动力场锅炉空气预热器腐蚀原因分析

1 动力场锅炉空气预热器腐蚀原因分析 及延长使用寿命的方法 陈清能 2004 8 26 2 动力场锅炉空气预热器腐蚀原因分析 及延长使用寿命的方法 陈清能 大连西太平洋石油化工有限公司 116600 摘要 此文旨在通过分析出动力场锅炉空气预热器腐蚀原因 继而寻求 减轻空气预热器腐蚀的方法 以提高锅炉运行的安全性和经济性 实现长周期 运行 关键词 锅炉空气预热器 露点 腐蚀 一 动力场空气预热器腐蚀情况 动力场三台 130T H 燃油锅炉从 1994 年 9 月试运 1996 年 6 月 正式投运以来 空气预热器腐蚀情况相当严重 下表列出空气预热 器腐蚀更换情况 投运日期 开始泄 漏时间 更换前 泄漏管数 更换时间 再次泄 漏时间 再次更 换时间 1炉上管箱上体 1994 9 1炉上管箱下体 1994 92003 610332004 8 1炉下管箱 1994 91997 42032000 82003 6 2炉上管箱上体 1994 10 2炉上管箱下体 1994 102003 7 2炉下管箱 1994 101997 312452000 72004 1 3炉上管箱上体 1995 3 3炉上管箱下体 1995 32003 64832004 6 3炉下管箱 1995 31997 122371999 112001 62003 8 上管箱上体至今未发现腐蚀泄漏情况 下体使用周期是八年左 右 下管箱使用周期是四年左右 从空气预热器的外表来看 外表 均匀减薄 二 空气预热器腐蚀原因分析 空气预热器腐蚀的主要原因是管壁温度低于酸露点 烟气中硫 酸 3 蒸汽在管壁凝结产生腐蚀 也叫低温腐蚀 由于锅炉燃料为含硫渣油 硫燃烧后形成 SO2 其中一部分会进 一步氧化成 SO3 SO3与烟气中的水蒸汽结合成为硫酸蒸汽 烟气中 水蒸汽开始凝结的温度称为水露点 烟气中水蒸汽的分压力是 0 01 0 015MPa 水蒸汽的露点低达 45 54 一般不易在低温受热 面发生结露 但如果凝结时可能使受热面金属产生氧腐蚀 烟气中 硫酸蒸汽开始凝结的温度称为酸露点 烟气中 SO3含量越高 酸露 点就越高 烟气中硫酸蒸汽本身对受热面金属的工作影响不大 当 它凝结在管壁上时 就会对金属产生严重腐蚀 燃油锅炉酸露点 tl 与折算硫分 szs 成一定关系曲线 此 曲线由工业试验得出 下表列出几种不同含硫量下锅炉烟气的露点 tl sy 0 70 81 01 281 52 02 3 szs 0 0710 0820 09970 13070 1530 2040 235 tl 122 125130134137142144 其中 szs 4190 sy Qdy szs为折算硫分 sy为燃料油应用基含硫量 Qdy为燃料油应用基低位发热量 锅炉设计含硫 sy 为 0 7 0 8 相应酸露点为 122 125 而 实际远远高于这个数 2004 年停工检修前 sy普遍在 1 5 左右 4 2003 年 4 月 19 日最高达到 2 3 相应酸露点高达 144 2004 年 停工检修后 sy普遍在 1 28 左右 相应酸露点为 134 附图一至附图四分别为锅炉设计工况和三种近年来比较典型的 5 烟气烟气 烟气烟气 空气 空气 空气 上管箱下体上管箱下体 上管箱上体 上管箱上体 下管箱下管箱 下管箱下管箱 上管箱上体上管箱上体 上管箱下体上管箱下体 空气 空气 空气 烟气烟气 烟气烟气 图一 设计工况 130 7 露点122 图二 2炉 2003 9 4 负荷85 露点137 6 图四 2炉 2003 6 13 负荷75 露点137 烟气烟气 烟气烟气 空气 空气 空气 上管箱下体上管箱下体 上管箱上体上管箱上体 下管箱下管箱 图三 3炉 2004 8 18 负荷65 露点134 烟气烟气 烟气烟气 空气 空气 空气 上管箱下体上管箱下体 上管箱上体上管箱上体 下管箱下管箱 