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通过优化设计和在线监测，降低炉701烟气露点腐蚀

晨怡热管长岭炼化公司设备研究所周丽纯颜祥富吴莳骅 2007-12-27 14:27:27

摘要：本文对长岭分公司铂重整炉701烟气露点腐蚀原因及存在的问题进行了分析，通过实施优化设计、在线进行露点监测及合理控制排烟温度等措施后，露点腐蚀得到有效控制，确保了加热炉长周期、高效率、低成本运行。
关键词加热炉预热器热管烟道挡板露点腐蚀
1 前言
炉701为铂重整车间热载体加热炉，1989年为实现炉701、702两炉合一对其进行了改造，预热器由原来的列管式空气预热器改为内螺旋翅片管与热管组合形式的空气预热器，并将预热器从炉顶部移至地面。改造后空气预热器工艺流程见图1。

Tg1：烟道挡板上方烟气温度（℃）   Tg2：排烟温度（℃）    Tg3：烟气入预热器温度（℃）
Wg1：烟道挡板上方烟气泄漏量（Kg/h）    Wg2：进预热器进行热交换的烟气量（Kg/h）
Ta1：预热前空气温度（℃）              Ta2：预热后空气温度（℃）

图1 炉701预热器流程图

预热器流程为：烟气从炉顶烟道挡板下方抽出，先通过内螺旋翅片管预热器加热经热管预热器预热后的空气，然后再通过热管预热器与空气换热，最后经烟机返回到烟道挡板上方从烟囱排入大气。空气先通过热管预热器初步换热后，再到内螺旋翅片管与高温烟气进一步换热，经风机后被运送到炉膛作为燃烧用风。

两炉合一改造后，炉效率由原来的86%左右提高到89%以上，取得了良好的经济效果。但由于烟道挡板调节不太灵活，在非正常工况下，炉子改自然通风，烟道挡板开启比较困难，于是从97年起对该系统实施过更新改造。烟道挡板改造后，挡板开启是比以前灵活些，但热管余热回收及排烟系统温度越来越低，露点腐蚀变得越来越严重，尽管后来又进行了更新改造，但都没有从根本上解决问题。到最后发展到热管预热器更新投用不到一个月，便大面积腐蚀穿孔失效，整个余热回收系统不能正常运行，近几年一直威胁着加热炉的安全及高效运行。为此拟通过优化设计、在线露点监测及合理控制排烟温度等手段，最大限度地降低本系统的低温露点腐蚀，保证加热炉的“安、稳、长、满、优”生产。

2 现状分析

针对炉701近几年一直存在低温露点腐蚀严重的问题我们对加热炉烟气露点温度及排烟温度进行了监测，监测数据见表1。

表1 炉701温度监测数据

部位

月份

露点温度（℃）

排烟温度（℃）

2001.5

135

136

2002.8

146

157

表1测试数据表明，烟气露点温度与排烟温度较为接近，而按正常情况，排烟温度应高于露点温度20-30度，才能较好地避免露点腐蚀，因此，该部位设备处于低温露点腐蚀环境中。
在预热器设计时，排烟温度一般选在170-190度左右，出现现在这种情况有可能是通过预热器的实际负荷较低而造成的。于是我们针对此问题对预热器及烟道挡板上方的烟气流量进行测试，其结果见表2。

表2 挡板开度与烟气泄漏量的关系

挡板状态(仪表指示)	挡板上方烟气流量(kg/h)	挡板上方压力(mmH₂O)	烟道处烟气流量(kg/h)	烟囱处烟气泄漏率(%)
全关（试验1）	12274	0.45	21923	35.9
* 全关（试验2）	15220	0.7	17495	46.5
全开（试验3）	18871	1.1	15787	54.4

* 仪表指示全关，但气缸活塞是敲到位的。

上表表明：烟道挡板即使在仪表指示全关（气缸活塞全到位）的状态下，烟气泄漏率仍有35%左右。因此，烟道挡板处烟气泄漏，导致进预热器的烟气量减少是引起热管低温露点腐蚀的主要原因。

