張立喆 秦洪濤 谷軼群（遼陽石化分公司煉油廠，遼寧 遼陽 111003）

2009年為了燃料天然氣替代項(xiàng)目，650萬噸/年常減壓裝置加熱爐的空氣預(yù)熱器進(jìn)行重新改造，采用遼寧撫順陽光石化設(shè)備廠生產(chǎn)的熱管式空氣預(yù)熱器技術(shù)。

1 熱管式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)

加熱爐熱管式空氣預(yù)熱器分上下兩管箱，兩層上下管箱之間分別與空氣和熱煙氣連接口連接，每個(gè)管箱沿氣體流動(dòng)方向各布置38排無機(jī)傳熱元件，每排64根無機(jī)傳熱元件均與水平成90°安裝。設(shè)計(jì)工況下元件的最高管壁溫度為153—94℃。單支傳熱元件內(nèi)容積為5.74L。

設(shè)備中所用的無機(jī)傳熱元件是以無縫鋼管為殼體，無機(jī)混合物為傳熱工質(zhì)的傳熱元件，其殼體外表面上帶有高頻焊接翹片，以增加換熱面積。無機(jī)傳熱元件的基管采用Φ38X3,20#（GB8163）無縫鋼管，翹片材質(zhì)為08AL（表1）。

表1，A-1011技術(shù)特性表

2 熱管式煙氣余熱回收系統(tǒng)的工作原理

為了防止煙氣側(cè)翹片堵塞，翹片間距大于空氣側(cè)。熱管內(nèi)的液體工質(zhì)的主要成分是水，工質(zhì)在加熱段吸收高溫?zé)煔獾臒崃浚挂簯B(tài)工質(zhì)吸熱汽化變成蒸汽，上升到熱管上部壓力較低的冷卻段，被冷空氣吸收熱量后冷凝成液體，在重力作用下重新返回到加熱段，如此循環(huán)往復(fù)。熱管傳熱以潛熱和顯熱兩種方式進(jìn)行，因此，熱管式空氣預(yù)熱器具有較高的傳熱效率①。

3 熱管式空氣預(yù)熱器熱管失效的原因

3.1 煙氣的露點(diǎn)腐蝕

為了防止煙氣的露點(diǎn)腐蝕，設(shè)計(jì)煙氣出口溫度不低于120±5℃控制，而在運(yùn)行中實(shí)際煙氣余熱回收系統(tǒng)的排煙溫度達(dá)到了186℃，高出了設(shè)計(jì)值，在這種工況下，煙氣的低溫位靠近煙氣出口9排414根熱管產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕，僅僅運(yùn)行42天加熱爐的爐膛負(fù)壓已經(jīng)無法滿足加熱爐正常運(yùn)行的需求。

3.2 熱管積灰垢的影響

常減壓加熱爐是以煉廠的200#燃料油為主要燃料，燃料油中的硫含量，機(jī)械雜質(zhì)，灰分較多，所以常減壓加熱爐對(duì)流室釘頭管外壁、空氣預(yù)熱器熱管外壁積灰比較嚴(yán)重(圖1）。盡管加

圖1 熱管外壁積灰

熱爐對(duì)流室和空氣預(yù)熱器設(shè)置了聲波式吹灰器，但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，由于吹灰后有一定溫度的灰垢與腐蝕物結(jié)合在一起，形成了很堅(jiān)固的沉積物，沉積在對(duì)流室釘頭管以及空氣預(yù)熱器熱管的翹片的夾縫里，熱管很快失去了傳質(zhì)傳熱的能力，最后到全部失效為止。