7 锅炉运行工况下空气预热器各部位烟气 ty 空气 tk 及管 壁温度 tb 分布情况 其中 烟气 空气出入口温度为实测值 其余各部位的烟气 空气及所有管壁温度均为计算值 图一为设计工况 负荷 130T H sy 0 7 相应露点 122 由 图可以看出 上管箱整体壁温高于露点 没有腐蚀现象 下管箱几 乎整体壁温均低于露点 运行中腐蚀总是存在 图二为 2003 年 9 月 4 日 2 炉运行工况 负荷 85T H sy 1 49 相应露点 137 由图可以看出 上管箱上体整 体壁温高于露点 下体空气入口侧壁温低于露点 出口侧高于露点 下管箱整体壁温均低于露点 腐蚀发生在上管箱下体的入口侧和下 管箱 图三为 2004 年 8 月 18 日 3 炉运行工况 负荷 65T H sy 1 28 相应露点 134 情况同工况二 腐蚀也发生在上管箱下体的入口 侧和整个下管箱 值得注意的是图四这种工况 2003 年 6 月 13 日 2 炉 负荷 75T H sy 1 5 相应露点 137 右侧排烟温度 101 热空气温 度 149 而左侧排烟温度 162 热空气温度 202 右侧均明显 低于左侧 造成此种情况的原因是右侧下管箱堵灰严重 烟气量大 大减少 烟温迅速降低 积灰也使空气得到的热量减少 使空气温 度远低于左侧 在此种工况下 右侧空气预热器上管箱的下体和下 管箱整体壁温均低于露点 上管箱整体壁温高于露点 左侧仅有下 管箱壁温低于露点 需要注意一点 此时 冷空气温度已提高到 77 如果仍维持在设计的 40 则上管箱上体入口壁温将由 8 147 降至 135 也可能产生腐蚀 所以在此种恶劣工况下 需提 高冷风温度以保证上管箱上体不产生腐蚀 由上述四种工况可以看出 空气预热器上管箱上体几乎不存在 腐蚀现象 上管箱下体则腐蚀几乎都发生在入口侧 出口侧除第四 种特殊工况外 几乎不腐蚀 停炉检查发现的情况也是如此 2004 年 6 月更换 3 炉上管箱下体 2004 年 8 月更换 1 炉上管箱下体 拆开后 明显看出 空气入口侧 500 毫米以内 大量管子腐蚀穿 出口侧几乎没有发生变化 空气预热器的腐蚀速度还和管壁面上凝结的硫酸浓度有关 由 于酸露点比水露点高得多 硫酸蒸汽比水蒸气更容易凝结 当烟气 中的水蒸汽和硫酸蒸汽遇到低温受热面开始凝结时 凝结液中硫酸 浓度很大 浓硫酸对金属壁面腐蚀作用很轻微 随着烟气流经壁温 更低处空气预热器 一部分蒸汽凝结下来 烟气中硫酸蒸汽浓度和 水蒸汽浓度都有所降低 但前者降低幅度大 凝结液中硫酸浓度逐 步降低 当硫酸浓度降低到 56 时 腐蚀速度最高 此时 壁温约 低于酸露点 15 左右 随着壁温降低 硫酸浓度进一步降低 腐蚀 速度也逐渐降低 但如果壁温达到水露点 管壁上凝结水膜会同烟 气中 SO2结合成亚硫酸 会对受热面金属产生强烈腐蚀 不过 正 常运行中 金属壁温是低不到水露点的 另外 空气预热器的积灰和腐蚀也是相互促进的 管壁结露时 不仅腐蚀金属 而且还粘结烟气中的灰粒 使其沉积在管壁上 严 重时造成烟道堵塞 比如工况四 同时 350 以下沉积的灰又能吸 附 SO3 这将加速腐蚀过程 空气预热器腐蚀泄漏后 不仅造成风机 9 电耗增加 降低锅炉效率 同时降低烟温 从而加速腐蚀和堵灰过 程 形成恶性循环 最后有一点 停炉时的外防腐容易被人忽视 在相关文献资料 里都很少提及 由于停炉后空气预热器壁温降低 积灰中吸附的硫 酸和残留烟气中的硫酸蒸汽和水蒸汽均凝结在管壁上 亚硫酸也开 始凝结 这都对管壁产生强烈腐蚀 茂名石化的锅炉空气预热器和 省煤器强烈腐蚀 我分析 很大程度上是停炉后的腐蚀 我们的锅 炉在停炉冷却后我进去检查时就发现空气预热器下管箱积灰相当的 湿和粘 并且象露水一样往下滴 滴到工作服上 工作服被腐蚀出 许多窟窿 说明腐蚀相当厉害 对此我们采取的办法是 第一 停 炉后继续开风机十多分钟 以尽可能抽尽烟气 