水套加熱爐的腐蝕及防腐

1、水套加熱爐的腐蝕及防腐摘 要：經(jīng)對(duì)一臺(tái)水套加熱爐腐蝕情況的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，分析了發(fā)生腐蝕的原因及機(jī) 理，糾正了設(shè)計(jì)水套加熱爐只考慮硫化氫腐蝕，忽略煙氣中二氧化碳腐蝕的偏差， 提出了防腐建議。關(guān)鍵詞：水套加熱爐；腐蝕機(jī)理；防腐措施塔河采油二廠現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中有很多水套加熱爐，型號(hào)為HJ400-SY/4.0-Q，該 爐以井場(chǎng)自產(chǎn)的天然氣為燃料，將水套中的水加熱，再通過(guò)熱水將浸浴于其中的 管線里的原油加熱到指定溫度以上。以往設(shè)計(jì)水套加熱爐時(shí)，只考慮硫化氫腐蝕， 對(duì)二氧化碳腐蝕認(rèn)識(shí)不夠。所以加熱爐的火筒、煙道和爐體采油Q235B材質(zhì)的碳 鋼，盤管采用抗硫性能良好的20#無(wú)縫鋼管，腐蝕裕量設(shè)計(jì)為1.5mm。但在20

2、05 年到2006年間，在現(xiàn)場(chǎng)頻頻出現(xiàn)水套加熱爐的煙道被銹渣堵塞、腐蝕穿孔、漏 水情況。對(duì)這些情況進(jìn)行了調(diào)查分析。一、煙道堵塞現(xiàn)象2005年2月，TK643井的水套加熱爐在運(yùn)行中出現(xiàn)火焰從爐膛向風(fēng)門外回火， 火頭處的配風(fēng)門燙手，約有80C，而煙囪底部和煙箱封頭處的溫度只有溫?zé)岣?覺(jué)，水套加熱爐的保溫效果達(dá)不到生產(chǎn)要求。停爐卸開(kāi)煙箱封頭后，發(fā)現(xiàn)封頭處煙箱四周的金屬內(nèi)壁附有一層褐色鐵銹， 厚度約1mm。煙道的內(nèi)壁也都有一層褐色鐵銹。將煙道內(nèi)壁的鐵銹搗碎清洗后， 共掏出鐵銹渣達(dá)5kg。二、煙道堵塞的原因分析及腐蝕機(jī)理煙道堵塞導(dǎo)致回火。煙道內(nèi)壁的鐵銹破碎后堆積堵塞煙道，降低了煙道的流通能力，當(dāng)煙氣無(wú)法

3、 正常對(duì)流時(shí)，部分煙氣將改變流動(dòng)方向，從風(fēng)門處向外流動(dòng)引起回火另外由于煙 道被堵，使水套加熱爐里煙氣的熱交換面積減少，導(dǎo)致排出的煙氣溫度高達(dá)80 -90C，帶走的熱量多，熱效率低，保溫效果差，不能滿足保溫需要。煙道等金屬內(nèi)壁的腐蝕機(jī)理。燃料是十氣（氣質(zhì)參數(shù)：比重0.693，體積含量CH477.28%， O2 2.94%， CO23.46%），助燃劑空氣是通過(guò)對(duì)流自然抽入，CH4燃燒后再?gòu)拇怪钡臒焽枰詫?duì)流 方式排出，煙氣的壓力是0.1 MPa。煙氣中含有水蒸氣、CO2以及剩余氧氣。燃 燒過(guò)程中，大量水蒸氣凝結(jié)在低于煙氣露點(diǎn)的低溫受熱交換面上，溶解CO2和O2 后腐蝕金屬內(nèi)表面。二氧化碳引起的氫去

4、極化腐蝕。在酸性水中，鐵與酸反應(yīng)生成鐵離子并釋放出氫氣，同時(shí)氫原子與鋼中的碳 反應(yīng)生成CH4，脫碳會(huì)使金屬沿晶界面產(chǎn)生裂縫。當(dāng)壓力在3.5MPa以上時(shí)，氫離 子會(huì)快速擴(kuò)散進(jìn)入金屬而使金屬變脆損壞。在沒(méi)有液態(tài)水時(shí)，CO2不會(huì)發(fā)生腐蝕。CO2與含水蒸氣的煙氣一起，在對(duì)流過(guò) 程中一部分被排出煙囪，另一部分沿火筒、煙道和煙囪等通道流動(dòng)。如果內(nèi)壁長(zhǎng) 期附著很薄的冷凝水膜，就會(huì)有溶解度很高的CO2溶于凝結(jié)水中生成H2CO3弱酸， 使凝結(jié)水膜的pH值降低到5.5以下，并吸附于金屬內(nèi)表面H2CO3部分解析產(chǎn)生 H+，對(duì)鋼材發(fā)生氫去極化腐蝕最易發(fā)生CO酸性腐蝕的部位通常在火筒、煙道、 2煙箱封頭以及煙囪等部位，