4 防止熱管腐蝕的發(fā)生與對(duì)策

4.1 腐蝕機(jī)理

采用200#燃料油的常減壓加熱爐，由于其燃料中的硫含量近年來呈不斷上升的趨勢(shì)，引起硫酸的露點(diǎn)腐蝕。大致可分為以下幾個(gè)過程：

在腐蝕產(chǎn)物中有FeS，F(xiàn)e2O3還有S單質(zhì)，所以熱管表面的硬垢沉積物一般表現(xiàn)為深黃色。煙氣中的SO2大約有2-3%需要轉(zhuǎn)化成SO3，當(dāng)SO3含量達(dá)10ppm時(shí)，煙氣的露點(diǎn)溫度也越高，SO3含量達(dá)到50ppm時(shí)，露點(diǎn)溫度不在上升，其極限大約在160℃左右。

4.2 減輕熱管腐蝕的措施

4.2.1 減少各種燃料中的硫含量

4.2.2 煙氣中的SO2小部分轉(zhuǎn)化成SO3，必須有過量O2的存在，過剩空氣越大，SO3的生成量生成濃度就越大。因此，必須減小加熱爐煙氣的過?？諝庀禂?shù)；

5 熱管積灰原因與對(duì)策

5.1 積灰產(chǎn)生的原因

脫后原油中的Na、Ca、Fe、Mg等金屬雜質(zhì)，絕大部分存在減壓渣油中，以減壓渣油為主要成分的200#燃料油是常減壓加熱爐主要燃料，在燃燒過程中，金屬雜質(zhì)和未燃燒的炭粒以灰的形式沉積在受熱面上，形成灰垢。

5.2 灰垢的成分及種類

對(duì)灰垢進(jìn)行采樣分析（圖2，表2），樣品中Fe的含量達(dá)到20%，Ca的含量0.38%，水溶液中硫酸根含量達(dá)到30%以上。

圖2 灰垢樣品成份

說明灰垢的主要成分是Fe，Ca，硫酸鹽是由于硫酸的露點(diǎn)腐蝕產(chǎn)物吸附在熱管壁上形成的，因此積灰與露點(diǎn)腐蝕是相互影響。

表2，灰垢樣品分析數(shù)據(jù)

6 防止熱管失效的措施

加強(qiáng)加熱爐平穩(wěn)操作，保證熱管加熱端溫度低于熱管內(nèi)工質(zhì)允許使用溫度，減少熱管失效的可能性。

定期按一定的頻次對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行吹灰，防止熱端積灰垢，影響傳熱效果。

利用現(xiàn)有的條件最好選擇熱管與平面成90℃角度安裝，熱管內(nèi)的工質(zhì)是靠重力作用回到加熱端，傾斜角度越大流回到加熱端的速度就越快。缺點(diǎn)是，成90℃角安裝后，東北冬天停用時(shí)需增加防凍保護(hù)設(shè)施。

7 結(jié)語

加熱爐煙氣余熱回收系統(tǒng)運(yùn)行效果好與壞可直接影響加熱爐的熱效率，而熱管式空氣預(yù)熱器是目前回收加熱爐煙氣余熱普遍采用的設(shè)備，它有著效率高投資省，維修方便等優(yōu)點(diǎn)，正確使用熱管式空氣預(yù)熱器可提高加熱爐的熱效率在5%以上。在煙氣余熱回收系統(tǒng)運(yùn)行中，必須解決好熱管翹片的腐蝕和積灰等問題，通過實(shí)驗(yàn)證明降低燃料的硫含量和金屬雜質(zhì)含量降低加熱爐的過剩空氣系數(shù)防止SO3的生成，提高最終排煙溫度避開煙氣的露點(diǎn)腐蝕，均是防止熱管式空氣預(yù)熱器熱管腐蝕失效的有利措施，充分利用現(xiàn)有的聲波吹灰器設(shè)施；解決熱管積灰問題，實(shí)現(xiàn)熱管式空氣預(yù)熱器長(zhǎng)周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。

[1]《煉油化工設(shè)備腐蝕與防護(hù)案例》，中國(guó)石化出版社，胡安定主編.

[2]《原油蒸餾工藝與工程》，中國(guó)石化出版社，李志強(qiáng)主編.