【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 3空氣 ， 燃燒后總體積 20m3: 2m3 H2O( 氣態(tài) )( 在煙氣中的含量 g/nm3, 體積含量 10%) , 1m3 CO2( 體積含量 5%) , 17m3 空氣剩余量 ( 含剩余的氧氣 ) 。 甲烷占 15%, 燃燒不完全 , 燃燒后氣體總體積有增加 : CH4 + → 2H2O↑ + CO↑ + 熱量 Q 燃燒前總體積 : 1m3 CH4, 空氣 ( 含氧氣 : 20%=) 。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 ) 。 煙氣中產(chǎn)生冷凝水 1999 年 2 月 11 日 17: 00, 陰天 , 大氣溫度 11℃。臥 89 井 生產(chǎn)參數(shù) : 井口油壓 , 套壓 , 井口溫度 28℃ ,瞬產(chǎn) 萬 m3/d, 使用水套加熱爐保溫 , 一級(jí)節(jié)流后壓力 , 進(jìn)水套加熱爐前氣流溫度 24℃ , 加熱后 , 出水套加熱爐后氣流溫度 ℃ 。 二級(jí)節(jié)流后壓力 , 氣流溫度 31℃ 。 三 級(jí)節(jié)流后壓力 ( 輸壓 ) , 氣流溫度 14℃ ( 即計(jì)量溫度、輸溫 , 計(jì)量溫度要求為 12～18℃ ) 。 水套里的水溫 33℃ ,煙箱里的煙氣溫度 22℃。煙囪、煙箱滴水嚴(yán)重。水套加熱爐耗氣 m3/h( 計(jì)算出煙氣的排量 ～ 50 m3/h) 天然氣加熱爐的腐蝕研究 6 表 21 參考天然氣的飽和含水量表 (1atm,0℃， 比重 ) 溫度℃ 15 22 26 33 37 45 50 55 60 65 飽和含水汽量g/nm3 得出 : ① 完全燃燒后 : 煙氣中的含水量 , 煙氣露點(diǎn) ℃ 。 ② 不完全燃燒后 : 煙氣中的含水量 g/nm3,煙氣露點(diǎn) 65℃。所以 , 天然氣燃燒后煙氣的露點(diǎn)范圍為 ～ 65℃。只要煙氣溫度低于其露點(diǎn) ,煙氣系統(tǒng) 就和 水套加熱爐的腐蝕分析和防腐措施 一致 。 總結(jié) 加熱爐通過一定時(shí)間運(yùn)行后檢查發(fā)現(xiàn) :(1)加 熱爐水側(cè)爐壁上部 腐 蝕嚴(yán)重 。(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(jiān) 硬銹層 。(3)整個(gè)爐殼的爐壁、盤管壁上的附著物有的呈黑色毛刺狀、有的呈黑色銹瘤狀，煙氣管水側(cè)還附有鱗片層狀銹蝕物，另有一些顆粒狀黑色粘性附著物 。(4)清洗后發(fā)現(xiàn)附著物下金屬表面呈現(xiàn)出程度不同的麻點(diǎn)、凹坑、溝槽及蝕坑等。 對(duì)加熱爐的腐蝕形態(tài)觀測(cè)后發(fā)現(xiàn) :加熱爐的腐蝕主要表現(xiàn)為全面腐蝕 (均勻腐蝕 )、潰瘍狀腐蝕、斑點(diǎn)狀腐蝕等，其中潰瘍狀腐蝕及斑點(diǎn)腐蝕是產(chǎn)生毛刺狀銹物的主要原因。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（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?，?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 。 對(duì)加熱爐水套解剖（圖 3 32）檢察發(fā)現(xiàn)：盤管煙管及爐套爐壁水下部位腐蝕嚴(yán)重，其中煙管腐蝕最為嚴(yán)重 ， 金屬表面覆蓋厚厚一層銹垢和大小不一 、 密密麻麻的銹瘤，銹瘤下呈很深的蝕坑 ［ 2］ 。 為此，我們對(duì)加熱爐腐蝕和結(jié)垢原因做了以下分析 。 對(duì)新疆某油田采油廠兩個(gè)作業(yè)區(qū)加熱爐原水（當(dāng)?shù)氐叵滤┖驮谟眉訜釥t爐水進(jìn)行了分析，分析結(jié)果見表 31。 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(qiáng)的腐蝕傾向 。 圖 31 加熱爐盤管腐蝕情況 圖 32 加熱爐爐 殼腐蝕情況 結(jié)果表明：（ 1）兩地原水及爐水均具有較強(qiáng)的腐蝕傾向；（ 2）隨著溫度的升高，無論是原水還是爐水，其結(jié)垢傾向逐漸增大腐蝕傾向減小 。 