卧式圆筒炉对流管表面腐蚀原成因及控制

[摘 要]卧式圆筒炉通常采用天然气为燃料，对盘管内流过的原油进行加热，以降低原油黏度，减少输送阻力。炉内盘管是卧式圆筒炉的核心部件，关系到卧式圆筒炉的安全与正常运行。通过对对流盘管表面腐蚀产物成分及产生腐蚀原因分析，提出防止炉管腐蚀的改进措施，确保卧式圆筒炉的安全运行。

[关键词]卧式圆筒炉 对流盘管 腐蚀 预防改进

中图分类号：TB304 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）42-0315-02

卧式圆筒炉是原油长输管道运输中常用的设备，在采油六厂地区主要是对高凝点原油进行加热输送，和油井的热洗工作。转油站采用的加热炉多为管式结构的卧式圆筒炉，以天然气为燃料，与卧式圆筒炉内盘管原油或水的热媒介质从盘管内流过，完成热量交换。

1.卧式圆筒炉简介

卧式圆筒炉（结构如图1）又称高效炉，是由炉体、燃烧器及燃气系统及控制系统等部分组成。炉体采用轻型快装结构，由辐射室、对流室、烟囱系统等组成。对流室至于辐射室之上。

介质（原油）流向：原油经汇管分流后从对流室上部分进入对流盘管加热，然后经汇管和转油管进入辐射盘管，在辐射室内再次加热后从辐射室下部流出。

烟气流向：燃烧器燃烧产生的高温烟气对辐射室（炉膛）辐射盘管进行辐射传热。高温烟气从辐射室后部转90°进入对流室，横向冲刷对流盘管，与对流盘管进行对流热交换，最后通过烟囱排入大气。

2.卧式圆筒炉对流盘管腐蚀状况

在卧式圆筒炉大修过程中发现，对流盘管外壁腐蚀比内壁严重，顶部盘管外壁比其它部位盘管腐蚀严重，并且在顶部盘管中接近烟囱的部位腐蚀最严重，形态上为腐蚀坑和点腐蚀，腐蚀严重处盘管最小厚度仅有4.2mm（原始壁厚为8mm）。中部、底部主要发生均匀剥层腐蚀，某些部位伴有轻微的点蚀。

3.对流盘管表面腐蚀产物分析

3.1 对流室顶部腐蚀产物呈红褐色、黑色、少量块状黄色粉末；中部腐蚀产物呈褐黄色（氧化皮），下部腐蚀产物呈灰白色粉末、黑色、白色混合物。见图表1

3.2 对流室和烟气腐蚀产物通过分析得到结果，见表2、表3

4.对流盘管表面腐蚀原因分析

现场调查和腐蚀产物分析认为，卧式圆筒炉对流盘管表面腐蚀主要是由于高温燃烧条件下，盘管表面发生强烈氧化和硫酸露点腐蚀造成的，卧式圆筒炉顶部盘管比其他部位腐蚀严重的原因主要是烟气中的水蒸气冷凝回流形成冷凝水和烟气中的SO2气体反应生成亚硫酸流到盘管上表面导致的二次腐蚀。

4.1 高温氧化

对流室底部盘管承受的烟气温度在500～650℃，在高温条件下，空气中的氧与金属直接作用，生成铁的氧化物，并且由于天然气燃烧过程中产生大量的CO和CO2，而CO2在高温条件下加速碳钢的腐蚀，即：2Fe+3CO2=Fe2O3+3CO，CO2含量越高，其腐蚀性越强。

4.2 高温硫腐蚀

因原油输送中多数以天然气为燃料，天然气中的硫和各种硫化物含量较高，在燃烧过程中，原油中硫的氧化以及各种硫化物发生分解、氧化，形成SO2。SO2在高温下对碳钢有极强的腐蚀性，由于铁的氧化物和硫化物具有较低的共熔点，形成低共熔化合物，增加铁的氧化速度。

4.3 硫酸露点腐蚀

经过对流室的烟气温度为160～650℃，处于400℃以下的对流盘管占大多数。根据低温露点腐蚀机理，烟气温度降到400℃以下时，碳钢材料易发生低温腐蚀（对流管材质为20#钢）。碳钢的腐蚀速率为低合金钢的2倍。由《锅炉和热交换器的积灰、积渣、磨损和腐蚀的防止原理与计算》中H2O-H2SO4两相状态图中查得硫酸露点温度为140℃左右，分析硫酸露点腐蚀的主要原因如下。