5、腐蝕嚴(yán)重部位是煙道和煙囪。溶解氧引起氧去極化腐蝕溶解氧腐蝕是一種電化學(xué)腐蝕，鐵和氧形成兩個(gè)電極，組成腐蝕電池，在腐 蝕電池中鐵的電位總是比氧的電極電位低，所以鐵是電池的陽(yáng)極，遭到腐蝕。水 套中的水使用的是自來(lái)水，在初期該水中溶解有大量的氧氣而發(fā)生溶解氧腐蝕， 由于水溫長(zhǎng)期保持在30 40C，換水周期一般為2-3月，溶解氧隨著水蒸氣逐 漸蒸發(fā)而減少，所以該部位的腐蝕不嚴(yán)重。在煙氣系統(tǒng)中，如果火頭處配風(fēng)良好， 通過(guò)對(duì)流作用自動(dòng)抽入大量空氣，甲烷占混合氣體體積的5%完全燃燒時(shí)，煙氣 中就會(huì)含有大量的剩余氧氣，這些氧氣會(huì)充分?jǐn)U散并溶解到火筒、煙道等煙氣系 統(tǒng)的金屬內(nèi)壁上的冷凝水膜中，對(duì)鋼材發(fā)生溶解氧的

6、氧去極化腐蝕。由于這些生成物比較疏松，沒(méi)有保護(hù)性，一旦在金屬表面的某一點(diǎn)發(fā)生腐蝕， 就會(huì)持續(xù)下去。究其原因主要有兩方面，一方面是氧化鐵層中產(chǎn)生一種酸性溶液， 加速了鐵的溶解及提高了導(dǎo)電性；另一方面生成氧化鐵層，腐蝕產(chǎn)物阻止了氧的 擴(kuò)散，在腐蝕產(chǎn)物下形成缺氧的陽(yáng)極區(qū)，外部便形成了富氧的陰極區(qū)，從而構(gòu)成 了一個(gè)濃差電池，兩部分的差異，加速了腐蝕反應(yīng)。停用腐蝕。水套加熱爐停止加熱，但原油生產(chǎn)仍然經(jīng)過(guò)水套加熱爐里的盤管時(shí)，如不采取有效的保護(hù)措施，金屬表面會(huì)發(fā)生停用腐蝕。主要原因有：如果水套中裝有水，外界空氣大量進(jìn)入水套，使水套里的金屬內(nèi)表面以及 浸于水套中的盤管的外表面發(fā)生溶解氧腐蝕。如果水套中裝有水

7、，水套中的水被盤管中的原油冷卻后，溫度低于大氣露 點(diǎn)時(shí)，在煙道、火筒等表面會(huì)凝結(jié)水，形成冷凝水膜。同時(shí)大氣中的氧氣溶解于 煙道、火筒等金屬內(nèi)表面的凝結(jié)水膜中，發(fā)生溶解氧腐蝕。三、防止煙道堵塞及被煙氣腐蝕防止煙道堵塞。定期清理煙道的腐蝕產(chǎn)物，減小煙道的氣體對(duì)流阻力。防止被煙氣腐蝕。提高煙氣的排出溫度。用耐火泥堵塞13根煙道的兩端，減少煙氣的熱交換面積0.597-1.79002， 將煙氣溫度提高到50-60C，減少冷凝水的產(chǎn)生，從而減少02和CO2腐蝕。在使用水套加熱爐的運(yùn)行參數(shù)中，對(duì)金屬設(shè)備內(nèi)的煙氣溫度下限值確定為 70 C?？s短水套加熱爐的啟動(dòng)升溫時(shí)間。水套加熱爐在點(diǎn)火啟動(dòng)的升溫過(guò)程中，盡量縮

8、短由冷水(0 20C )加熱到 熱水(50 70C )的時(shí)間，減少冷凝水的產(chǎn)生量和積存時(shí)間。方法一：加冷水到 水套的2/3水位后再升溫，用最大供熱量在最短的時(shí)間內(nèi)使水溫升高到工況要 求，一般為3h；方法二：?jiǎn)?dòng)前先加少量的冷水，在升溫過(guò)程中，邊升溫邊加 冷水，直到最后將水加到水套的2/3水位時(shí)為止。整個(gè)過(guò)程中，使水溫一直高于 煙氣的露點(diǎn)溫度，既確保加熱保溫，又防止煙氣在排出煙囪之前產(chǎn)生冷凝水。安裝引流管排出冷凝水。在煙囪下方的煙箱底部安裝引流管p22X3X 150mm，將冷凝水從煙箱內(nèi)向 外排出。該措施能防止冷凝水在煙箱里大量積存，減少冷凝水對(duì)煙箱的腐蝕。缺 點(diǎn)是增加的引流管容易引起漏風(fēng)，導(dǎo)致火頭處的配風(fēng)不足并將降低煙氣的對(duì)流作 用。長(zhǎng)期停用水套加熱爐時(shí)，放干水套里的水并烘干；使用軟化水，硬度小 于 0.6mg/L，PH 值在 8