加热炉低温露点腐蚀及防护措施情报调研报告

加热炉低温露点腐蚀及防护措施情报调研报告分公司设备处孙亮随着循环经济的呼声和对节能工作要求的不断提高露点腐蚀，严峻阻碍炉子的正常运行。能够说，低温露点腐蚀已成为降低加热炉排烟温度、提高热效率的重要障碍。11〕SO3的生成SO2，由于燃烧室中有过量的氧气存在，因此又有少量的SO2进一步与氧结合生成SO3。在通常的过剩空气条件下，SO21~3%SO3SO3气体不腐蚀金属，但当烟气温度400℃以下，SO3将与水蒸气化合生成硫酸蒸汽，其反响式如下：SO3 +H2O H2SO4畅甚至堵塞。与此相反，SO2SO3SO2转化为SO3的机理特地简单，现在有两种理论，即：烟气中的SO2被原子氧氧化理论；烟气中的SO2被分子氧氧化理论；原子氧氧化理论认为，在炉膛高温火焰中有原子氧产生：O2 2O或 CO+O CO2(活性的)CO2(活性的) +O2 CO2+O+O这些原子氧氧化SO2，生成SO3：SO2 +O SO3分子氧化理论认为SO3是被氧分子所氧化的：SO2 +1/2O2 SO3+96.3kj/mol这是可逆反响，由于反响的放热性，当降低温度时，平稳向右〔生成SO3的方向〕移112℃以上时可不能有SO3的转化率就越大。分子氧化理论认为炉膛内SO3述反响，生成一局部SO3，然后再依靠换热面上的铁、钒化合物，如Fe2O3、Fe2(SO4)3、V2O5SO3局部生成的SO3SO2—SO3SO3量比开工初期要多，因而炉子生成的SO31〔如含有较多的CaCO3MgCO3的灰分〕对SO2—SO3的反响不起催化而起减缓、抑制作用，而且还会与分散在他们外表上的硫酸发SO3度也就各不一样。SO2转化为SO3S剩图1 烟气中SO3量与运转时刻的关系空气系数越大，SO3232)阻碍烟气露点温度的因素烟气露点温度除与烟气中阻碍SO3的增多而上升。在以燃料油为主的加热炉中，烟气中水蒸气的体积含量一样约为10%~12%。在这种条件下，露点温度就要紧随SO3量的增加而上升。另外，由于烟气中水蒸气和SO3体积含量有变化，在冷壁面上冷凝硫酸的浓度亦不同。其关系如图42、腐蚀速度与壁温的关系烟气中的硫酸蒸汽和水蒸气在遇到冷面时就会开头冷凝〔但前者降低较多，后者降低较少，因此烟气的露点也有所下降。由于烟气在连续在向前流淌中会遇到更低的冷面，浓度是逐步降低的。烟气分散液中硫酸的浓度对换热面腐蚀的速度阻碍最大。浓硫酸对钢材的腐蚀速度专门图2 过剩空气系数与SO3转化率3SO34露点与烟气中水蒸气含量及液相中硫酸浓度的关系5中示出硫酸浓度对腐蚀速度的阻碍。从图中可看出，浓度为50%左右的硫酸对碳钢材料的腐蚀速度最大。浓度较高或较低时，腐蚀速度均会下降。上述仅为硫酸浓度对腐蚀速度的阻碍。但在运转中，实际腐蚀速度还与钢材的温度有关。温度高时，化学反响速度较快，腐蚀的速度〔对同一浓度的硫酸来说〕也较快。在尾部6中硫酸浓度过大，尽管壁温较高，腐蚀速度也还不特地高；对温度在低一些的换热面壁温有所降低，但结露中硫酸的浓度变稀，腐蚀速度加快，在某处到达一极大值〔一样认为在低于露点温度10~4℃；此后，由于硫酸浓度较低，温度也较低，腐蚀速度下降。最终由于壁温特地低，水蒸气大量分散，腐蚀速度又比较猛烈。3、烟气露点温度确实定由于阻碍烟气露点温度的阻碍因素特地多，而且各因素又与实际操作条件有关，因此用理论方法进展准确运确实是困难的，故一样均用体会方法确定。对已投入运转的加热炉，则应5硫酸浓度对碳钢腐蚀速度的阻碍6腐蚀速度与壁温的关系燃料油含硫S=2.7%~2.85%;过剩空气系数1。15~1。25%，烟气横流冲刷受热面使用露点温度计进展测定。可承受下面方法两种运算烟气的露点温度。1〕SO2SO2含量。