燃油鍋爐空氣預熱器的防腐改造及應用

　　燃油鍋爐空氣預熱器的防腐改造及應用劉鳳鳴楊滿員中國石油蘭州煉化公司動力廠生腐蝕的主要原因是含硫燃油低負荷運行時的低溫露點酸腐蝕。為減輕和防止腐蝕，從改進預熱器結構和選用新型材料等方面進行了多種方案對比試驗，最后擬定采用碳鋼搪瓷復合管為換熱管的活管式空氣預熱器制造方案，并制定了制造組裝工藝規程。改造后的級6個空氣預熱器，自1998年投入運行以來，未發現損壞腐蝕現象，運行良好。統計分析明，改造后個檢修周期內可節約維修費用100多萬兀。主詞鍋爐空氣預熱器防腐改造隨著原油稠油的增多，酸值也在升高，燃料渣油品質惡化，致使部分燃油鍋爐的空氣預熱器管壁在低于煙氣露點溫度以下工作。由于鍋爐尾部的空氣預熱器處于亞硫酸介質中，溫差大，又受到含灰分的煙氣流的劇烈沖刷，空氣預熱器的鋼管經不住低溫酸露點腐蝕和煙氣灰分的沖刷而大大縮短壽命。

　　目前鍋爐尾部低溫腐蝕普遍存在，已成為影響鍋爐安全運行和設備技術經濟指標的重要因素。蘭州煉化公司動力廠兩臺燃油754鍋爐即75394型空氣預熱器先后采用了碳鋼0鋼及碳鋼搪瓷復合管等為換熱管；在結構上采用了順排錯排焊接及填料密封活管式等多種形式的改造措施，最終探索出條較為有效的防腐途徑。筆者主要通過近幾年對兩臺鍋爐空氣預熱器腐蝕與防護的改造實踐，進行初步總結分析，旨在為進步緩解和改善鍋爐尾部的腐蝕，以保證鍋爐安全經濟運行而與同行交流。

　　腐蝕分析燃油鍋爐尾部空氣預熱器運行條件較為惡劣，管段的損傷主要為沖刷磨損和低溫腐蝕，它的根源實踐在于煙氣中可形成硫酸蒸氣的硫酸酐3，3，這種硫酸蒸氣可在煙氣露點溫度大大超過純水凝結溫度的情況下凝結。煙氣中有萬分之幾的3，3就可使金屬的腐蝕速度超過1mma.

　　穿孔形貌特征空氣預熱器的管子材料般為03，腐蝕程度是從上而下呈遞增趨勢，位于底部處面結垢嚴重，腐蝕加劇并局部形成穿孔。

　　結垢物清除后仍可面腐蝕斑點和不同的蝕坑，面失去金屬光澤，穿孔周圍有明顯減薄現象，穿孔呈潰瘍性形貌劉鳳鳴，工程師，生于1959年，1980年畢業于蘭州石油技工學校，1987年畢業于蘭州大學自學專科，現從事煉化動力設備管理工作。

　　收稿日期20000802；修改稿收到日期2000腐蝕微觀特征為分析管壁腐蝕后的金屬組織變化，1992年對腐蝕的管子進行了金相分析，觀察到金屬組織晶粒細小，已完全球化，鐵素體基體上的碳化物在晶界聚集并長大。在電鏡下觀察管子外面被腐蝕的微觀形貌，鐵素體晶界晶粒油燃燒中大量的硫分通過燃燒生成3，2，其中部分在系統中進步氧化生成3，3，且3，2還可由受熱管子面的某種物質如FeVN等氧化物的觸媒作用生成3，3，在管路溫度適應的部位凝聚成出3，4，產生硫酸露點腐蝕和硫化物的腐蝕。

　　燃料品質分析由于燃料油酸值較高，含硫增多，灰分增加，造成了煙氣中的硫分和灰分的增多，加劇了鍋爐尾部的腐蝕。特別是近年來以渣油和抽出油為燃料的燃油鍋爐，其含硫量般為0.56，1.00，且呈逐年遞增趨勢，對鍋爐空氣預熱器的腐蝕較為嚴重。由于尾部腐蝕后，通風量與熱風溫度等也相應變化，這又反過來影響了燃燒質量，加劇了煙氣成分的變劣和腐蝕環境的形成。

　　燃燒工藝分析為了降低鍋爐能耗，在臺75鍋爐3爐上做了重油乳化試驗，1992年10月重油乳化裝置建成標定后正式投運。

　　為了進步研究分析，對重油乳化劑的組分進行了料油品質較好，鍋爐運行比較正常，空氣預熱器未出現過嚴重的積灰及腐蝕。1990年以后，鍋爐燃料油改為塔底渣油，其物理和化學成分比以前有較大況下運行，造成鍋爐受熱面低溫腐蝕和積灰，形成了個腐蝕積灰腐蝕的惡性循環過程從上述的分析看，積灰主要是低溫粘性灰與冷凝在管壁上的硫酸形成以硫酸鈣等為基質的水泥狀物質。這種水泥化的積結灰常呈硬結狀，把管子間距堵死，同時又粘附在管壁上加劇管壁的腐蝕。

