【正文】 年 月 日 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 （論文） I 摘 要 加熱爐水側(cè) 及煙道 不同部位的腐蝕及形態(tài)各不相同，產(chǎn)生這些現(xiàn)象的主要原因與不同部位的熱工狀態(tài)和不同的腐蝕原因等諸多因素有關(guān)。畢業(yè)設(shè)計（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。 盡我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外， 本論文 不包含任何其他個人或集體已經(jīng) 公開 發(fā)表或撰寫過的研究成果 。 加熱爐的腐蝕主要表現(xiàn) 為氧腐蝕、腐蝕性離子的腐蝕、酸腐蝕、鐵垢腐蝕、干濕線腐蝕、堿腐蝕，其中氧腐蝕是最主要原因。因此 對加熱爐腐蝕性的研究 ,是當(dāng)今國 內(nèi)外壓力容器和管道缺陷評定方法研究的熱點和發(fā)展趨勢 ,近年來取得了不少的成果和進(jìn) 展。由腐蝕所造成的停工、停產(chǎn)、滴、漏等事故，既污染了環(huán)境，也危害人民健康，同時也增加了油氣田的生產(chǎn)成本，影響了油田的正常生產(chǎn)，腐蝕問題已經(jīng)影響到石油工業(yè)的生存與發(fā)展。 由于該設(shè)備在前期運行中沒有采用防腐措施，致使其在不同程度上受到了一定腐蝕，與熱水長期接觸的管外壁腐蝕十分嚴(yán)重，整個 腐蝕面積達(dá)到了 70％以上。為此 ,分析了天然氣加熱爐傳熱的薄弱環(huán)節(jié)及其強化措施 ,針對天然氣加熱爐大筒體內(nèi)換 熱面的常規(guī)布置形式存在的缺陷 ,提出了 天然氣加熱爐的腐蝕結(jié)垢原因分析、腐蝕機理及影響因素、防腐措施、 加熱爐清洗與緩蝕阻垢技術(shù) 等內(nèi)容 。因此對加熱爐腐蝕情況的研究是很有必要的，搞清楚腐蝕的原因并采取措施避免腐蝕可增加集氣站的收益以及預(yù)防事故的發(fā)生 ［ 1］ 。目前國際上采用的適用性評價技術(shù)對含有腐蝕缺陷的管道是否能繼續(xù)使用、如何繼續(xù)使用 ,對含腐蝕缺陷管道的未來發(fā)展、管道的檢測周期及維修 周期等重要參數(shù)都給出了定量的評價方法。加熱爐盤管由于長期在 高溫高壓下與水、汽、氧等相接觸，就 會導(dǎo)致管外產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕與結(jié)垢，危及爐 子 的使用壽命和安全。 天然氣加熱爐工作時 ,用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量加熱需要加熱以達(dá)到工藝要求的工業(yè)用天然氣。 天然氣加熱爐是采用中間載熱介質(zhì)間接加熱的一種特殊的爐型形式 ,工作運行可靠 ,但啟動慢 ,是天然氣工業(yè)中的重要耗能設(shè)備之一。 天然氣加熱爐的腐蝕研究 4 煙氣管補充水爐堂爐殼源氣去節(jié)流污水排放進(jìn)氣口圖 21 加熱爐示意 加熱爐腐蝕狀況 水套加熱爐是一種為天然氣加熱的間接加熱器 , 以天然氣作為燃料 ,火頭 ( 燃燒器 ) 噴出火焰 , 隨著對流作用 , 高溫?zé)煔庀蚝罅鲃?, 由火筒經(jīng)過煙道從出口進(jìn)入煙箱 , 然后經(jīng)煙囪排入大氣。然后 , 安裝好煙箱封頭 , 對水套加熱爐的火頭恢復(fù)點火 , 保溫運行正常。 以下 煙氣的組分分析燃料是臥 89 井自產(chǎn)的天然氣 ( 氣質(zhì)參數(shù) : 比重 , 體積含量 CH4 占 %, H2S 占 %, CO2 占%) , 助燃劑 空 氣 是通過對流自然抽入 , 燃燒 后的煙氣從火筒 ( Φ 273 71500) 流 進(jìn) 6 根水平煙道 ( Φ 76 6 2500) , 充分進(jìn)行熱交換后 , 再從垂直的煙囪以對流方式排出去 , 煙氣的壓力是 1atm。燃燒后總體積 : ( 氣態(tài) )( 在煙氣中的含量 g/nm3, 體積含量%) , ( 體積含量 %) ,剩余 CH4, 空氣剩余量 ( 氧氣已用完 ) 。 三 級節(jié)流后壓力 ( 輸壓 ) , 氣流溫度 14℃ ( 即計量溫度、輸溫 , 計量溫度要求為 12～18℃ ) 。 ② 不完全燃燒后 : 煙氣中的含水量 g/nm3,煙氣露點 65℃。