【文章內容簡介】 蝕, 忽略煙氣中二氧化碳腐蝕, 在臥龍河氣田的現(xiàn)場使用中頻頻發(fā)生水套加熱爐的火筒、煙道、煙箱腐蝕穿孔導致漏水的實例。 煙道堵塞現(xiàn)象1999 年2 月上旬, 臥89 井的水套加熱爐( 型號SL320/5)出現(xiàn)了火焰從火筒向外回火, 經(jīng)過停爐、卸開煙箱封頭后, 發(fā)現(xiàn)封頭處的煙箱四周的金屬內壁附有一層褐色鐵銹塊, 經(jīng)過清除刨出鐵銹渣, 重達5kg。然后, 安裝好煙箱封頭, 對水套加熱爐的火頭恢復點火, 保溫運行正常。煙氣從火筒經(jīng)過水平煙道充分進行熱交換后, 再從垂直的煙囪對流排出去, 各項工況指標運行正常, 但是出現(xiàn)了煙囪、煙箱封頭、火頭處滴水。 煙道堵塞導致回火的原因碳鋼的腐蝕產(chǎn)物遍布煙道內壁, 破碎后堆積堵塞煙道, 降低煙道的流通能力。榆林學院本科畢業(yè)設計（論文）5如果六根煙道均被鐵銹渣堵塞, 當阻力作用大到使煙氣不能正常流過水平煙道時, 煙氣只能改變流動方向從風門處向外回火, 使水套加熱爐里煙氣的熱交換面積由 2( Φ27371500, 6 根Φ7662500) 2 ( Φ27371000) , 導致排出的煙氣溫度高達80～90℃( 位置: 風門處) , 帶走的熱量多, 熱效率低, 保溫效果差。以下煙氣的組分分析燃料是臥89 井自產(chǎn)的天然氣( 氣質參數(shù): , 體積含量CH 4 %, H 2S %, CO 2 占%) , 助燃劑空氣是通過對流自然抽入, 燃燒后的煙氣從火筒( Φ27371500) 流進6 根水平煙道( Φ7662500) , 充分進行熱交換后, 再從垂直的煙囪以對流方式排出去, 煙氣的壓力是1atm。在1atm 下, 甲烷燃燒的濃度范圍5～15%( 體積比) , 現(xiàn)在分析1m 3 甲烷的燃燒情況( 氣體的分析條件為理想狀態(tài)) 。甲烷占5%, 完全燃燒, 燃燒前后氣體總體積不變：CH4 + 2O2 → 2H 2O↑ + CO 2↑+ 熱量Q燃燒前總體積20m 3: 1m3CH4,19m3空氣，燃燒后總體積20m 3: 2m3 H2O( 氣態(tài))( g/nm 3, 體積含量10%) , 1m 3 CO2( 體積含量5%) , 17m 3 空氣剩余量( 3) 。甲烷占15%, 燃燒不完全, 燃燒后氣體總體積有增加:CH4 + → 2H 2O↑ + CO↑ + 熱量Q 3: 1m3 CH4, 空氣( 含氧氣: 320%=) 。 3: ( 氣態(tài))( g/nm 3, 體積含%) , 3CO( %) , 3 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, , 井口溫度28℃, 萬m 3/d, 使用水套加熱爐保溫, , 進水套加熱爐前氣流溫度24℃, 加熱后, 出水套℃。 , 氣流溫度31℃。 三級節(jié)流( 輸壓) , 氣流溫度14℃( 即計量溫度、輸溫, 計量溫度要求為12～18℃) 。 水套里的水溫33℃,煙箱里的煙氣溫度22℃。煙囪、煙箱滴水嚴重。 m 3/h( ～50 m 3/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℃，)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: , ℃。 ② 不完全燃燒后: g/nm 3,煙氣露點65℃。所以, 天然氣燃燒后～65℃。只要煙氣溫度低于其露點,煙氣系統(tǒng)就和水套加熱爐的腐蝕分析和防腐措施一致。 總結加熱爐通過一定時間運行后檢查發(fā)現(xiàn):(1)加熱爐水側爐壁上部腐蝕嚴重。(2)加熱盤管內部(天然氣側)只有輕微的腐蝕，而加熱爐管外壁則銹蝕嚴重，管壁上附有一層很厚呈紅褐色和黑色的堅硬銹層。(3)整個爐殼的爐壁、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、凹坑、溝槽及蝕坑等。對加熱爐的腐蝕形態(tài)觀測后發(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、斑點狀腐蝕等，其中潰瘍狀腐蝕及斑點腐蝕是產(chǎn)生毛刺狀銹物的主要原因。榆林學院本科畢業(yè)設計（論文）7第三章 加熱爐腐蝕及結垢原因分析 水質分析新疆某油田采油廠使用的加熱爐均采用當?shù)氐叵滤疄樗?，在使用過程中，未進行任何水處理，加熱爐水套內存在嚴重的腐蝕現(xiàn)象，其中爐內盤管腐蝕較嚴重，據(jù)外觀觀察約有 1～2mm 的腐蝕。 對加熱爐水套解剖（圖 332）檢察發(fā)現(xiàn)：盤管煙管及爐套爐壁水下部位腐蝕嚴重，其中煙管腐蝕最為嚴重，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，我們對加熱爐腐蝕和結垢原因做了以下分析。對新疆某油田采油廠兩個作業(yè)區(qū)加熱爐原水（當?shù)氐叵滤┖驮谟眉訜釥t爐水進行了分析，分析結果見表 31。由表 31 中的水質分析數(shù)據(jù)可以看出：（1）原水進入加熱爐后，在受熱條件下發(fā)生沉積而結垢；（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硬度水質，在溶解氧存在的情況下，具有極強的腐蝕傾向。圖 31 加熱爐盤管腐蝕情況 圖 32 加熱爐爐殼腐蝕情況結果表明：（1）兩地原水及爐水均具有較強的腐蝕傾向；（2）隨著溫度的升高，無論是原水還是爐水，其結垢傾向逐漸增大腐蝕傾向減小。 