燃油锅炉空气预热器的防腐改造及应用

燃油锅炉空气预热器的防腐改造及应用

　　燃油锅炉空气预热器的防腐改造及应用刘凤鸣杨满员中国石油兰州炼化公司动力厂生腐蚀的主要原因是含硫燃油低负荷运行时的低温露点酸腐蚀。为减轻和防止腐蚀，从改进预热器结构和选用新型材料等方面进行了多种方案对比试验，最后拟定采用碳钢搪瓷复合管为换热管的活管式空气预热器制造方案，并制定了制造组装工艺规程。改造后的级6个空气预热器，自1998年投入运行以来，未发现损坏腐蚀现象，运行良好。统计分析明，改造后个检修周期内可节约维修费用100多万兀。主词锅炉空气预热器防腐改造随着原油稠油的增多，酸值也在升高，燃料渣油品质恶化，致使部分燃油锅炉的空气预热器管壁在低于烟气露点温度以下工作。由于锅炉尾部的空气预热器处于亚硫酸介质中，温差大，又受到含灰分的烟气流的剧烈冲刷，空气预热器的钢管经不住低温酸露点腐蚀和烟气灰分的冲刷而大大缩短寿命。

　　目前锅炉尾部低温腐蚀普遍存在，已成为影响锅炉安全运行和设备技术经济指标的重要因素。兰州炼化公司动力厂两台燃油754锅炉即75394型空气预热器先后采用了碳钢0钢及碳钢搪瓷复合管等为换热管；在结构上采用了顺排错排焊接及填料密封活管式等多种形式的改造措施，最终探索出条较为有效的防腐途径。笔者主要通过近几年对两台锅炉空气预热器腐蚀与防护的改造实践，进行初步总结分析，旨在为进步缓解和改善锅炉尾部的腐蚀，以保证锅炉安全经济运行而与同行交流。

　　腐蚀分析燃油锅炉尾部空气预热器运行条件较为恶劣，管段的损伤主要为冲刷磨损和低温腐蚀，它的根源实践在于烟气中可形成硫酸蒸气的硫酸酐3，3，这种硫酸蒸气可在烟气露点温度大大超过纯水凝结温度的情况下凝结。烟气中有万分之几的3，3就可使金属的腐蚀速度超过1mma.

　　穿孔形貌特征空气预热器的管子材料般为03，腐蚀程度是从上而下呈递增趋势，位于底部处面结垢严重，腐蚀加剧并局部形成穿孔。

　　结垢物清除后仍可面腐蚀斑点和不同的蚀坑，面失去金属光泽，穿孔周围有明显减薄现象，穿孔呈溃疡性形貌刘凤鸣，工程师，生于1959年，1980年毕业于兰州石油技工学校，1987年毕业于兰州大学自学专科，现从事炼化动力设备管理工作。

　　收稿日期20000802；修改稿收到日期2000腐蚀微观特征为分析管壁腐蚀后的金属组织变化，1992年对腐蚀的管子进行了金相分析，观察到金属组织晶粒细小，已完全球化，铁素体基体上的碳化物在晶界聚集并长大。在电镜下观察管子外面被腐蚀的微观形貌，铁素体晶界晶粒油燃烧中大量的硫分通过燃烧生成3，2，其中部分在系统中进步氧化生成3，3，且3，2还可由受热管子面的某种物质如FeVN等氧化物的触媒作用生成3，3，在管路温度适应的部位凝聚成出3，4，产生硫酸露点腐蚀和硫化物的腐蚀。

　　燃料品质分析由于燃料油酸值较高，含硫增多，灰分增加，造成了烟气中的硫分和灰分的增多，加剧了锅炉尾部的腐蚀。特别是近年来以渣油和抽出油为燃料的燃油锅炉，其含硫量般为0.56，1.00，且呈逐年递增趋势，对锅炉空气预热器的腐蚀较为严重。由于尾部腐蚀后，通风量与热风温度等也相应变化，这又反过来影响了燃烧质量，加剧了烟气成分的变劣和腐蚀环境的形成。

　　燃烧工艺分析为了降低锅炉能耗，在台75锅炉3炉上做了重油乳化试验，1992年10月重油乳化装置建成标定后正式投运。

　　为了进步研究分析，对重油乳化剂的组分进行了料油品质较好，锅炉运行比较正常，空气预热器未出现过严重的积灰及腐蚀。1990年以后，锅炉燃料油改为塔底渣油，其物理和化学成分比以前有较大况下运行，造成锅炉受热面低温腐蚀和积灰，形成了个腐蚀积灰腐蚀的恶性循环过程从上述的分析看，积灰主要是低温粘性灰与冷凝在管壁上的硫酸形成以硫酸钙等为基质的水泥状物质。这种水泥化的积结灰常呈硬结状，把管子间距堵死，同时又粘附在管壁上加剧管壁的腐蚀。

