫含量较高，这些没有经过脱硫的瓦斯直接进入加热炉进行燃烧，使得燃料的平均硫含量提高，从而也相应提高了烟气的露点温度，为空气预热器腐蚀创造了条件。此外燃料中含有的少量氢气及液态烃增加了燃烧过程中水的生成量，进一步加快了空气预热器的腐蚀速度。

2.2.2 原油性质影响

常减压蒸馏装置目前加工的原料为混合原油。其中包括吐哈、吐中、哈国及玉门原油等。由于玉门油田大多处于开采中后期，为了提高原油采收率，采用返注水、注剂和酸化等技术，使原油含盐量及含硫量普遍偏高。高含硫、高含盐的原油在生产过程所产生的瓦斯气含硫量、含盐量也相应升高，这些含硫的瓦斯经过燃烧后会对空气预热器产生腐蚀效果，瓦斯中含有的金属离子燃烧后所形成的金属氧化物颗粒与烟气中的水分混合后形成灰垢附着在热管的表面，造成空气预热器表面大量结垢。

2.2.3 结垢影响腐蚀

燃烧时产生的灰垢会沉积在金属表面，使得空气预热器的热交换效果变差，进一步造成金属表面温度降低，且更容易产生露点腐蚀，严重时还会堵塞管束，影响空气预热器和加热炉的正常运行。

2.2.4 积灰

积灰是加热炉燃烧过程中最常见、也是最普遍的问题。它不仅影响加热炉的热效率，也是影响空气预热器使用寿命的重要因素。积灰会降低空气预热器的传热效果，同时也会使烟气的阻力增加。

2.2.5 其他因素

除上述原因以外，还有其他一些因素也会对空气预热器产生腐蚀效果。如设计问题，常减压装置加热炉空气余热系统改造于2010年10月10日完成，投用后，炉子出现氧气不够，加热炉负压值有时为微正压。经过各种数据的分析认为热空气漏进了烟气。2013年拆修发现泄漏的换热管和表面搪瓷破损的管子，共142根。此外还有烟道腐蚀泄漏，会吸入水汽加速腐蚀；空气入口存在偏流；热管翅片脱落，导致热管传热效果降低等多种因素。

3 腐蚀与结垢防护措施

3.1 控制过剩空气系数

供风是保证加热炉正常燃烧的重要条件之一。然而过量的供风不仅会造成热量过度损失，也会加快水蒸气的形成。尤其在冬季，玉门气温很低，此时冷空气进入空气预热器进行换热后，需要吸收更多的热量，如果空气系数过高，会进一步造成空气预热器金属表面温度降低，且更容易产生水蒸气，加速低温腐蚀。但过低的供风会造成燃料燃烧不完全，形成大量颗粒物，进一步加重空气预热器积灰。因此控制好过剩空气系数，使其达到最佳值十分重要。在加热炉的实际操作过程中，应加强“三门一板”调节工作，同时加强检查，不放过任何一个漏点，杜绝漏风问题。

3.2 降低加热炉燃料中硫化物的含量

对炼厂燃料气(瓦斯)进行脱硫处理，则可显著降低烟气露点温度，减少低温腐蚀。可将初顶瓦斯、常顶瓦斯、减顶瓦斯通过压缩机压缩后，输入低压管网，避免将未经过脱硫的瓦斯直接输入加热炉进行燃烧。

3.3 提高原油的脱盐效果

优化电脱盐操作，严格控制脱后含盐。通过不断地优化并调整操作，尽可能使脱后含盐小于3 mgNaCl/L，以尽可能降低脱后原油的含盐量。由于采用超声波破乳，为了更好地发挥超声波破乳器的效果，在原油及产品、工艺指标变动的情况下，应及时与厂家沟通，邀请超声波厂家技术人员针对本装置当前的生产情况对参数进行优化调整，保证脱后含盐达标。只有严格控制脱后含盐，才可能大量减少因Na、Ca、Mg等金属离子燃烧后形成的金属氧化物颗粒。

3.4 降低烟气中水蒸汽含量

加热炉在使用燃料油作为燃料时，会使用雾化蒸汽，此时大量蒸汽会进入加热炉内，当雾化蒸汽过大时，露点温度就会略有提高。尤其像玉门等西北地区，冬季气温较低，为防止燃料油管线凝结，造成关键时刻无法及时投用，因此燃料油防冻蒸汽较夏季有所提高，如果排烟温度降低，空气预热器更易发生腐蚀，因此在保证加热炉正常燃烧和防冻的情况下，应严格控制蒸汽使用量对防止露点腐蚀具有重要作用。

3.5 解决积灰问题

加强吹灰器的使用与管理工作，防止积灰影响加热效率并造成垢下腐蚀。目前加热炉都配有吹灰系统，要严格定期对加热炉进行吹灰，同时可采用化学清洗方法，使用清洗剂对加热炉结垢进行清洗。

3.6 玉门地处西北地区，早晚及季节性温差较大

气温的高低直接影响到预热器的管壁温度。气温低，造成进风处的管壁温度及排烟温度偏低，当低于烟气露点温度时就会发生露点腐蚀。所以应提高供风温度，严格控制排烟温度在指标范围内。

3.7 低温段采用耐腐蚀材料可有效减轻低温露点腐蚀的影响

换热表面镀搪瓷，搪瓷为防腐材料，可一定程度避免发生烟气露点腐蚀。

3.8 对结垢进行清洗

对结垢物的分析及清洗剂的筛选[2]，采用氢氧化钠、碳酸钠、磷酸三钠及表面活性剂等清洗，碱洗的目的是去除设备内以硫酸盐为主的结垢物。

4 结语

空气预热器作为加热炉的一个组成部分，在提高加热炉热效率，降低能耗方面起着至关重要的作用。因此，在日常的使用过程中，我们需要加强观察并不断探索，及时发现并解决各类腐蚀问题，尽可能延长其使用寿命，为加热炉正常、高效的运行提供可靠保障。