加热炉空气预热器管束破裂原因及解决措施_空气预热器调试措施

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加热炉空气预热器管束破裂原因分析及解决措施

迟红艳 赵莉前言

空气预热器是加热炉利用烟气余热预热入炉空气，以提高加热炉效率、节能降耗的重要设备，因此在加热炉的设计中，如何合理的选择空气预热器至关重要，目前炼厂加热炉中常用的空气预热器主要有管束式、热管式、板式和铸铁式等，近几年随着科学技术的不断发展及加热炉设计水平的提高，热管式空气预热器，搪瓷管式空气预热器、扰流子空气预热器，在炼厂加热炉上得到了越来越广泛的应用，但仍然会出现管束破裂问题。如何合理的分析和解决这些问题，是空气预热器在炼厂加热炉上得到更广泛利用的关键。2 管束破裂的原因分析

空气预热器在炼厂加热炉上投用初期都具有良好的换热效果，但在经过一段时间的使用以后，有些空气预热器会出现低温腐蚀、积灰甚至爆管等问题，造成管束破裂，严重影响了预热器的换热效率及使用寿命，现对其破裂原因进行分析。2.1 低温腐蚀

低温腐蚀也叫露点腐蚀，它是在烟气温度低于露点温度时，凝结在热管上的硫酸对金属热管的一种腐蚀现象。含有硫的燃料燃烧后生成SO2，其中一部分SO2 又进一步氧化成SO3，SO3与烟气中的H 20结合生成H2SO4。含有硫酸蒸气的烟气露点温度会升高，当烟气温度低于露点温度时，硫酸蒸气就会在热管管壁上凝结，并腐蚀管壁金属。露点温度的高低与燃料中的含硫量有很大关系(见图1)，图1 露点温度与燃料油含硫量的关系

加热炉高压瓦斯硫含量一般较高，含硫量都在2％ ～4％，露点温度在130℃左右，所以目前炼厂加热炉的排烟温度在设计阶段都要求控制在150℃ 以上，但由于加热炉操作时的弹性较大，在低负荷操作时很容易导致排烟温度低于露点温度，所以仍需要在加热炉的设计和操作中采取其他的措施来尽可能的避免露点腐蚀。2.2 积灰

积灰是影响空气预热器操作性能及使用寿命的另一大主要问题，尤其是在烧渣油的炼厂加热炉中，积灰现象尤其明显。积灰是由于目前炼厂所烧的燃料中含有Na、Ca、Mg等的金属氧化物杂质，燃烧后形成微小的金属颗粒，一部分金属颗粒和未燃尽的碳粒与烟气中的水分混合后很容易在热管的表面沉积下来，形成灰垢，这些灰垢如果不能及时清除，将会越积越多。由于灰垢的传热系数仅为碳钢的0．2％，将大大降低热管的传热效率，同时也增加了烟气侧的阻力降。2.3 爆管

爆管是热管式空气预热器在使用过程中经常出现的一种热管破损现象。爆管的原因很多，超温、磨损、腐蚀及操作不当等都可能引起爆管。爆管一般发生在烟气侧的人口，是由于此处的烟气温度过高，导致热管中的工质压力过高，当压力超过管子的承压能力时，就会发生爆管。在烟气低温段工质压力虽不高，但由

于露点腐蚀，管子承压能力降低，也会发生爆管。3 采取的解决措施 3.1 露点腐蚀的解决

避免热管空气预热器露点腐蚀的途径有很多，如利用暖风器或者装置中的高温蒸汽来提前预热进入热管式空气预热器的冷空气、采用热风循环的方式用一部分与烟气换热后的高温空气来预热冷空气，或是增加一冷空气旁路，通过调节冷空气旁路的空气量来控制排烟温度。

在加热炉的操作过程中，合理的控制好“三门一板”，减少过剩空气系数，采用低氧燃烧等途径也可以有效地避免H2SO4的生成，降低露点温度。

根据国外的经验，如果把空气的过剩系数控制在1.05％以下，就能将露点温度降到70℃左右；但这就要求加热炉具有完善的燃烧设备和燃烧检测仪表，并且要求操作人员有较高的技术水平，否则将直接影响燃料的燃烧效果。

露点腐蚀的根本就是硫酸对热管材质的腐蚀，因此，提高热管材质的抗腐蚀性是最直接根本的解决露点腐蚀的方法。搪瓷管不存在露点腐蚀的问题，在一些小的热管式空气预热器中也都有应用，但是搪瓷管的传热系数很低，且由于不能直接焊接，密封不好是其主要问题。ND钢(09CuWSn)是我国自行研制的抗低温腐蚀的一种金属材料，ND钢在含硫酸5％ 的硫酸液中浸泡6h，其腐蚀速率仅为7．3 mg／(C㎡ ·h)，远远低于碳钢的腐蚀速率，用ND钢作为热管的热管式空气预热器目前已经在国内的很多装置中投入使用，取得了一定的效果。3.2 积灰的解决

避免积灰的方法有很多，一般在烧油的加热炉中热管式空气预热器都装配有吹灰器，定期的对积灰进行吹扫。在一些小的预热器中由于投资小，也可以通过改变预热器结构，提高冷烟气流速的方式来减少灰垢的沉积，如图2所示，通过收缩烟气出口端烟气的流通面积，增大了烟气的流速，使灰粒不容易附着在热管上。此外，一些化学方法也可以有效地清除灰垢，比如在操作过程中

在炉膛里加入清灰剂，清灰剂在炉膛内受热分解，分解物与灰垢发生氧化反应，可以使灰垢变得疏松，易于粉化脱落。

图2 小预热除灰方式

目前我厂常减压装置空气预热器积灰严重，现需要在原来基础上，加装两个吹灰点。3.3 爆管的解决

目前炼厂加热炉常用的热管都是钢一水热管，工质是水，由于水的饱和蒸气压较大，当烟气温度高于300℃时，很容易发生爆管，炼厂加热炉的排烟温度大部分都在250～350，高的在400℃以上，因此在设计和操作中如何防止爆管是必须要考虑的。一般当烟气温度高于350℃时，就要在高温段使用中温热管，用其他物质取代水作为工质，日前用萘作为工质的中温热管可以在烟气温度450 ℃以下安全运行；此外，还可以采用管束一热管组合式空气预热器，让高温烟气先经过管束结构的部分换热到300℃ 以下再进入热管部分换热，可以有效地避免由于超温导致的热管爆管。结束语

随着空气预热器的不断发展，复合式空气预热器系统在炼厂加热炉上应用越来越广泛，但也存在着应用时常见的露点腐蚀、积灰、爆管等通用问题，不过相信随着技术和炼油工艺的不断发展，这些问题都将会得到逐步的解决，空气预热器也将在炼厂加热炉上得到越来越广泛合理的应用。