4.3.1 烟气的低温腐蚀在燃烧过程中，原油中含有的硫化物在气相发生均相反应，形成SO2，当炉管表面存在钒化合物和金属铁能催化2SO2+O2=2SO3反应。在高温烟气中，SO3气体不腐蚀金属，但烟气温度降到400℃以下时，SO3气体就与烟气中存在的水蒸气结合生成硫酸，当硫酸蒸汽凝结在盘管表面时，对碳钢盘管产生腐蚀，形成硫酸露点腐蚀，由于对流室底部、中部、顶部温度逐渐变低，顶部温度一般在100～200℃之间，因此顶部盘管硫酸露点腐蚀也最严重。

4.3.2 盘管壁温度低加速露点腐蚀 卧式圆筒炉对流段原油进炉温度为40℃，出炉温度为52℃，按管壁温度计算公式：tb=tw+60℃（tb 为管壁温度；tw为管内介质的平均温度），计算得到的管壁温度为100℃左右。顶部炉管表面温度较低，因此SO3与水蒸气结合冷凝，在盘管外壁生成硫酸（H2SO4），对碳钢盘管产生腐蚀，形成硫酸露点腐蚀，即：Fe+H2SO4=FeSO4+H2，FeSO4为淡绿色。硫酸露点腐蚀不但能造成炉管均匀减薄，而且能造成灰垢下炉管上部形成腐蚀坑。

4.3.3 其他原因加速露点腐蚀 卧式圆筒炉的低负荷运行，造成炉膛温度过低和排烟温度低于硫酸露点温度，烟气中的水蒸气凝结，水蒸气大量增加，强烈提高硫酸腐蚀速度。同样，卧式圆筒炉停运时，对流盘管上的积灰不清除，烟灰中的硫化物在潮湿的空气中酸化，加剧盘管的表面点腐蚀。

5.防止盘管腐蚀的改进措施

5.1 在烟囱底部安装冷凝水导流槽，能有效防止冷凝水和SO2，SO3生成硫酸，亚硫酸腐蚀盘管上表面。

5.2 加强卧式圆筒炉的密封，严格控制燃气气比和调节比，控制空气过剩稀疏，降低空气过剩量。利用炉膛负压，通过调节烟道挡板合适开度，维持炉膛压力在-20～-40Pa之间，防止过多空气进入炉膛，确保空气过剩系数在1.15～1.25的范围内。

5.3 严格按照卧式圆筒炉设计额定工况运行，确保卧式圆筒炉在设计的排烟温度（160℃）以上运行，避开烟气低温硫酸露点腐蚀温度（140℃）；另外，提高进出对流盘管原有温度，提高盘管管壁温度，降低烟气中水蒸气的结露速度，以减缓对流盘管烟气低温露点腐蚀。

5.4 对流盘管表面喷砂除锈后进行喷镀处理，如喷镀铝、镍、铬喷涂层、无机涂层等，可有效提高其抗腐蚀性能。

5.5 卧式圆筒炉停运时，利用吹扫系统清除对流盘管上的积灰，特别是对流室顶部的积灰，并采取措施如加干燥剂等，尽量保持盘管干燥，降低盘管的灰致腐蚀。

5.6 由于保温层的吸湿性，使接近保温层的外圈盘管易于遭受腐蚀，为减缓腐蚀的发生，可在结构设计中加大盘管与保温层间的距离，或将保温材料由内置改为外置，以防止酸腐蚀和氧化腐蚀的发生。

5.7 加强重点部位的检查及停炉时的保养。卧式圆筒炉的检修周期一般为3～4年，但对易于发生腐蚀的部位应缩短检修周期，增加不定期的检修次数，检测盘管的厚度，分析腐蚀程度，对有问题的盘管及时进行修理或更换，以消除安全隐患，防止生产事故的发生。在停炉期间，应加强保养，防止炉膛内的结露及保温材料的吸湿。在采用干法保证的同时，还应定期或不定期的进行烘炉，以保证炉膛内的干燥，减少腐蚀的发生。

6.总结

参考文献

[1] 李永强.《加热炉腐蚀检测及原因分析》油气储运.

[2] 赵应龙.《防腐保温冷工程设计与实施手册》石油大学出版社，2004.

[3] 李荣亚.《炉管受热面低温腐蚀与防护》哈尔滨工业大学出版社.