垢樣分析 對(duì)加熱爐盤管煙管等處所取垢樣進(jìn)行了分 析，爐水側(cè)存在著嚴(yán)重 腐蝕現(xiàn)象 。 分析結(jié)果見 表 32 天然氣加熱爐的腐蝕研究 8 由表 32中的垢樣分析結(jié)果可以看出：（ 1）加熱爐內(nèi)主要存在著腐蝕現(xiàn)象；（ 2）附著物中含有一定比例的硬垢成分（結(jié)晶型析出物）， 其中 CaCO3中 所占比例較大 。 表 31水質(zhì)分析結(jié)果 取樣點(diǎn) 作業(yè)區(qū) 1 作業(yè)區(qū) 2 原水 爐水 原水 爐水 Ca2+/mg L1 Mg2+/mg L1 總鐵 / mg L1 0 0 Cl/ mg L1 SO42/ mg L1 ? SiO2/ mg L1 總堿 /mmol L1 總?cè)芄?/ mg L1 ? 203 PH 值 電導(dǎo)率 /μ s cm1 1070 898 853 667 爐水中重碳酸鹽（碳酸氫鹽）在加熱爐中受熱后，分解成為碳酸鹽，并釋放出 CO2，使?fàn)t水堿度和 pH 值升高。產(chǎn)生的碳酸鹽容易與水中的鈣等硬度成分結(jié)晶析出，形成碳酸鹽硬垢。 33()Ca HCO → CaCO3↓ +CO2↑ +H2O 33()Ca HCO +2OH=CaCO3↓ +2H2O+CO32 Ca2++CO32=CaCO3↓ 由水質(zhì)分析表看出，兩個(gè)作業(yè)區(qū) Ca2+含量都較高，且由垢樣分析表也可以看出，CaO 也占了相當(dāng)?shù)谋壤?，這都是長(zhǎng)生硬垢的原因。 榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 表 32 垢樣分析結(jié)果 結(jié)垢原因 （ 1）通過對(duì)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(qiáng)的腐蝕傾向。 （ 2）通過對(duì)加熱爐爐套內(nèi)附著物的分析，新疆油田某采油廠加熱爐爐套（水側(cè)）存在嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象，并伴有結(jié)垢現(xiàn)象存在。 （ 3）通過理論分析及實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，造成加熱爐爐套（水側(cè)）腐蝕的主要原因?yàn)椋貉醺g、促進(jìn)腐蝕性離子對(duì)氧腐蝕的促進(jìn)作用、局部腐蝕、鐵垢腐蝕、干濕線腐蝕以及堿腐蝕。 （ 4）爐水中重碳酸鹽受熱分解后，與硬度成分 結(jié)晶析出，與加熱爐金屬腐蝕產(chǎn)物粘合在一起，是 加熱爐爐套內(nèi)結(jié)垢的主要原因。 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。 取樣點(diǎn) 盤管 嚴(yán)管 外觀 紅褐色固體 紅褐色固體 55℃灼燒減量 /℅ 550～ 950℃ 灼燒 減量 /℅ Fe2O3/℅ CaO/℅ MgO/℅ 0 ZnO/℅ P2O5 /℅ 酸不溶物 /℅ 天然氣加熱爐的腐蝕研究 10 第四章 加熱爐腐蝕機(jī)理及影響因素 加熱爐水側(cè)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)。第一采氣廠加熱爐用水為靖邊基地的生活用水 (地下水 )，該水 屬低堿、低硬度水質(zhì)，水中存在著腐蝕性離子和溶解的 CO2及 O2， 它 們的存在會(huì)在受熱條件下對(duì)金屬產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕 ［ 3］ 。 氧腐蝕 這是加熱爐存在的主要也是最嚴(yán)重 的 腐蝕因素，氧在腐蝕過程中起去極化劑作用， 屬吸氧腐蝕。 氧腐蝕與溫度、流速、 pH 值、鹽含量等諸多因素有關(guān) ［ 4］ 。對(duì)于水源確定的 密閉系統(tǒng)而言，氧腐蝕的腐蝕速率隨溫度升高一直呈直線上升趨勢(shì) 。對(duì)開路系統(tǒng)而言，氧腐蝕速率隨溫度升高是先增加后降低。溫度、流速、鹽含量等對(duì)氧腐蝕的影響主要是通過對(duì)氧在水中的溶解度的影響而實(shí)現(xiàn)的。 