垢樣分析 對加熱爐盤管煙管等處所取垢樣進行了分析，爐水側存在著嚴重腐蝕現(xiàn)象。天然氣加熱爐的腐蝕研究8分析結果見表 32由表 32 中的垢樣分析結果可以看出：（1）加熱爐內主要存在著腐蝕現(xiàn)象；（2）附著物中含有一定比例的硬垢成分（結晶型析出物） ，其中 CaCO3中所占比例較大。 表 31 水質分析結果作業(yè)區(qū) 1 作業(yè)區(qū) 2取樣點原水 爐水 原水 爐水Ca2+/mgL1 Mg2+/mgL1 總鐵/ mgL 1 0 0 Cl/ mgL1 SO42/ mgL1 … SiO2/ mgL1 總堿/mmolL 1 總溶固/ mgL 1 … 203PH 值 電導率/μscm 1 1070 898 853 667 加熱爐產(chǎn)生硬垢的原因爐水中重碳酸鹽（碳酸氫鹽）在加熱爐中受熱后，分解成為碳酸鹽，并釋放出 CO2，使爐水堿度和 pH 值升高。產(chǎn)生的碳酸鹽容易與水中的鈣等硬度成分結晶析出，形成碳酸鹽硬垢?！?CaCO3↓+CO 2↑+H 2O3()CaHO+2OH=CaCO3↓+2H 2O+CO32Ca2++CO32=CaCO3↓由水質分析表看出，兩個作業(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?shù)谋壤?，這都是長生硬垢的原因。榆林學院本科畢業(yè)設計（論文）9表 32 垢樣分析結果 結垢原因（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。（2）通過對加熱爐爐套內附著物的分析，新疆油田某采油廠加熱爐爐套（水側）存在嚴重的腐蝕現(xiàn)象，并伴有結垢現(xiàn)象存在。（3）通過理論分析及實驗室驗證，造成加熱爐爐套（水側）腐蝕的主要原因為：氧腐蝕、促進腐蝕性離子對氧腐蝕的促進作用、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，是加熱爐爐套內結垢的主要原因。由以上結論得出，天然氣加熱爐嚴重的腐蝕和結垢現(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)，建議采取相應的措施阻止其腐蝕和結垢的形成。取樣點 盤管 嚴管外觀 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 加熱爐腐蝕機理及影響因素 加熱爐水側不同部位的腐蝕加熱爐水側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。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，水中存在著腐蝕性離子和溶解的 CO2 及 O2，它們的存在會在受熱條件下對金屬產(chǎn)生嚴重腐蝕 ［3］ 。 氧腐蝕這是加熱爐存在的主要也是最嚴重的腐蝕因素，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 ［4］ 。對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。對開路系統(tǒng)而言，氧腐蝕速率隨溫度升高是先增加后降低。溫度、流速、鹽含量等對氧腐蝕的影響主要是通過對氧在水中的溶解度的影響而實現(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到飽和狀態(tài)。而加熱爐在運行過程中只有很小的一根管(補水口)與大氣接通，因此可以基本認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。爐水溫度對氧腐蝕的影響見圖 41 46 8012℃℃/℃m/a 圖 41 爐水溫度對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重，這是因為氧在水中的溶解度因水受熱而變小，溶解氧逐漸釋放出來而向榆林學院本科畢業(yè)設計（論文）11上涌動，但不能流向爐外，使爐水上部溶解氧達到飽和，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重。氧腐蝕的形態(tài)主要為潰瘍型和斑點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，再加上未對爐水進行阻垢處理而結垢，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 SO 等能穿透保護膜對金屬產(chǎn)生腐蝕，同時還能妨礙鈍2 4化膜的生成，使爐水在不流動的情況下極易產(chǎn)生點蝕。這種腐蝕在爐殼水側任何部位均有發(fā)生，特別是熱負荷較高的煙氣管及爐膛水側外壁等處，在壁溫較高時，極易使 Cl及 SO 發(fā)生局部濃縮而增大發(fā)生點蝕的可能性。2 4 酸腐蝕酸腐蝕主要為析氫腐蝕。在加熱爐中主要發(fā)生在煙氣管水側外壁及爐殼上部，這是因為:（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 →Fe 3++2e 陰極： 2CO 2 +2H2O→2H 2CO3 2H2CO3→2H ++2HCO3 2H++2e→H 2 2CO2+2H2O+2e→2HCO 3+H2 總反應： Fe+2CO2+2H2O→Fe