(2)加熱盤管內(nèi)部 (天然氣側(cè) )只有輕微的腐蝕，而加熱爐 管外壁則銹蝕嚴(yán)重，管壁上附有一層很厚呈紅褐色和黑 色的 堅 硬銹層 。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 三 章 加熱爐腐蝕及結(jié)垢原因分析 水質(zhì)分析 新疆某油田采油廠使用的加熱爐均采用當(dāng)?shù)氐叵滤疄樗矗?使用過程中，未進(jìn)行任何水處理，加熱爐水套內(nèi)存在嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，其中爐內(nèi)盤管腐蝕較嚴(yán)重，據(jù)外觀觀察約有 1～ 2mm 的腐蝕 。 由表 31中的水質(zhì)分析數(shù)據(jù)可以看出：（ 1）原水進(jìn)入加熱爐 后，在受熱條件下發(fā)生沉積而結(jié)垢；（ 2）加熱爐中有大量的鈣垢產(chǎn)生；（ 3）兩種水源中，作業(yè)區(qū) 2 原水和爐水是典型的負(fù)硬度水質(zhì)，在溶解氧存在的情況下，具有極強的腐蝕傾向 。 表 31水質(zhì)分析結(jié)果 取樣點 作業(yè)區(qū) 1 作業(yè)區(qū) 2 原水 爐水 原水 爐水 Ca2+/mg L1 SO42/ mg L1 ? 203 PH 值 電導(dǎo)率 /μ s 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 表 32 垢樣分析結(jié)果 結(jié)垢原因 （ 1）通過對水樣的分析，作業(yè)區(qū)（尤其作業(yè)區(qū) 2）水套加熱爐所用原水具有較強的腐蝕傾向。 由以上結(jié)論得出，天然氣加熱爐嚴(yán)重的腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象成為影響加熱爐安全的兩種主要故障，為了保證加熱爐安全生產(chǎn)，建議采取相應(yīng)的措施阻止其腐蝕和結(jié)垢的形 成。 氧腐蝕與溫度、流速、 pH 值、鹽含量等諸多因素有關(guān) ［ 4］ 。 加熱爐源水在采取及輸送過程中 ，一直暴露于空氣中，使水中溶解氧基本達(dá)到飽和狀態(tài) 。另一方面，在整個爐水的微循環(huán)體系中，上部及煙氣管周圍的水溫要明顯高于其他部位，所以在加熱盤管上部和煙氣管上氧腐蝕最為嚴(yán)重。 腐蝕性離子的腐蝕 由于爐水中的 Cl及 SO24等能穿透保護(hù)膜對金屬產(chǎn)生腐蝕，同時還能妨礙鈍化膜的生成，使?fàn)t水在不流動的情況下極易產(chǎn)生點蝕。 CO2的腐蝕過程如下： 陽極： Fe → Fe3++2e 陰極： 2CO2 +2H2O→ 2H2CO3 2H2CO3→ 2H++2HCO3 2H++2e→ H2 2CO2+2H2O+2e→ 2HCO3+H2 總反應(yīng)： Fe+2CO2+2H2O→ Fe(HCO3)2+H2 Fe(HCO3)2→ FeCO3+H20+CO2 CO2在水中的溶解度與系統(tǒng)的壓力、溫度、水的組成有關(guān) ［ 5］ 。 鐵垢腐蝕 氧化鐵垢不僅影響傳熱 (其導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一般垢 )，更為嚴(yán)重的是產(chǎn)生垢下腐蝕使金屬材質(zhì)變薄、凹陷甚至穿孔。 氧化鐵垢腐蝕是由下列原因引起的 : (l)氧化鐵作為電化學(xué)腐蝕的陰極，在加熱條件下，垢下面的氧化鐵膜遭到破壞，使裸露的金屬碳鋼變?yōu)殛枠O而在水中產(chǎn)生腐蝕。這種垢較硬，一般很難除去。主要由于堿度在熱負(fù)荷較高的部位發(fā)生榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 濃縮使氧化物保護(hù)膜溶解而失去保護(hù)作用，使金屬產(chǎn)生腐蝕 [6]。燃燒過程中 ,大量水蒸氣凝結(jié)在低于煙氣露點的低溫受熱交換面上 ,以及 溶解 CO2和 O2后腐蝕金屬內(nèi)表面 上 。在沒有液態(tài)水時 ,CO2不會發(fā)生腐蝕。最易發(fā)生 CO2酸性腐蝕的部位通常在火筒、煙道 、煙箱封頭以及煙囪等部位 ,腐蝕嚴(yán)重部位是煙道和煙囪。在煙氣系統(tǒng)中 ,如果火頭處配風(fēng)良好 ,通過對流作用自動抽入大量空氣 ,甲烷占混合氣體體積的 5%完全燃燒時 ,煙氣 中就會含有大量的天然氣加熱爐的腐蝕研究 14 剩余氧氣 ,這些氧氣會充分?jǐn)U散并溶解到煙箱，六 根煙道等煙氣系統(tǒng)的金屬內(nèi)壁上的冷凝水膜中 ,對鋼材發(fā)生溶解氧的氧去極化腐蝕。 