　　2露點及露點腐蝕由于含硫燃料在鍋爐中燃燒時除生成，2和水汽外，還生成少量的3，3，煙氣中的3，3與水蒸氣結合后，生成硫酸酸霧。不同空氣入口溫度和排煙溫度下的空氣預熱器管壁溫度排煙溫度空氣入口溫度分析。分析結論認為重油乳化劑由83姑打，姑反，只431等的硝酸鹽亞硝酸鹽和鹽酸鹽的水溶液組成。由于硝酸鹽亞硝酸鹽和鹽酸鹽的存在，可能成為造成設備腐蝕的原因之。

　　腐蝕機理探討1腐蝕的過程及特征兩臺75自備鍋爐建成后僅在1980，1990年期間間斷運行，因使用燃如果換熱設備面溫度接近酸性氣體的露點，硫酸就在設備面發生冷凝，引起腐蝕。另外，當酸性氣體在水蒸氣露點以下冷卻，2與水蒸氣結合生成碳酸，還會引起低碳鋼的腐蝕。

　　為了弄清低溫腐蝕問，曾對鍋爐進行了熱力校核計算，得出酸露點溫度為108，按燃料含硫為0.27計算，校核計算結果1.中黑體陰影部分為管壁溫度處于露點腐蝕的溫度區域。

　　管箱失效的根本原因，從運行中排煙溫度的統計看，工廠的空氣預熱器基本上也在露點溫度以下工作。

　　含硫量排煙中833酸露點，從工廠鍋爐實際運行看，排煙溫度基本在露點溫度上下浮動，但在低負荷時因其排煙溫度更低，露點可能還要上移，腐蝕涉及到級甚至級空氣預熱器。另外，工廠燃油含硫般都大于0.27，如果煙氣中含硫量=0.56時，則煙氣露點溫度約在1201左右。另外從資料獲悉，燃料含硫與排煙中生成30將使酸露點急劇上升。它們之間從校核計算的煙氣露點溫度看，計算取的燃料3其它腐蝕因素除上述的腐蝕因素之外，含硫量偏低，故該露點溫度僅只能作參考，從上述鍋爐尾部的設備腐蝕還有來自于其它方面的因素，各方面綜合分析看出，低溫露點腐蝕是空氣預熱器如碳酸及重油乳化劑中的無機酸腐蝕等。這些雖不是主要因素，但也是引起腐蝕的原因之，在考慮采取防腐措施時也是不應該忽視的。

　　通過調查分析論證和實踐，可得出如下結論，空氣預熱器的腐蝕主要是低溫露點酸腐蝕，重油乳化劑無機酸鹽組分及其它腐蝕媒介對其也有定排煙溫度低及燃油品質變劣所致，且重油乳化使煙氣中水分增加，加劇了灰的粘附性，在高溫時又凝結形成掛渣。另外，堵灰降低露點又加快了設備的腐蝕速率③尾部腐蝕與積灰的惡性發展影響鍋爐加劇了尾部的低溫腐蝕與積灰。

　　防腐改造實踐由上述分析可知，減輕和防止鍋爐尾部設備低溫腐蝕的主要途徑和措施是燃料脫硫；是改善燃燒方法以減輕煙氣中8，3的含量；是提高受熱面溫度使之超過煙氣的露點溫度；是采用抗腐蝕材料等�？�，從工藝上全面減輕和防止腐蝕雖可行但投入較大不經濟。因此，對防腐措施應綜合考慮多種因素來確定，這樣方可取得最佳防腐效果。

　　改進設備結構1993年筆者曾進行過熱管空氣預熱器的改造論證，但因其改造費用較高，積灰問難以得到有效解決而未能實施。1994年在對鍋爐進行熱力校核計算的基礎上對空氣預熱器的結構進行了改進，采取了拉稀管距和順排與錯排并用的措施，以利煙氣流通與改善積灰；同時增大管徑以保障通風面積，使風壓和風量滿足鍋爐燃燒要求。這些改進經年的實踐證明，順排優于錯排主要是積灰狀況有明顯改善，換熱效率雖有下降，但對正常工藝運行影響不很明顯。

　　選用新型材料為了提高空氣預熱器的耐腐蝕性能，筆者曾多次做了如下論證和實踐。在1994年鍋爐大修中，選擇耐低溫酸露點腐蝕鋼咖0鋼的管材2，并訂做了成套空氣預熱器下兩級6個管箱。從1996年改造后的運行狀況看，ND鋼管的防腐壽命在工廠的實際運行僅能達到2年沒有達到經濟運行的目標設計壽命在35年。隨后選用0鋼和搪瓷復合管，在選用耐低溫腐蝕鋼的同時，對3個管箱選用陜西某搪瓷廠生產的工業搪瓷管進行實踐，累計運行5485h后便腐蝕穿孔而報廢。