3 实施措施

根据我们查找到的主要原因，在目前的条件下我们采取了以下几项措施：

（1）尽量减少烟道挡板处烟气泄漏量

尽管本周期检修烟道挡板来不及更换，但从表2数据看到，将烟道挡板关到位也能减少大约20%的烟气泄漏量，这样有利于余热的回收及排烟温度的提高。在操作上，通过精心操作，根据不同的处理量适时调整烟机碟阀，保证引入烟道有足够的负压可有效地减少烟道挡板处烟气的泄漏。

（2）选择合理的工艺设计参数

该预热器设计采用的是地面布置式。通常顶置式预热器烟气全部经预热器后通过烟囱排入大气，烟气量不存在泄漏问题。而地面布置式，烟气要从烟道挡板下方即对流室出口处引出进入空气预热器，经与空气换热后，再将烟气从烟道挡板上方返回烟囱排入大气。在烟气引出、返回过程中，如操作控制不好、预热器结垢、烟道碟阀开度过小等原因引起管路阻力增大时，都不可避免地从烟道挡板处泄漏烟气，使流经预热器的烟气量大大小于设计值，从而引起排烟温度过低，热风温度下降。根据目前条件，我们对预热器重新进行了优化设计，结果见表3。

表3：热管预热器基础及计算数据

部位项目	空气侧			烟气侧			备注
部位项目	方案1	方案2	方案3	方案1	方案2	方案3	备注
改造后预热器宽(m）	1	0.9	0.8	1	0.9	0.8	原设计宽1.5米，30列，15排，热管总数443支
改造后预热器每排列数	20	18	16	20	18	16
改造后预热器热管总数	195	193	186	195	193	186
改造后预热器热管排数	10	11	12	10	11	12
改造后预热器阻力(mmH₂O)	53.6	70.4	93.6	41.9	55.1	73.3
***改造后管路总阻力(mmH₂O)	157.1	139.9	197.1	150.8	164	182.2
**风烟机全压(mmH₂O)	243-359			191-272
流量（kg/h）	18607			19449
进预热器温度（℃）	25			240
出预热器温度（℃）	87			180
*燃料量（Nm³/h）	890
*燃料密度(kg/ Nm³)	0.946
*理论空气量(kg/ kg燃料 )	13.0
过剩空气系数	1.7（氧含量约9％，取至以往烟气测试数据）

*:此数据来源于2002.05的加热炉监测分析数据
**:此数据来源于两炉合一计算书
***:去除热管预热器的阻力，剩余数据来源于两炉合一计算书

炉701热管预热器目前的实际负荷与设计负荷相差较大，使得预热器内流速较低，积灰腐蚀严重。按目前的负荷状况及风、烟机余量，通过3个方案的设计计算对比，决定采用方案2，需热管193支（原设计为443支），具体数据见表3，考虑到目前烟道挡板处烟气的泄漏量，暂时采用100支热管，待烟道挡板更换后再将剩余热管加上。对于预热器两边过大的部分，用耐热保温材料与耐磨衬里材料填塞，这样可减少烟气的流通面积，提高烟气流速，降低积灰，减轻热管的露点腐蚀，剩余的93支热管用堵管代替。
支撑保温衬里的加强板焊在框架上，不破坏预热器端板结构，当炉子负荷或烟气量增加时，还可恢复。

（3）定期进行露点监测

烟气露点的高低与烟气中硫含量、水分含量及氧含量有关，它们的高低直接影响露点温度。在生产过程中这些参数随着工艺条件的变化而变化，那么露点温度也随之变化。在现场由于缺乏有效的在线仪表，运行过程中露点变化数据不能及时获得，排烟温度就不能根据烟气的露点温度合理确定。另外，在冬、夏季节环境温度相差较大的情况下，应合理控制不同的排烟温度，一般在冬季排烟温度应适当提高。基于以上原因，我们加强了该台位的露点监测工作，根据每次测试的露点温度，及时调整排烟温度，在避免露点腐蚀的前提下，使炉效率达到了最优化，取得了较好的经济效益，露点测试情况见表4。

表4 炉701烟气露点及排烟温度测试单位：（℃）

测试时间	测试露点温度	测试排烟温度	建议排烟温度
2003.07	144	176	180～190
2003.08	156	180	190～200
2003.11	148	185	190～200