一样当过剩1.1~1.2、燃料油中的含硫量为1%时，烟气中SO2500ppm。燃料油中的含硫量转变时，烟气中的SO2量成比例的增多或削减。SO3量依照过剩空气系数及燃料油中的含硫量，参照图23可得出烟气中SO3的体积含量,SO33%估算。H2O量依照燃料油的化学成分、过剩空气系数和雾化蒸汽的用量能够算出烟气中水蒸气的含量。烟气中水蒸气的体积含量一样为12%。1为烟气组分运算结果一例，在无具体运算数据时，该表可供参考。燃料油组分〔重C86.5%, 燃料油组分〔重C86.5%, H12.0%, S 1%;理论空气量Lo=14.14kg/kg油物化蒸汽量0.4kg/kg油过剩空气系数α 1.01.11.21.31.41.5烟气成分CO2 1.609/ SO2 0.00683(标m3/kg H2O 1.844油) N2 8.689.5510.411.2812.1513.02O2 00.230.460.690.921.15湿烟气总体积12.1413.2414.3215.4316.5317.63〔Nm3/kg油〕SO2体积含量/*10-6 563516477443413387H2O体积含量/% 15.213.912.811.911.110.4(4)确定烟气露点温度依照烟气中的H2O体积量和SO3转化率即可由图4查出露点温度。4、低温露点腐蚀的防护和减轻措施由于低温露点腐蚀已成为进一步降低加热炉排烟温度和提高热效率的要紧障碍遍关心并需要进一步争论的课题，目前可实行的措施如下：1〕要严格执行中石化股份《炼油生产装置管式加热炉运行治理规定中》对炼油生产装置燃料气和燃料油品质的规定。2〕抱负的方法是，利用装置的废气或低温热源通过暖风器，将冷空气预热到60~80℃后，再进入空气预热器。3〕提高空气预热器换热面的壁温纵向流淌。如此设计的预热器，其壁温比立式〔烟气走管内〕稍高，则能够完全防止露点腐素，可取金属外表温度比露点温度高5~10℃。实行这种措施尽管能够防止低温腐蚀的发生，但加热炉的热效率则受到肯定的限制。4〕耐腐蚀材料分非金属和金属材料两类。管式空气预热器的低温区可承受硼硅玻璃管。回转式空气预热器的冷端能够承受涂有搪瓷材料的换热元件。〔烟气侧涂上非金属防腐层进展试用和争论，并取得初步成果。7几种材料的耐腐蚀性能试验结果关于金属材料耐低温露点腐蚀的问题，始终是世界各国争论的重点。早在1953年，J.F.Barkley8确实是他们发表的试验结果。该图是把Corten钢〔0.5Cu-0.5Ni-0.8Cr〕的腐蚀速度取为100时，各种材料的相对腐蚀量，由图可见，低合金Corten钢，比一样人们概念中的〔如纯铜、蒙乃尔合金、各种铬镍奥氏体钢〕的抗低温露点腐蚀性能要8中材料2，以供参考。表2 试验材料的化学成分〔%质量〕钢号CCrNi其他AISI430<0.1214.0~18.0---AISI316<0.0816.0~18.010.0~14.0Mo2.00~3.00AISI347<0..0817.0~19.09.0~13.0AISI502<0.104.0~6.0~Mo0.40~0.65AISI309<0.2022.0~24.012.0~15.0AISI446<0.2023.0~27.0~N<0.25AISI410<0.1511.5~13.5~Corten<0.100.80.5Cu 0.5另外，在日本也对不同材质的钢材在硫酸-水系汽液平稳状态下进展了浸泡试验，材质的化学成分和腐蚀速度的试验比照结果见表3和图8钢在耐硫酸-水系的腐蚀方面更为优越。我国研制出的09CuWSn有的合金元素钨与锡，能对钢的耐硫酸性能产生良好的作用。几种常用的抗硫酸腐蚀用钢如表4所示。