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) 。而加熱爐在運(yùn)行過程中只有很小的一根管 (補(bǔ)水口 )與大氣接通，因此可以基本認(rèn)為加熱爐屬密閉系統(tǒng) 。另外爐水處于停滯狀態(tài)，這使水中的溶解氧很難釋放出來，隨著爐水溫度的升高，氧腐蝕速率呈正比例增加。爐水溫度對(duì)氧腐蝕的影響見圖 41 0 40 20 60 80 100 120 敞開 系統(tǒng)密閉系統(tǒng) 溫度 /℃ 腐蝕速率mm/a 圖 41 爐水溫度對(duì)氧腐蝕的影響 氧腐蝕在加熱爐中的任何部位均有發(fā)生，尤其是在加熱盤管上部和煙氣管最為嚴(yán)重，這是因?yàn)檠踉谒械娜芙舛纫蛩軣岫冃?，溶?氧逐漸釋放出來而向 0 40 20 60 80 100 120 敞開 系統(tǒng)密閉系統(tǒng) 腐蝕速率mm/a榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 上涌動(dòng)，但不能流向爐外，使?fàn)t水上部溶解氧達(dá)到飽和，氧還以氣泡的形態(tài)吸附于盤管上 。另一方面，在整個(gè)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。 氧腐蝕的形態(tài)主要為潰瘍型和斑點(diǎn)狀的局部腐蝕及均勻腐蝕。隨著爐水溫度升高，水中的離子發(fā)生變化而使 pH 值逐漸升高，使腐蝕產(chǎn)物極易發(fā)生二次沉積，再加上未對(duì)爐水進(jìn)行阻垢處理而結(jié)垢，銹和垢的附著使碳鋼產(chǎn)生氧濃差電池而產(chǎn)生垢下腐蝕 。在微堿性條件下，其腐蝕產(chǎn)物愈積愈多呈現(xiàn)出毛刺狀及銹瘤，這也加劇了氧濃差 腐蝕。 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(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕，同時(shí)還能妨礙鈍化膜的生成，使?fàn)t水在不流動(dòng)的情況下極易產(chǎn)生點(diǎn)蝕。這種腐蝕在爐殼水側(cè)任何部位均有發(fā)生，特別是熱負(fù)荷較高的煙氣管及爐膛水側(cè)外壁等處，在壁溫較高時(shí)，極易使 Cl及 SO24發(fā)生局部濃縮而增大發(fā)生點(diǎn) 蝕 的可能 性 。 酸腐蝕 酸腐蝕主要為析氫腐蝕。在加熱爐中主要發(fā)生在煙氣管水側(cè)外壁及爐殼上 部，這是因?yàn)?: （ 1） 用的水為地下水，而地下水中一般都含有一定 的溶解性 CO2,在爐水受熱后 會(huì)很快 釋放出來而吸 附于金屬表面產(chǎn)生 CO2腐蝕。 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］ 。 CO2溶解度隨壓力增大而增大，又隨溫度上升而下降，并且水中的某些礦物質(zhì)會(huì)影響 CO2的溶解度。所以， C02的腐蝕也受到多種因素的影響，如 :溫度、壓力等。 (2)水中的碳酸鹽堿度在受熱后發(fā)生分解 引起局部區(qū)域的 pH值下降而產(chǎn)生腐天然氣加熱爐的腐蝕研究 12 蝕 : 2HCO3→ CO2+CO32+H2O 酸腐蝕主要是均勻腐蝕，其對(duì)金屬的腐蝕程度 及對(duì)構(gòu)件的強(qiáng)度影響不大，但其腐蝕產(chǎn)物 (Fe2+和 Fe3+)容易在爐內(nèi)產(chǎn)生鐵垢及垢下腐蝕。 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。這類腐蝕主要發(fā)生在爐膛水側(cè)壁及煙氣管水側(cè)壁表面。加熱爐水中鐵離子及其它腐蝕類型的存在，使碳鋼金屬表面產(chǎn)生一層氧化鐵垢。氧化鐵在高熱負(fù)荷部位的存在極易發(fā)生氧化鐵垢腐蝕。 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。 陽極反應(yīng)： Fe→ Fe2++2e 陰極反應(yīng)： Fe(OH)3+e→ Fe(OH)2+OH Fe3O4+H20+2e→ 3FeO+2OH 腐蝕產(chǎn)生氧化鐵垢，氧化鐵