【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 蝕, 忽略煙氣中二氧化碳腐蝕, 在臥龍河氣田的現(xiàn)場(chǎng)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(dǎo)致漏水的實(shí)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(hào)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(nèi)壁附有一層褐色鐵銹塊, 經(jīng)過清除刨出鐵銹渣, 重達(dá)5kg。然后, 安裝好煙箱封頭, 對(duì)水套加熱爐的火頭恢復(fù)點(diǎn)火, 保溫運(yùn)行正常。煙氣從火筒經(jīng)過水平煙道充分進(jìn)行熱交換后, 再?gòu)拇怪钡臒焽鑼?duì)流排出去, 各項(xiàng)工況指標(biāo)運(yùn)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(dǎo)致回火的原因碳鋼的腐蝕產(chǎn)物遍布煙道內(nèi)壁, 破碎后堆積堵塞煙道, 降低煙道的流通能力。榆林學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5如果六根煙道均被鐵銹渣堵塞, 當(dāng)阻力作用大到使煙氣不能正常流過水平煙道時(shí), 煙氣只能改變流動(dòng)方向從風(fēng)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(dǎo)致排出的煙氣溫度高達(dá)80～90℃( 位置: 風(fēng)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(zhì)參數(shù): , 體積含量CH 4 %, H 2S %, CO 2 占%) , 助燃劑空氣是通過對(duì)流自然抽入, 燃燒后的煙氣從火筒( Φ27371500) 流進(jìn)6 根水平煙道( Φ7662500) , 充分進(jìn)行熱交換后, 再?gòu)拇怪钡臒焽枰詫?duì)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(jìn)水套加熱爐前氣流溫度24℃, 加熱后, 出水套℃。 , 氣流溫度31℃。 三級(jí)節(jié)流( 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。 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(diǎn)65℃。所以, 天然氣燃燒后～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?，在使用過程中，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 332）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。天然氣加熱爐的腐蝕研究8分析結(jié)果見表 32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)果作業(yè)區(qū) 1 作業(yè)區(qū) 2取樣點(diǎn)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?cè)芄? mgL 1 … 203PH 值 電導(dǎo)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?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?！?CaCO3↓+CO 2↑+H 2O3()CaHO+2OH=CaCO3↓+2H 2O+CO32Ca2++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 46 8012℃℃/℃m/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?，溶解氧逐漸釋放出來而向榆林學(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 SO 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2 4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 SO 發(fā)生局部濃縮而增大發(fā)生點(diǎn)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(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 →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(yīng)： Fe+2CO2+2H2O→Fe