根据实测的露点温度，我们提出了排烟温度的控制范围，车间据次此进行操作。从实测的排烟温度看，车间的操作是基本到位的。在对露点监测的同时，我们对热管及预热器的温度同时进行了监测，热管预热器的温度变化情况也能间接反映是否存在低温露点腐蚀。因为露点腐蚀过程，一方面使预热器腐蚀减薄直至穿孔失效，另一方面大量积灰，降低传热能力，使排烟温度升高，而换热后热风温度降低。因此，通过预热器的温度监测，可以了解露点的腐蚀结垢情况。2003年预热器温度监测数据见表5。

表5 热管预热器监测数据表

测试项目		6月	8月	10月	11月
炉701热管预热器	烟气入口温度℃	237	245	248	254
	烟气出口温度℃	178	181	185	190
	空气入口温度℃	29	35	28	22
	空气出口温度℃	108	112	110	106
瓦斯量nm³/h		629	825	823	865
热管数量（支）		100	100	100	100

从以上数据可以看出，热风出口温度一直维持较高温度，说明没有热管腐蚀穿孔及严重积灰结垢现象，预热器运行平稳正常。露点的定期监测对有效控制露点腐蚀收到了很好的效果。

（4）开展技术讲座与技术练兵，全面提高加热炉操作及管理水平

针对目前炼油生产装置由于新老交替人员新、经验不足的具体情况，进行多方位、多种形式的技术交流与讲座，让一线工人及管理者了解加热炉的基本知识，能熟练掌握影响露点温度的一些主要因素，及操作调节方法，提高他们的操作及管理水平。

4 实施效果检查

通过以上各项措施的具体实施，加热炉露点腐蚀状况有了明显的改善，各项指标基本达到或超过设计值，炉子效率较上年度也有了明显提高，综合效果非常显著。全年炉子排烟温度均高于露点温度20～30℃，热管预热器从开工运行至今完好无缺，寿命较以往大幅延长，目前仍处于完好状态，热管冷端温度测试情况见表6。

表6 炉701热管空气预热器热管测温图单位：（℃）

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
1	134	145	152	144	142	139	156	155	164	150	140	148	144	139	139	117
2	151	144	148	132	133	153	149	154	152	151	152	156	149	139	134	125	116
3	107	119	127	134	135	132	131	136	147	138	132	130	109	114	108	116
4	118	117	101	119	100	116	117	105	145	122	107	108	97	109	96	106	79
5	47	118	107	98	99	46	101	109	126	108	106	98	89	77	76	82
6	123	94	109	98	105	98	101	113	100	64	116	95	56	79	37	78	73
7	×	×	×	×	×	×	×	×	77	×	×	×	×	×	×	×

注：×代表堵管，其余为新制长效热管
测试时间: 2003.11.06   大气温度: 22 (℃)   处理量: 321（ t/h）瓦斯量： 865 （ Nm3/h）
烟气：总进口温度   290 (℃)      中部温度   254 (℃)     排烟温度   190 (℃)
空气：进口温度     22 (℃)       中部温度   106 (℃)     出口温度   218 (℃)

5 效益

5.1 社会效益

通过优化设计、在线监测及合理控制排烟温度等手段，发现和解决了设备设计及运行过程中存在和出现的问题，为降低露点腐蚀、延长设备寿命、提高加热炉效率、降低装置能耗起到了很好的作用。

5.2 经济效益

由于改造前后空气流量无明显变化，因此通过热风温度的变化即可计算出多回收的热量。

改造前热管预热器热风出口温度平均为60℃

改造后热管预热器热风出口温度平均为109℃

改造后相当于多回收热量：

18608（109×1.009-60×1.005）=924464KJ/h 或 22.08×104 Kcal/ h
按石化系统惯例，1吨标油发热量为1000×104Kcal，每吨标油价为1500元，年开工时间8000小时，则相当于年节省燃料费用：
（22.08×104×8000×1500）÷（1000×104）=26.5（万元）

6 结语

通过优化设计、在线进行露点监测及合理控制排烟温度，该台位低温露点腐蚀得到有效控制，在确保空气预热器安全、平稳、高效运行的同时，也获得了可观的经济效益。

注：本文发表于《长炼科技》2004年第3期。

责任编辑: banye 参与评论

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