导热油加热炉炉体的腐蚀与控制

导热油加热炉炉体的腐蚀与控制

金陵石化烷基苯厂的导热油加热炉由意大利hetti耶公司于1979年制成，次年投入运营。该圆筒炉的直径为9.31m,高46.6m,壁板名义厚度5mm,主体材料为Fe25.1,内衬为单层结构,厚120mm,材料为124轻质耐热衬里,其组成的比例为高铝水泥∶陶粒∶蛭石=1∶2∶4。该炉采用渣油作燃料,自然通风助燃。由于使用多年,内衬有一定程度的损坏。1996年将壁板材料改为硅酸铝纤维喷涂,此时燃料渣油中的硫质量分数约为1.05%,在随后3a的使用中效果良好。2000年开始渣油中硫质量分数提高到了1.95%,到2003年由于低温露点腐蚀造成的穿孔日趋严重,此时辐射段部分保温钉根部发生断裂,内衬发生脱落、厚度减薄甚至部分脱壳,大部分炉壁的温度达到110℃,造成散热损失急剧加大和能源浪费严重的现象,同时也给装置的正常生产带来了一定的安全隐患。鉴于硫质量分数不断提高的现状,从2000年开始,每年检修中均用25Cr-20Ni的拉杆和压板以及陶纤板对内衬进行加固,以维持正常生产。1原因分析1.1露点腐蚀的形成机理由于在喷涂施工中对耐火纤维层压实不够,加上耐火纤维本身具有良好的透气性,在高温蠕变及晶粒长大的情况下纤维出现了不可逆的收缩,进一步增大了纤维层之间的缝隙。当含硫烟气窜入缝隙后形成对流传热,增大了炉壁的散热损失。与此同时,烟气窜入纤维层间缝隙会在炉壁板和保温钉的根部形成露点腐蚀。造成露点腐蚀的直接原因是由于烟气中的酸性气体SO2、SO3、NOx与O2和H2O结合,生成H2SO3、H2SO4及HNOx,在低于其露点温度时,其中的可凝结组分会冷凝下来形成露滴,结露后便形成了腐蚀性强的酸性溶液,吸附于炉壁板内表面,使之发生电化学腐蚀。阳极产生的Fe2+与溶液中的S2-等进一步反应,生成物在一定条件下分解、氧化,少量的Fe2+又被氧化成Fe3+,故最终产物为湿润性黄褐色混合物。1.2纤维与清灰剂耐火纤维在长期高温下使用会发生结晶化现象,使纤维变脆并产生收缩。温度愈高结晶化程度愈严重,甚至出现粉化,在检修时也发现在地面上有约30cm厚的纤维粉末。清灰剂的使用和烟气的流动不可避免地对炉内衬造成的冲刷和保温钉被腐蚀断裂,都可引起保温层的局部脱落甚至离壳,使炉壁表面温度过热,使某些局部区域的温度超过400℃。综上所述,造成该炉损坏的根本原因是原料中硫质量分数过高,内衬结构设计不合理,施工质量不高,以致产生低温露点腐蚀,造成该炉保温钉腐蚀断裂、壁板穿孔和内衬脱壳。2改进措施2.1复合陶瓷浇注料炉内衬的作用是耐火和隔热,现代管式炉常用的炉内衬有耐火砖、浇注料和耐火陶瓷纤维3种结构。耐火砖结构的优点是抗热振性能和抗冲刷性能良好,缺点是导热系数较大,结构复杂,施工难度大,施工周期长。浇注料结构的优点是整体性能好,烟气无法穿透,抗冲刷能力强,适用于形状复杂部位,缺点是导热系数大,需要烘炉。耐火陶瓷纤维结构的优点是导热系数小,热膨胀系数小,容重轻,陶瓷纤维喷涂后的整体严密性好,可有效解决炉中异型部位施工困难的问题,易于修补,修补后整体性好,施工后不烘炉可直接投入生产,缺点是结构透气性大,易于烟气的穿透,强度低,抗冲刷能力差,同时陶瓷纤维在长期高温使用过程中会发生结晶化现象,影响使用寿命,每隔几年必须修补。此次改造中采用近年来新开发的无水泥轻质浇注料,这种浇注料用干粉状的改性复合化学粘结剂代替高铝水泥,骨料和掺和料与其他浇注料相似,成型后没有水化反应,属气硬性浇注料。这种气硬性浇注料还有不需要烘炉的显著特点。2.2辐射段东北部复合涂层考虑到该炉为旧炉改造,同时受到旧基础、钢结构框架、炉管位置、炉外壁温度小于70℃以及施工期限的限制,其中内衬湿重小于140t,内衬厚度不大于120mm。影响该燃油加热炉辐射段内衬的是由于烟气穿透造成的低温露点腐蚀,因此改造中采用抗硫酸露点腐蚀的涂层和浇注料这2种物理隔断方法。