石油化工空气预热器低温烟气腐蚀及结垢原因分析

石油化工空气预热器低温烟气腐蚀及结垢原因分析

      1、低温露点腐蚀的机理

     SO3的生成，一般燃料油或燃料气中均含有少量的硫，硫燃烧后全部变成SO2，由于燃烧室中有过量的氧气存在，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。在高温烟气中的SO3气体不腐蚀金属，但当烟气温度降到400℃以下，SO3将与水蒸气化合生成硫酸蒸汽，其反应式如下：

              SO3  +H2O ＝H2SO4

     当硫酸蒸汽凝结到炉子尾部受热面上时就会发生低温硫酸露点腐蚀。与此同时，这些凝结在低温受热面上的硫酸液体，还会粘附烟气中的灰尘形成不易清除的粘灰，使烟气通道不畅甚至堵塞。

      2、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始冷凝，并且冷凝液中的硫酸浓度很大。由于部分蒸汽冷凝，使烟气中硫酸和水蒸气的浓度有所降低（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。由于烟气在继续在向前流动中会遇到更低的冷面，烟气中的蒸气还会继续凝结，但凝结出的液体中硫酸的浓度逐渐下降。因此烟气中的硫酸的浓度是逐渐降低的。

烟气凝结液中硫酸的浓度对换热面腐蚀的速度影响最大。浓硫酸对钢材的腐蚀速度很慢，而稀硫酸腐蚀速度最快。

       上述仅为硫酸浓度对腐蚀速度的影响。但在运转中，实际腐蚀速度还与钢材的温度有关。温度高时，化学反应速度较快，腐蚀的速度（对同一浓度的硫酸来说）也较快。在尾部受热面上实际的腐蚀情况当然既与结露的浓度有关，又于壁温有关。在壁温较高而未结露时，腐蚀速度很低；开始结露时，由于结出的露中硫酸浓度过大，虽然壁温较高，腐蚀速度也还不很高；对温度在低一些的换热面，虽然壁温有所降低，但结露中硫酸的浓度变稀，腐蚀速度加快，在某处达到一极大值（一般认为在低于露点温度10~40℃）；此后，由于硫酸浓度较低，温度也较低，腐蚀速度下降。最后由于壁温很低，水蒸气大量凝结，腐蚀速度又比较强烈。

     3、结垢原因分析

     分析原因主要有以下几个：（1）预热器结构设计不合理，下部存在凹槽，容易积液和杂质，最后导致物质间化学反应结垢。(2)没有吹灰装置，翅片上的积灰不能及时清理，积灰与水汽混合形成固体状，导致翅片管局部堵塞。（3）预热器入口风温度偏低，原设计温度20℃，而冬季环境温度为零下-26℃，风与烟气热交换量大，预热器末端温度过低，出现低温容易产生水汽与烟道衬里粉化物一起积聚在翅片间最终导致预热器堵塞现象和炉负压偏低。（4）炉顶至预热器烟道40余米长约150平方面积的100㎜厚重质浇注料衬里导热系数高散热损失大，冬季零下26℃可使衬里内表面低温结露而粉化，其产物随烟气流带入预热器，加剧了预热器积灰。（5）预热器保温效果不好，靠近器壁处的温度容易低于120℃导致低温腐蚀和凝液。

      由于以上几个原因最后使预热器管束结有大量的结垢物。烟气的结构较为复杂，但是主要为硫酸盐成分。其热导率比金属低很多，一般为0.058~5.8W/(m•℃)。金属钢管的热导率比水垢的热导率大6～10倍，也就是同样的传热面积，水垢的热阻要比金属大6～10倍。使换热管热阻增加最后无法使用。

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