　　2露点及露点腐蚀由于含硫燃料在锅炉中燃烧时除生成，2和水汽外，还生成少量的3，3，烟气中的3，3与水蒸气结合后，生成硫酸酸雾。不同空气入口温度和排烟温度下的空气预热器管壁温度排烟温度空气入口温度分析。分析结论认为重油乳化剂由83姑打，姑反，只431等的硝酸盐亚硝酸盐和盐酸盐的水溶液组成。由于硝酸盐亚硝酸盐和盐酸盐的存在，可能成为造成设备腐蚀的原因之。

　　腐蚀机理探讨1腐蚀的过程及特征两台75自备锅炉建成后仅在1980，1990年期间间断运行，因使用燃如果换热设备面温度接近酸性气体的露点，硫酸就在设备面发生冷凝，引起腐蚀。另外，当酸性气体在水蒸气露点以下冷却，2与水蒸气结合生成碳酸，还会引起低碳钢的腐蚀。

　　为了弄清低温腐蚀问，曾对锅炉进行了热力校核计算，得出酸露点温度为108，按燃料含硫为0.27计算，校核计算结果1.中黑体阴影部分为管壁温度处于露点腐蚀的温度区域。

　　管箱失效的根本原因，从运行中排烟温度的统计看，工厂的空气预热器基本上也在露点温度以下工作。

　　含硫量排烟中833酸露点，从工厂锅炉实际运行看，排烟温度基本在露点温度上下浮动，但在低负荷时因其排烟温度更低，露点可能还要上移，腐蚀涉及到级甚至级空气预热器。另外，工厂燃油含硫般都大于0.27，如果烟气中含硫量=0.56时，则烟气露点温度约在1201左右。另外从资料获悉，燃料含硫与排烟中生成30将使酸露点急剧上升。它们之间从校核计算的烟气露点温度看，计算取的燃料3其它腐蚀因素除上述的腐蚀因素之外，含硫量偏低，故该露点温度仅只能作参考，从上述锅炉尾部的设备腐蚀还有来自于其它方面的因素，各方面综合分析看出，低温露点腐蚀是空气预热器如碳酸及重油乳化剂中的无机酸腐蚀等。这些虽不是主要因素，但也是引起腐蚀的原因之，在考虑采取防腐措施时也是不应该忽视的。

　　通过调查分析论证和实践，可得出如下结论，空气预热器的腐蚀主要是低温露点酸腐蚀，重油乳化剂无机酸盐组分及其它腐蚀媒介对其也有定排烟温度低及燃油品质变劣所致，且重油乳化使烟气中水分增加，加剧了灰的粘附性，在高温时又凝结形成挂渣。另外，堵灰降低露点又加快了设备的腐蚀速率③尾部腐蚀与积灰的恶性发展影响锅炉加剧了尾部的低温腐蚀与积灰。

　　防腐改造实践由上述分析可知，减轻和防止锅炉尾部设备低温腐蚀的主要途径和措施是燃料脱硫；是改善燃烧方法以减轻烟气中8，3的含量；是提高受热面温度使之超过烟气的露点温度；是采用抗腐蚀材料等。可，从工艺上全面减轻和防止腐蚀虽可行但投入较大不经济。因此，对防腐措施应综合考虑多种因素来确定，这样方可取得最佳防腐效果。

　　改进设备结构1993年笔者曾进行过热管空气预热器的改造论证，但因其改造费用较高，积灰问难以得到有效解决而未能实施。1994年在对锅炉进行热力校核计算的基础上对空气预热器的结构进行了改进，采取了拉稀管距和顺排与错排并用的措施，以利烟气流通与改善积灰；同时增大管径以保障通风面积，使风压和风量满足锅炉燃烧要求。这些改进经年的实践证明，顺排优于错排主要是积灰状况有明显改善，换热效率虽有下降，但对正常工艺运行影响不很明显。

　　选用新型材料为了提高空气预热器的耐腐蚀性能，笔者曾多次做了如下论证和实践。在1994年锅炉大修中，选择耐低温酸露点腐蚀钢咖0钢的管材2，并订做了成套空气预热器下两级6个管箱。从1996年改造后的运行状况看，ND钢管的防腐寿命在工厂的实际运行仅能达到2年没有达到经济运行的目标设计寿命在35年。随后选用0钢和搪瓷复合管，在选用耐低温腐蚀钢的同时，对3个管箱选用陕西某搪瓷厂生产的工业搪瓷管进行实践，累计运行5485h后便腐蚀穿孔而报废。

