克石化公司焦化空气预热器改造

150万吨/年延迟焦化加热炉空气预热器改造及存在问题分析李兴明，董长军，成林（克拉玛依石化公司焦化车间）中国石油克拉玛依石化公司150万吨/年延迟焦化加热炉空气预热器改造及存在的问题李兴明，董长军，成林（克拉玛依石化公司焦化车间）摘 要：论文总结了150万吨/年延迟焦化装置加热炉空气预热器改造前存在问题、改造的内容，对改造前后加热炉的相关参数进行对比，针对燃料性质对露点腐蚀温度进行计算，分析热管腐蚀的原因，并提出进一步改造的建议。关键词：延迟焦化，加热炉，空气预热器，热管，露点腐蚀，改造1. 前言150万吨/年焦化装置加热炉空气预热器于2004年11月投用,在使用过程中发现空气预热器热空气温度逐渐降低，排烟温度不断升高，对加热炉的效率影响很大。加热炉作为焦化装置的核心设备，在整个装置的能耗比重约为60%左右，其效率的高低直接影响到整个装置的节能水平。为了进一步提高加热炉效率，降低装置的单位能耗和加工费用，2005年5月份车间对加热炉进行改造，加热炉外排温度明显降低，入炉热空气温度明显上升，瓦斯单耗有所减少。本论文在总结加热炉改造的基础上，针对燃料性质对露点腐蚀温度进行计算，分析热管腐蚀的原因，并提出提高热管材质、增加循环风等建议。2. 改造前存在的问题表1 150万吨/年焦化装置加热炉F2101空气预热器改造前运行参数炉膛温度/氧含量/%空预器运行参数/排烟温度/烟气空气烟气进烟气出空气进空气出6653.7345230201432286703.734622920122228表1给出了炉膛温度、氧含量、烟气空气温度以及排烟温度等加热炉实际运行参数，从中可以看出尽管炉膛温度和氧含量都控制在工艺卡片的范围内，但热空气入炉温度分别为143和122，远低于设计温度（220）；而烟气温度为230和229，远远高于160-180的设计温度。低预热空气温度和高排烟温度直接造成了加热炉燃烧质量差和加热炉热量损耗高的问题，从而影响加热炉效率，对车间的能耗也会造成一定的影响。正常热管的使用寿命为2-4年，根据上面提到数据可以初步判定热管严重失效，空气预热器的改造势在必行。3. 改造方案为了在有限的3天停工时间内完成空气预热器的改造，车间提前做好了改造方案。首先联系厂家将制作好的747支热管提前运送到现场，落实好厂家专业技术人员到厂的具体时间，为热管的安装做好准备，为共975支热管的拆卸和安装争取时间。空气预热器的具体改造，包括原975支热管的拆除、厂家制作的热管和部分萘管的安装，具体安装见表2。表2 空气预热器热管的具体安装顺序类别烟侧翅片间距/mm空侧翅片间距/mm支数安装排序技术要求碳钢-萘管851631-5检测合格，进一步维修碳钢-萘管85326从现在热管中挑选使用特种水热管重新设计41957-12采购碳钢-水热管8822713-19重新设计和制作碳钢-水热管8535820-30重新设计和制作4. 改造后效果通过停工期间3天的紧张施工，大焦化加热炉空气预热器如期完成了改造。表3给出了改造后的运行参数，从表中数据可以预热空气温度明显得到提高，烟气温度明显地降低。表3 150万吨/年焦化装置加热炉F2101空气预热器改造后运行参数炉膛温度/氧含量/%空预器运行参数/排烟温度/烟气空气烟气进烟气出空气进空气出6713.635717120263184表4 150万吨/年焦化装置加热炉F2101空气预热器改造前后对比时间炉膛温度/氧含量/%空预器运行参数/排烟温度/烟气空气烟气进烟气出空气进空气出改造前6653.734523020143228改造后6713.635717120263184设计值*/35717520220175为了方便对比改造前后的效果，我们将改造前后的数据和设计值列于表4。从表中数据可以明显看出空气预热温度提高了120，烟气温度降低了近60，更加接近设计值，空气预热器改造的效果非常明显。