　　初步實踐分析上述兩次改造實踐分析認為，碳鋼搪瓷管是種較為有效的防腐復合材料，對低溫露點腐蝕有定的防護效果，但對搪瓷管的腐蝕的區域內占大部分面積搪瓷管面基本完好如初，且因其較為光滑，艮少有積灰；而腐蝕的區域占局部搪瓷管面全部出現均勻或嚴重的坑蝕穿孔現象�，F場檢查分析認為，腐蝕原因主要是鋼管在搪瓷時面酸洗及對鋼管面的雜物點坑未能徹底處理好，因而造成點蝕，個別管甚至搪瓷全部剝落。綜合分析認為，ND鋼壽命只能達到2年最長也不超過3年。而搪瓷管則只要保證較好的搪瓷質量和鋼管搪瓷前的面處理質量，采用較好的組裝工藝，則其防腐壽命應能在35年之間。另外，只有對碳鋼搪瓷管的技術指標和工藝質量進行嚴格把關，才能達到防腐的目的。

　　優選管材質量對兩個生產廠家的搪瓷管實踐應用和性能分析比較明，首先要求管材的理化性能要好，其次要求有較好的搪瓷工藝來保證產品的質量，其中是把好坯材質量關，出具原坯管材質證明書；是確保搪瓷前的預處理工藝；是調整瓷釉配方，控制瓷層厚度，因其瓷層厚度對傳熱效果冷熱劇變抗機械沖擊等性能影響較大，故應嚴格要求。優選后的搪瓷管理化指標3.

　　改進管箱結構多年的實踐明，空氣預熱器換熱管腐蝕大部分都是局部性的，般只能采用堵管方式進行維護，但當損壞管堵到定比例時，因要保證通風面積便不能再封堵而需更換管箱。因此，在擬定改造方案時，主要從維修換管密封結構和防腐效果等方面進行改進。

　　入6，982是種耐化學腐蝕的高級聚合物復合材料，涂敷兩層就可以防止酸強堿以及溶劑的侵蝕。另外再用兩副活動管板套壓在固定管板的管端上，活動管板采用多塊式，以便于拆卸換管。這樣就基本上保證了管箱的尺寸和解決了換熱管的固定密封和抽換問。

　　搪瓷管主要理化指標目指標檢測結果耐強酸耐強堿高溫陰極剝離無剝離低溫陰極剝離無剝離老化不老化抗張強度技耐壓強度技抗屈服極限技膨脹系數於107環向彎曲試驗后。瓷層無裂紋破損現象抗機械沖擊性Nin耐冷熱急變性耐寒性耐高溫硬度莫氏6級莫氏67級耐磨性無明顯劃線無明顯劃痕針入度無針入現象高電壓試驗無針孔。合格直線度合格熱傳導率，選擇管端密封形式�？諝忸A熱器因其是利用煙氣熱來加熱空氣的換熱設備，因而防止煙氣與空氣互串和漏風，確保密封就尤為重要。選用碳鋼搪瓷管作為換熱管，又是活管可抽卸式形式，不用焊接又要處理好管箱的固定和密封問就有定難度。因此，曾先后對石棉填料充填密封和聚氟乙烯圈密封兩種形式進行分析，前者用緊固螺栓聯接予以固定，其外形尺寸不易保證，且密封效果也不甚理想；后者因其密封材料成本偏高，且耐高溫有定的限度，亦不適合在煙氣中長期使用。通過分析，決定選用柔性石墨和活動壓板進行密封，其密封結構2.

　　熱管；填料壓環；彈簧墊片；7活動管板，控制組裝工藝質量。按最終改造方案確定的空氣預熱器結構與密封形式通過測繪制后，作為正式的施工紙，其技術要求應做詳細說明，管箱組裝和焊接技術條件按3161683管式空氣預熱器制造技術條件標準驗收3.除在管材質量搪瓷質量上嚴格檢查驗收之外，組裝時對固定管板工等均嚴格按照紙技術要求執行，并打鋼印號標識。換熱管插入后，密封壓板的壓緊力應均，對稱，壓板螺栓孔應加鉛油，管端的抽拉孔應暢通，以便日后維修中個別換管抽卸方便。另外，現場安裝時，應采取相應的防護措施，嚴禁碰撞砸傷，以確保防腐面的完好無損，對局部有損壞且又不嚴重的可采用人此982防腐涂料進行防腐涂敷。

　　改造效果最終改造后的級6個空氣預熱器，自1998年10月投運，運行效果良好，至今未發現明顯的腐蝕損壞現象。檢修維護由原來的個運行周期停爐2，3次到現在無停爐維護，不僅提高了空氣預熱器運行平穩性，同時也大大提高了設備的運行周期，降低了維修費用，且鍋爐因換熱效率提高，漏風減少，熱風溫度提高，燃燒條件得到明顯改善，鍋爐出力大大提高，能耗明顯降低，設備維修費用顯著降低。根據改造前后每年檢修維護費用統計對比，長周期平穩運行可直接節約維修費。39萬元，改造后個檢修周期內就可節約空氣預熱器的維修費用100多萬元，收到了明顯的經濟效益。截至2000年10月，連續3年先后更新改造了兩臺75鍋爐級12個空氣預熱器，這個改造項目被蘭煉評為1999年度總廠級科技成果等獎。改造實踐證明，這種結構形式的空氣預熱器在燃油鍋爐低溫防腐中的應用效果較為顯著，具有較好的推廣應用價值。