【正文】 爐內(nèi)產(chǎn)生鐵垢及垢下腐蝕。 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)會影響 CO2的溶解度。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。這種腐蝕在爐殼水側(cè)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(cè)外壁 等處，在壁溫較高時，極易使 Cl及 SO24發(fā)生局部濃縮而增大發(fā)生點 蝕 的可能 性 。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。 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。爐水溫度對氧腐蝕的影響見圖 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 。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) 。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。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 。 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。 表 32 垢樣分析結(jié)果 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 9 4 加熱爐腐蝕機理及影 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)。 （ 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。 （ 2）通過對加熱爐爐套內(nèi)附著物的分析，新疆油田某采油廠加熱爐爐套（水側(cè)）存在嚴重的腐蝕現(xiàn)象，并伴有結(jié)垢現(xiàn)象存在。 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@都是長生硬垢的原因。 cm1 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。 L1 總?cè)芄?/ mg L1 ? SiO2/ mg L1 0 0 Cl/ mg L1 Mg2+/mg 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 。 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 。 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(jié)果見表 31。 對加熱爐水套解剖（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］ 。 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。(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(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 。 總結(jié) 加熱爐通過一定時間運行后檢查發(fā)現(xiàn) :(1)加 熱爐水側(cè)爐壁上部 腐 蝕嚴重 。所以 , 天然氣燃燒后煙氣的露點范圍為 ～ 65℃。水套加熱爐耗氣 m3/h( 計算出煙氣的排量 ～ 50 m3/h) 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 由表 21得出 : ① 完全燃燒后 : 煙氣中的含水量 , 煙氣露點 ℃ 。 水套里的水溫 33℃ ,煙箱里的煙氣溫度 22℃。 二級節(jié)流后壓力 , 氣流溫度 31℃ 。 煙氣中產(chǎn)生冷凝水 1999 年 2 月 11 日 17: 00, 陰天 , 大氣溫度 11℃。 甲烷占 15%, 燃燒不完全 , 燃燒后氣體總體積有增加 : 天然氣加熱爐的腐蝕研究 5 CH4 + → 2H2O↑ + CO↑ + 熱量 Q 燃燒前總體積 : 1m3 CH4, 空 氣 ( 含氧氣 : 20%=) 。在 1atm 下 , 甲烷燃燒的濃度范圍 5～ 15%( 體積比 ) , 現(xiàn)在分析 1m3 甲烷的燃燒情況 ( 氣體的分析條件為理想狀態(tài) ) 。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正常的( Φ 273 7 1500, 6 根Φ 76 6 2500) 減少為 ( Φ 273 7 1000) , 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。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(nèi)壁附有一層褐色鐵銹塊 , 經(jīng)過清除刨出鐵銹渣 , 重達 5kg。在該流動過程中 , 高溫煙氣加熱火筒、煙道 , 然后使水套中的水被加熱 , 再通過熱水將浸浴于其中的高壓管線里的天然氣加熱到指定溫度以上 , 使天然氣在降壓過程中產(chǎn)生節(jié)流降溫效應時不發(fā)生水化物冰堵。在加熱爐中天然氣走管程、水容于爐殼，其結(jié)構(gòu)見圖 21。提高天然氣加熱爐的熱效率 ,顯然是一個必須解決的問題。同時中間載熱介質(zhì)將大部分熱量通過對流管束壁面?zhèn)鬟f給需要加熱的工業(yè)用天然氣 ,中間載熱介質(zhì)放熱降溫。燃料和空氣經(jīng)燃燒器混合后噴入大筒體下部一側(cè)的火筒燃燒產(chǎn)生高溫煙氣 ,煙氣經(jīng)火筒折入大筒體下部另一側(cè)的煙管束 ,最后經(jīng)煙囪向上排入大氣。多回程對流管束位于水平軸的上方 ,各回程也對稱布置于垂直軸的左右側(cè)。 天然氣加熱爐采用整體組裝式結(jié)構(gòu) ,在臥式大容積筒體內(nèi)布置火筒、煙管束等加熱受熱面 以及 多回程對流管束等冷卻受熱面 ,筒內(nèi)充注中間載熱介質(zhì)作為加熱和冷卻受熱面之間的傳熱媒介 ,幫助冷、熱兩種流體達到傳熱的目的 ,中間載熱 介質(zhì)可采用水、乙二醇溶液和導熱油。 天然氣加熱爐的腐蝕研究 3 2 現(xiàn)場調(diào)查 加熱爐工作原理 天然氣 加熱爐主要功能是將爐中的水加熱，通過熱水再將浸浴于其中的盤管里的天然氣加熱到一定溫度，使天然氣在輸送中不會發(fā)生結(jié)冰堵塞現(xiàn)象 。但是大量的國內(nèi)外研究資料表明 ,對壓力容器和管道腐蝕的適用性評價技術(shù)還很不完善 , 對加熱爐的腐蝕情況進行調(diào)查發(fā)現(xiàn) ,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。對加熱爐腐蝕性的研究 ,是當今國內(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展 。 由此可見 ，本 課題立項與研究具有重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。但現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn) ,目前許多集氣站加熱爐沒有采取任何防腐防垢措施 ,而且加熱爐用水均未經(jīng)處理 ,其中含有腐蝕離子、成垢離子 溶解氧及 CO2 等 ,在高溫下運行 ,極易形成硫酸鈣、碳酸鈣等垢質(zhì)并加劇設備的腐蝕 ,結(jié)垢物沉積在加熱爐的內(nèi)表面或盤管外壁 ,使加熱爐的熱傳遞效率降低 ,嚴重時還會引起事故。 從而達到節(jié)能降耗和提高天然氣加熱爐效率的目的。為了節(jié)能降耗、提高加熱效率 ,必須結(jié)合工程實際的需要 ,優(yōu)化加熱爐的結(jié)構(gòu) ,設計制造出高效節(jié)能的天然氣加熱爐。上述腐蝕如不盡快采取有效的防治措施，會使現(xiàn)有的腐蝕進一步加快， 導致 加熱爐的使用壽命大大降低，這樣不但會增加企業(yè)設備投資成本，而且會影響正常生產(chǎn)，會使生產(chǎn)現(xiàn)場存在不安全因素，存在重大安全隱患。 長慶油田采氣一廠利用加熱爐為天然氣凈化進行預處理， 該 廠有近 200 余臺 加熱爐正在生產(chǎn)第一線長期運行 ， 該加熱爐的運行好壞是直接關(guān)系到 采氣一廠整個生產(chǎn)線能否正常運行的關(guān)鍵之一。因此， 防止或減緩腐蝕的 危害， 研究 防腐 技術(shù) 和 提高防腐 管理水平，不僅可延長設備使用壽命，為企業(yè)取得明顯的經(jīng)濟效益，同時也 可為社會節(jié)約大量的金屬材料，具有重大的社會效益。 ........................................................................................ 12 5 防腐措施 .............................................................................................................................. 13 防腐措施 .......................................................................................................................... 13 防止煙氣腐蝕 .................................................................................................................. 13 6 加熱爐腐蝕防垢技術(shù) ......................................................................................................... 15 緩蝕阻垢劑篩選試驗 ...................................................................................................... 15 主要試劑和儀器 ............................................................................................................ 15 試樣的準備 .....................