第二 停炉后 继 续投运暖风器 第三 开启邻炉的热风联络门 使空气预热器尽可 能保持干燥状态 三 减轻空气预热器腐蚀 延长使用寿命的方法 减轻空气预热器腐蚀的方法主要有几下几种 一 减少 SO3 二 提高空气预热器壁温 三 选用抗腐蚀材料 四 减少空气预热器积灰 现分别分析 一 减少 SO3生成的方法 1 渣油脱硫或使用添加剂 以前有使用石灰石或白云石粉末混入燃料和 SO3反应以减少烟 气中的 SO3 因为有积灰的副作用 现在几乎没有用的了 目前我们 10 使用的节油剂目的是减少 SO2转化为 SO3的量 其效果如何需要继续 观察 2 多烧瓦斯 少烧油 由于瓦斯不含硫 相应的也就减少了 SO3 3 降低过量空气系数和减少漏风 烟气过剩氧会增大 SO2转化为 SO3的量 所以在保证完全燃烧 的前提下 尽量保持锅炉低氧燃烧并减少漏风 二 提高空气预热器壁温 1 空气预热器入口采用热风再循环 此方法可以提高空气预热器壁温 但会使排烟温度升高 降低 效率 同时也增加送风机电耗 2 采用暖风器加热空气预热器入口风温 目前动力场锅炉设计采用的是这种方法 利用 1 0Mpa 蒸汽加热 空气预热器入口空气温度 以提高管壁温度 采用这种方式也会使 排烟温度有所提高 这两种方式实际上是以牺牲锅炉效率为代价的 因为排烟温度 每升高 10 将使锅炉效率降低 0 5 左右 按照目前实际平均负荷 80T H 每年运行 6000 小时计算 油耗为 5 54T H 渣油成本 1000 元 T 排烟温度每提高 10 每台炉每年多损失 16 6 万元 如果 按额定负荷计算 全年 365 天运行 排烟温度每提高 10 每台炉 每年多损失达 39 4 万元 所以通常情况下 只将风温提高到 50 60 因而锅炉效率下降不多 三 选用抗腐蚀材料或改进空气预热器结构 目前空气预热器管材常用材料有 ND 钢 CORTEN 钢 20 钢等 机械电子工业部上海材料研究所做了耐硫酸腐蚀试验 数据如下 腐蚀速率比较 mg cm2 h 70 C 50 H2SO4 11 钢种 ND CRIR 日本 1Cr18Ni9Corten20G 腐蚀速率 7 3013 4021 7063 0103 5 以上数据表明 在耐硫酸腐蚀方面 ND 钢比 CORTEN 钢和 20G 有极大的 优越性 从兄弟厂的经验看 南京炼油厂北锅产的 120T H 锅炉 原 有空气预热器为 A3 钢 因其含硫量高达 2 而排烟温度仅有 140 在运行半年后 低温段空气预热器腐蚀报废 后来更换为 ND 钢 两年 多来 空气预热器仅腐蚀 20 多根管 效果比较明显 目前我们采用 的也是 ND 钢 但是运行周期还不能令人满意 有的单位采用玻璃管 有一定成效 但是易碎 有以下几种方法可以考虑 1 考虑更好的耐腐蚀材料 2 在空气预热器上管箱入口侧加装保护套管 延长使用时间 3 空气预热器管子外壁喷涂防腐 4 将空气预热器由错列布置改为顺列布置 四 减少空气预热器积灰 前面已经叙述过 腐蚀和积灰相互促进 减少积灰也能减缓腐 蚀 有以下几种方法可以考虑 1 将空气预热器管束由错列布置改为顺列布置 这是我们目前重点考虑的一种方法 顺列布置不易积灰 但是 换热效果变差 排烟温度将升高 管子壁温也将升高 有利于减轻 腐蚀 考虑到目前我们的锅炉负荷长期在 65 85T H 左右 排烟温度 通常低于设计值 160 而含硫量远远高于设计值 适当提高排 烟温度应该是可取的 2 使用合适的吹灰器 但是针对尾部的粘灰 目前没有非常有 效的手段 12 3 多烧瓦斯 少烧油 瓦斯不含灰分 相应地也就不积灰了 4 目前在渣油中添加的沉降剂可以将渣油中的灰分沉淀下来 但其有效性和经济性需进一步考察分析 综上所述 对动力场的锅炉而言 比较现实可行且有效的方法 为 一 将空气预热器下管箱更换为顺列布置或全部改为顺列布置 二 上管箱下体入口侧腐蚀最强烈的 500mm