改造后的炉辐射段内衬共有4层,从靠近炉壁钢板的第1层为0.24mm的防腐涂料层,第2层为70mm的气硬性浇注料层,第3层为150mm的高铝耐火陶瓷纤维喷涂层,第4层为3mm的高温辐射涂料层。这种由多层不同材料组合而成的内衬为复合内衬,其结构见图1。新内衬具有整体性阻隔烟气性能,又具有陶瓷纤维的整体性降低炉壁温度的优点,可以极大地提高炉膛效率。2.3s18ni9ti的排列方式为了保证保温钉对内衬的固定作用,此次改造中采用材料为1Cr18Ni9Ti的∅8mm大、小V型保温钉,长度分别为200mm和60mm,大、小V型保温钉横竖交错排列,间距均为250mm×250mm,排列方式见图2。3施工质量控制气硬性浇注料及耐火纤维的施工应严格遵照图样上的设计要求和有关标准,可参考的标准有《石油化工管式炉轻质浇注料工程技术条件》及《石油化工管式炉喷涂耐火纤维衬里工程技术条件》。内衬的施工过程如下。(1)炉壁钢板内表面进行喷砂除锈,Sa2级合格。内表面涂刷一种有效防止低温露点腐蚀的材料TT-300,底漆和面漆各2道,每道漆的干膜厚度为60μm。该漆熟化时间10min,必须在4h内用完。保温钉根部40mm范围内也必须刷TT-300。新壁板安装后需在炉内柱、梁焊缝处按设计规定补上保温钉,补做防腐。(2)用木塞或牛皮纸将炉内接管内孔及燃烧孔全部封堵严密。(3)气硬性浇注料施工前先刷1层粘贴剂,自上而下进行手工捣制。现场浇注料采用强制式搅拌机搅拌,每次搅拌量应以30min内施工完毕为限,搅拌时先将骨料、粉料和结合剂等进行干混1min,然后加入用水量(约为料重的25%)的一半,湿拌1～2min,待料全部湿润后再加入剩余的水量,混拌2min左右使其均匀,总搅拌时间以5min为宜。每次布料高度不超过300mm,施工时应连续进行,在前层浇注料表面硬化前,应进行后一层浇注料的施工。特别是保温钉根部必须捣实,浇注料表面应平整,厚度误差小于5mm。(4)在气硬性浇注料施工完干燥约6h后,进行陶瓷纤维喷涂施工。先喷1层粘贴剂,喷涂自上而下进行,按设计厚度150mm的要求,分4层进行,第1、2、3层每层厚度为40mm,第4层为厚度20～30mm的面层。施工过程中分别在第1、2、3层喷涂结束后用胶皮棍子轻轻压实衬里,并分别在第1、3层喷涂施工后编扎∅0.8mm的不锈钢丝网,钢丝沿保温钉缠绕而成。分层喷涂中严禁使用回弹料。喷涂结束后,用胶皮棍子轻轻压实衬里,其目的是提高衬里的平整度,使衬里内部的结合剂“泛浆”形成相对致密的表层,提高衬里的强度。最后必须修整喷涂表面,使其平整并且厚度控制在设计值+10mm,不合格的必须补喷。除此之外,还需注意喷砂后的钢板不得用水冲洗。保温钉焊接牢固,应满焊且无咬肉。浇注料施工必须捣实。纤维棉应防潮及防雨淋,喷涂厚度均匀,不准抹面,表面应平整,不存在明显的疏松和裂缝。4实验结果分析在2003年9月按上述结构形式对该加热炉内衬进行了改造,自2003年11月投产以来,经检查衬里无可见裂缝、破损和脱落现象。2004年9月小修中又对该炉陶纤表面喷涂HT-1耐高温辐射涂料,分3遍喷涂,每遍约1mm。该耐高温辐射涂料是一种近几年应用较广的新型节能材料,具有抗热振、抗剥落、增强炉壁抗气流冲刷性能、延长炉衬寿命及提高热效率的特性和作用。2003～2005年期间对辐射段进行了测试,并同旧炉测试结果进行比较,对比结果见表1。从表中可以看出:①浇注料层有效地隔断了含硫烟气的穿透,避免了露点腐蚀。同时因迎火面使用了纤维喷涂技术,保证了炉衬的整体性。改造前炉壁外表面平均温度约为112.3℃,改造后约为66.9℃,喷涂耐高温辐射涂料后约66.4℃,极大地减少了散热损失。②提高了加热炉效率,改造后的散热损失减少860012.25kJ/h,实测炉效率为88.78%,比过去的83.70%提高了5.08%。当然实测炉效率与设计炉效率90%相比还有差距,主要是去热风系统的烟道外壁温度平均为85℃,散热较大,同时需要进一步提高加热炉的操作管理水平。③在同等负荷下