5. 存在的问题及建议5.1存在的问题在热管拆除过程中，发现烟气出口处的热管翅片发生严重的腐蚀现象，翅片间附着有大量黄色垢物，根据相关文献资料可以判断1-3，这是明显的露点腐蚀。露点腐蚀造成部分热管内热介质的逸出，进而造成热管失效；翅片的腐蚀和结垢降低了热管的传热系数，阻止了烟气与热介质的传热，进而影响空气预热器的效率。由此可见烟气的露点腐蚀已经严重影响了焦化装置空气预热器的热效率。为了准确控制露点腐蚀，下面针对装置燃料的性质对露点腐蚀温度进行核算。5.2 烟气露点烟气的露点腐蚀主要是指SO3的露点腐蚀，而SO3的露点温度可以通过下面的反应式来求取：SO2 + 0.5O2 SO3其平衡常数为 （1）根据Muller推荐公式： （2）式中，为反应温度，计算时一般取。通过式（1）和（2），可以求出SO3的分压，烟气露点公式如下： （3）其中，K；，。焦化车间加热炉的燃料采用公司统一的瓦斯系统，瓦斯硫含量通常在1500-2000mg/m3之间，按照硫化物完全燃烧转化成SO2来算，根据上面计算公式可得到烟气露点为134.5。尽管加热炉空气预热器出口烟气温度大于烟气露点，但冬天零下20-30的冷空气足以使翅片附近的烟气达到露点以下，造成露点腐蚀。5.3 建议5.3.1 材质上的升级防腐最直接而且最有效的措施是选材上的升级，露点腐蚀的防护也不例外。近年来一些国内的专家和企业联合从选材上着手，研制出新钢种，其中较为突出的有12Cr2AlMoV 和09CrCuSb（企业代号ND）等。12Cr2AlMoV是加工高硫原油装置的换热器管束推荐用材，对耐H2S-H2O系统的腐蚀有良好的性能；而09CrCuSb是近年开发出的耐硫酸露点腐蚀专用钢种，用它制造的余热回收设备能在排烟温度降至露点或低于130时，显著降低腐蚀速率。据资料介绍，济南炼油厂重油催化余热锅炉的省煤器原来用碳钢制造，只用几个星期就发生腐蚀损坏（其余热烟气中SO3的含量为80-305mg/Nm3），采用09CrCuSb后已使用五年多。鞍山炼油厂将常压加热炉空气预热器低温段腐蚀较重的100多根换热管材质改为ND钢，壁厚为3mm，使用三年后测得壁厚为2.82.9mm，腐蚀情况得到了有效抑制2。据文献4介绍，锦州分公司将三组导热搪瓷空气预热器应用于催化裂化重整装置，解决了加热炉烟气的露点腐蚀问题。目前我装置热管材质为碳钢，对露点腐蚀抵抗能力差，建议进行材质升级，采用ND钢或引入搪瓷技术代替碳钢，从根本上解决烟气露点腐蚀问题。5.3.2 空气风道改造图1 预热器风道改造前后流程示意图为了解决冬季空气预热器入口空气偏低的极限条件，建议对空气风道进行改造，将部分热空气作为循环风从空气预热器出口（空气侧）引至鼓风机入口与冷风混合，提高空气预热器进口空气温度，从而避免热管烟气侧急冷，低于露点温度造成腐蚀。具体流程见上图所示。急冷问题的解决从一定程度上来讲降低了排烟温度高于露点时仍产生腐蚀的几率，也为进一步降低烟气外排温度创造了条件。6. 结论加热炉改造降低了烟气外排温度，提高了热空气入炉温度，降低了瓦斯消耗量，提高了加热炉效率。针对热管露点腐蚀问题，论文计算了露点腐蚀温度，提出提高热管材质等级和改造风道的建议，加热炉空气预热器的进一步改造将会进一步提高加热炉效率，避免热管腐蚀的发生。参考文献1 周丽纯，魏超.J.石油化工设备技术. 1999, 20 (2)：45-46，54；2 丛海涛.J.石油化工腐蚀与防护. 2002, 18（3）：14-15；3 徐红英，梁文彬.J.河北化工. 2004，4：37-394 张金库.J.石油化工腐蚀与防护. 3（24）：16-17，28作者简介李兴明，男，1979年9月出生，辽宁石油化工大学应用化学专业，硕士研究生，焦化车间,电话 6833372，电邮kshgs