钢号化学成分%表钢号化学成分%〔日本〕CSiMnPSCuNiCrSb其他SUS210.1020.380.460.0190.0120.120.1912.53SUS0.0670.510.340.0410.0060.110.2717.29SUS0.0810.581.420.0290.0080.209.2118.56SUS0.1190.681.620.0300.0080.2411.7217.05Mo220SS-41(软钢)0.160.030.230.0080.0130.08S-TEN10.0860.350.420.0190.0220.340.098S-TEN20.100.210.750.0140.0120.360.63Ti0.04S-TEN30.080.330.630.0080.0050.300.880.06COR-TEN00.090.460.380.1100.0170.320.300.52上世纪90年月初国内研制的ND钢耐低温露点腐蚀性能远优于其它同类钢，已在炼油厂管式炉的空气预热器和锅炉的省煤器上得到广泛应用。这种钢在GB150<钢制压力容器〉H09CrCuSb4。曾经做过耐硫酸腐蚀比照试验，硫酸浓度50〔体积，浸泡6小时的腐蚀速率列于表。550%硫酸浸泡〔6小时〕腐蚀速率〔mg/cm2.h〕钢种钢种腐蚀速率09CrCuSb7.30碳钢103.5Cast63.0CR1A(日本)13.45〕承受低氧燃烧技术操纵燃烧过程的过剩空气量，能有效的削减SO3的生成量〔见图对削减低温露点腐蚀有利。低氧燃烧方法在锅炉上运用较多，原因之一是有的锅炉承受正压燃烧，炉膛密封性好；另外由于锅炉大多承受强制送风大能量燃烧器，数量削减易于操纵进风量。在石油化工厂的管式炉中，实现低氧燃烧必需保证炉墙的严密性，同时严格操纵每个燃烧器的进风量，否则极易引起机械和化学不完全燃烧，增加排烟热缺失。6〕使用低硫燃料烟气露点温度随液体燃料或气体燃烧中的含硫量或硫化氢含量的增多而上升绍，燃料中的硫含量每增加1%，露点温度约上升5℃，而当烟气中的硫含量到达60X10-6时，就可使露点温度上升至150~180℃。燃料油脱硫本钱特地高，一样都不承受。但我国所用的燃料油中含硫量一样都在1%以下，个别地区也不超过3%。近年来，进口原油增加，燃料油含量也在增加。目前炼油厂加热炉烧气体燃料的较多。如不脱硫,除铂重整装置的瓦斯外，其他装置的瓦斯都含有相当数量的H2S气体，故其露点温度一样都高于相应减压渣油的露点温度。对炼厂气体燃料进展脱硫处理，则可显著降低露点温度，削减低温腐蚀。图8 气液平稳状态下浸泡试验结果〔6h〕国别钢号化学成分%机械性能C国别钢号化学成分%机械性能CSiMn PS 其他σa/MPaσb/MP中国09Cu≤0.120.017~0.0370.4~0.6≤0.04≤0.04 Cu0.20~0.50≥196314~4109CuWSn≤0.120.017~0.0370.35~0.65≤0.03≤0.03 W0.10~0.25Cu0.20~0.40≥314412~45Sn0.20~0.4009CrCuSb≤0.120.20~0.400.35~0.65≤0.035≤0.035 Cr0.70~1.10Cu0.25~0.45≥245390~55Sb0.04~0.10日本S-TEN-1≤0.14≤0.55≤0.70≤0.025≤0.025 Cu0.25~0.50~Sb≤0.15MAC-1≤0.15≤0.40≤0.50≤0.030≤0.030 Cu0.20~0.60Cr0.30~0.90Ni0.30~0.80Sb0.02~0.35Sn0.04~0.35RIVER-TEN-41S≤0.15≤0.400.20~0.500.020~0.060≤0.040 Cr0.20~