水套加熱爐停止加熱 ,但天然氣生產(chǎn)仍然經(jīng)過水套加 熱爐里的高壓引流管時 ,如不采取有效的保護(hù)措施 ,金屬表面會發(fā)生停用腐蝕。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第五章 防腐措施 防腐措施 加熱爐的腐 蝕一般不會單獨以一種形態(tài)、而是以多種形式同時出現(xiàn)，有的互為因果、有的互相促進(jìn)。 (5)加熱爐停爐時，防止空氣進(jìn)人停運的鍋爐內(nèi)，保持停運加熱爐的金屬表面充分干燥，使用緩蝕劑在金屬表面生成保護(hù)膜，緩解金屬的腐蝕。 (1)提高煙氣的排出溫度。 水套加熱爐在點火啟動的升溫過程中 ,盡量縮短由冷水 (0～ 20℃ )加熱到熱水(50～ 70℃ )的時間 ,減少冷凝水的產(chǎn)生量和積存時間。 (3)更換煙囪的材質(zhì)。 (5)安裝引流管排出冷凝水。 ,放干水套里的水并烘干。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第六章 加熱爐 腐蝕防垢技術(shù) 緩蝕阻垢劑篩選 試驗 主要試劑和儀器 （ 1） 主要試劑 無水乙醇，丙酮，鹽酸，氫氧化鈉，六次甲基四胺，高純氮，硫酸，氯化鈉，氯化鈣，石油醚，鹽酸清洗液，氫氧化鈉中和液等 。 工藝流程 腐蝕試驗 工藝參數(shù)選取： 所采用的溫度與加熱爐內(nèi)工作溫度相同，為 85℃。 天然氣加熱爐的腐蝕研究 18 （ 2） 緩蝕液的配置 按試驗要求用容量瓶配制緩蝕劑溶液，該溶液應(yīng)在試驗當(dāng)天或前一天配制。 （ 5）掛片緩蝕試驗 量取 400 mL 試驗用水，精確到 mL 于 500mL 錐形瓶中，將配制好的緩蝕劑溶液按設(shè)計質(zhì)量濃度值用移液管分別加入試驗容器中，再將錐形瓶置于恒溫水浴中。將放置好掛片的錐形瓶放入多孔電熱恒溫水浴鍋中，在設(shè)定溫度 85℃下恒溫放置一個試驗周期， 考慮到緩蝕劑初步篩選中試驗量特別大，對初期試驗周期選定為 腐蝕性測試方法中所規(guī)定的靠近下限值 4 天，當(dāng)確定了理想 的緩蝕劑后，又重點研究了時間與緩蝕劑之間對掛片質(zhì)量影響的規(guī)律。再放入超聲中進(jìn)行清洗，取出試片放在濾紙上 ,用冷風(fēng)吹干，然后用濾紙將試片包好，貯于干燥器中，放置1h 后稱重，精確至 。 表 61 阻垢緩蝕劑篩選試驗結(jié)果 試驗編號 緩蝕劑用量 mg/L 緩蝕速率 mm/a 緩蝕阻垢劑名稱 平均值 LZ－ 01 空白試驗 LZ－ 02a 100 WG— 01 LZ－ 02b LZ－ 02c LZ－ 03a 100 WG— 02 LZ－ 03b 天然氣加熱爐的腐蝕研究 20 LZ－ 03c LZ－ 04a 100 WG— 03 LZ－ 04b LZ－ 04c LZ－ 05a 120 WG— 04 LZ－ 05b LZ－ 05c LZ－ 06a 120 WG— 05 LZ－ 06b LZ－ 06c 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 LZ－ 07a 100 WG— 06 LZ－ 07b LZ－ 07c LZ－ 08a 110 WG— 07 LZ－ 08b LZ－ 08c 120 WG— 08 LZ－ 09a LZ－ 09b LZ－ 09c 天然氣加熱爐的腐蝕研究 22 LZ－ 10a 100 WG— 09 LZ－ 10b LZ－ 10c LZ－ 11a 100 WG— 10 LZ－ 11b LZ－ 11c 100 WG— 11 LZ－ 12a LZ－ 12b LZ－ 12c 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 LZ－ 13a 120 WG— 12 LZ－ 13b LZ－ 13c LZ－ 14a 110 WG— 13 LZ－ 14b LZ－ 14c LZ－ 15a 110 WG— 14 LZ－ 15b LZ－ 15c LZ－ 16a 100 WG— 15 天然氣加熱爐的腐蝕研究 24 LZ－ 16b LZ－ 16c 由表 61可知， WG— 06對加熱爐具效果相對最佳。各種被清洗的表面的 性質(zhì)很不相同，但清洗的目的是一致的，都是除去油脂、有機殘留物和顏料污垢或銹垢。在洗滌用品工業(yè)中，降低原料成本，采用優(yōu)良特效的