　　初步实践分析上述两次改造实践分析认为，碳钢搪瓷管是种较为有效的防腐复合材料，对低温露点腐蚀有定的防护效果，但对搪瓷管的腐蚀的区域内占大部分面积搪瓷管面基本完好如初，且因其较为光滑，艮少有积灰；而腐蚀的区域占局部搪瓷管面全部出现均匀或严重的坑蚀穿孔现象。现场检查分析认为，腐蚀原因主要是钢管在搪瓷时面酸洗及对钢管面的杂物点坑未能彻底处理好，因而造成点蚀，个别管甚至搪瓷全部剥落。综合分析认为，ND钢寿命只能达到2年最长也不超过3年。而搪瓷管则只要保证较好的搪瓷质量和钢管搪瓷前的面处理质量，采用较好的组装工艺，则其防腐寿命应能在35年之间。另外，只有对碳钢搪瓷管的技术指标和工艺质量进行严格把关，才能达到防腐的目的。

　　优选管材质量对两个生产厂家的搪瓷管实践应用和性能分析比较明，首先要求管材的理化性能要好，其次要求有较好的搪瓷工艺来保证产品的质量，其中是把好坯材质量关，出具原坯管材质证明书；是确保搪瓷前的预处理工艺；是调整瓷釉配方，控制瓷层厚度，因其瓷层厚度对传热效果冷热剧变抗机械冲击等性能影响较大，故应严格要求。优选后的搪瓷管理化指标3.

　　改进管箱结构多年的实践明，空气预热器换热管腐蚀大部分都是局部性的，般只能采用堵管方式进行维护，但当损坏管堵到定比例时，因要保证通风面积便不能再封堵而需更换管箱。因此，在拟定改造方案时，主要从维修换管密封结构和防腐效果等方面进行改进。

　　入6，982是种耐化学腐蚀的高级聚合物复合材料，涂敷两层就可以防止酸强碱以及溶剂的侵蚀。另外再用两副活动管板套压在固定管板的管端上，活动管板采用多块式，以便于拆卸换管。这样就基本上保证了管箱的尺寸和解决了换热管的固定密封和抽换问。

　　搪瓷管主要理化指标目指标检测结果耐强酸耐强碱高温阴极剥离无剥离低温阴极剥离无剥离老化不老化抗张强度技耐压强度技抗屈服极限技膨胀系数於107环向弯曲试验后。瓷层无裂纹破损现象抗机械冲击性Nin耐冷热急变性耐寒性耐高温硬度莫氏6级莫氏67级耐磨性无明显划线无明显划痕针入度无针入现象高电压试验无针孔。合格直线度合格热传导率，选择管端密封形式。空气预热器因其是利用烟气热来加热空气的换热设备，因而防止烟气与空气互串和漏风，确保密封就尤为重要。选用碳钢搪瓷管作为换热管，又是活管可抽卸式形式，不用焊接又要处理好管箱的固定和密封问就有定难度。因此，曾先后对石棉填料充填密封和聚氟乙烯圈密封两种形式进行分析，前者用紧固螺栓联接予以固定，其外形尺寸不易保证，且密封效果也不甚理想；后者因其密封材料成本偏高，且耐高温有定的限度，亦不适合在烟气中长期使用。通过分析，决定选用柔性石墨和活动压板进行密封，其密封结构2.

　　热管；填料压环；弹簧垫片；7活动管板，控制组装工艺质量。按最终改造方案确定的空气预热器结构与密封形式通过测绘制后，作为正式的施工纸，其技术要求应做详细说明，管箱组装和焊接技术条件按3161683管式空气预热器制造技术条件标准验收3.除在管材质量搪瓷质量上严格检查验收之外，组装时对固定管板工等均严格按照纸技术要求执行，并打钢印号标识。换热管插入后，密封压板的压紧力应均，对称，压板螺栓孔应加铅油，管端的抽拉孔应畅通，以便日后维修中个别换管抽卸方便。另外，现场安装时，应采取相应的防护措施，严禁碰撞砸伤，以确保防腐面的完好无损，对局部有损坏且又不严重的可采用人此982防腐涂料进行防腐涂敷。

　　改造效果最终改造后的级6个空气预热器，自1998年10月投运，运行效果良好，至今未发现明显的腐蚀损坏现象。检修维护由原来的个运行周期停炉2，3次到现在无停炉维护，不仅提高了空气预热器运行平稳性，同时也大大提高了设备的运行周期，降低了维修费用，且锅炉因换热效率提高，漏风减少，热风温度提高，燃烧条件得到明显改善，锅炉出力大大提高，能耗明显降低，设备维修费用显著降低。根据改造前后每年检修维护费用统计对比，长周期平稳运行可直接节约维修费。39万元，改造后个检修周期内就可节约空气预热器的维修费用100多万元，收到了明显的经济效益。截至2000年10月，连续3年先后更新改造了两台75锅炉级12个空气预热器，这个改造项目被兰炼评为1999年度总厂级科技成果等奖。改造实践证明，这种结构形式的空气预热器在燃油锅炉低温防腐中的应用效果较为显著，具有较好的推广应用价值。