1、前言
    隨著人們節(jié)能意識(shí)的提高，各煉油廠對(duì)高溫?zé)煔獾挠酂崂�用也越�?lái)越重視。余熱鍋爐的設(shè)計(jì)使用，使回收余熱和節(jié)能得到了很好的落實(shí)。在余熱鍋爐運(yùn)行中，有些煉油廠的省煤器在短期內(nèi)出現(xiàn)泄漏。如何解決省煤器泄漏問(wèn)題，必須先了解原因，才能找到解決辦法。
2、泄漏原因
    針對(duì)省煤器的泄漏，中石化北京設(shè)計(jì)院曾經(jīng)對(duì)大連石化公司、濟(jì)南煉油廠、錦州煉油廠、茂名石化公司的4臺(tái)渣油催化裂化裝置余熱鍋爐進(jìn)行了調(diào)查分析對(duì)比。4個(gè)煉油廠的800 kt/a催化裂化裝置，均以重油為原料高效再生，原料含硫量高，再生溫度高。經(jīng)分析，認(rèn)為省煤器的泄漏，可能有以下幾方面的原因。富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
2.1低溫腐蝕造成泄漏
    隨著原油的深度開(kāi)采和進(jìn)口原油量的增加，煉油廠原料油中的硫含量也越來(lái)越高。在原料油含硫的情況下，硫燃料生成二氧化硫，其中一小部分生成三氧化硫。煙氣中三氧化硫的含量很少，但很少的三氧化硫與煙氣中的水分形成的硫酸蒸氣對(duì)露點(diǎn)的影響很大。如圖1所示，在煙氣中的水蒸氣和硫酸蒸氣的分壓之和為5 kPa時(shí)，只要有極少量硫酸蒸氣存在，煙氣露點(diǎn)就提高到100℃以上。當(dāng)給水溫度低的省煤器受熱面的溫度低于煙氣的露點(diǎn)時(shí)，煙氣中的硫酸蒸氣就可凝結(jié)在受熱面上，腐蝕受熱面。
    隨著煙氣的流動(dòng)，煙氣中的水蒸氣不斷凝結(jié)，凝結(jié)在受熱面上的硫酸含量是逐漸降低的。由圖2可以看出，在鋼鐵壁溫不變的情況下，含量大于70%的濃硫酸對(duì)鋼材（碳鋼）的腐蝕速度很低，含量在50%左右的硫酸對(duì)鋼材（碳鋼）的腐蝕速度最大。
    實(shí)際上，受熱面壁溫也是影響腐蝕速度的因素。由圖3可知，當(dāng)壁溫較高而未結(jié)露時(shí)，腐蝕速度很低；開(kāi)始結(jié)露時(shí)，壁溫較高，硫酸含量很高，腐蝕速度較低；隨著壁溫的降低，硫酸含量降低到一定值，腐蝕速度達(dá)到最大。
    石家莊煉油廠動(dòng)力站3臺(tái)CO鍋爐(WG265/39-6)低溫段省煤器頻繁泄漏，燃料一油漿中的硫含量為1.2%，省煤器給水溫度為104℃。檢查分析原因是燃料硫含量高，給水溫度低的省煤器受熱面的溫度低于煙氣的露點(diǎn)，煙氣中的硫酸蒸氣凝結(jié)在受熱面上，嚴(yán)重腐蝕受熱面。
    因此，硫含量、受熱面壁溫是影響低溫腐蝕的主要原因。
2.2疲勞損壞造成泄漏
    煉油裝置在實(shí)際運(yùn)行中，有時(shí)工藝過(guò)程的處理量小于設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致余熱鍋爐蒸發(fā)量減少，蒸發(fā)量減少即省煤器給水量減少及給水流速降低，由此可能使省煤器出水溫度接近飽和或沸騰。這樣，省煤器內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生汽水混合物。
    汽水混合物在垂直管子中不會(huì)出現(xiàn)汽水分層，而在水平管子中，汽水混合物受汽水密度差的作用，水在管子下部，蒸汽在管子上部。如果汽水混合物流速較高，攪動(dòng)的作用大于密度差的作用，汽和水混合得好，就不會(huì)出現(xiàn)分層；反之，就會(huì)出現(xiàn)分層。出現(xiàn)汽水分層的管子，忽熱忽冷，容易疲勞而發(fā)生泄漏。
2.3管子的焊接質(zhì)量不好造成泄漏
    管子的焊接質(zhì)量不好，焊口就會(huì)泄漏，而省煤器共有2000余個(gè)焊口。如果有一個(gè)焊口漏水，就會(huì)使煙氣對(duì)這個(gè)焊口漏水所涉及到的管子外表面進(jìn)行腐蝕，從而造成惡性循環(huán)，形成大面積腐蝕。在大連、濟(jì)南和茂名的煉油廠都發(fā)現(xiàn)了這種焊口漏水的現(xiàn)象，在省煤器蛇形管的上部、中部和下部都有焊口泄漏的情況。
2.4蛇形管質(zhì)量不好造成管子泄漏
    中低壓鍋爐用鋼管質(zhì)量不穩(wěn)定，造成管子損壞。茂名石油工業(yè)公司余熱鍋爐省煤器損壞的管子有一處的外大內(nèi)小的洞。這種情況荊門(mén)煉油廠也發(fā)現(xiàn)過(guò)。因此管子質(zhì)量不好是泄漏的原因之一。
3、對(duì)策
    針對(duì)以上分析的泄漏原因，防止省煤器泄漏可以采取以下措施。
3.1防止低溫腐蝕
    要防止低溫腐蝕，首先要確定煙氣的露點(diǎn)溫度，但設(shè)計(jì)時(shí)很難確定。中石化北京設(shè)計(jì)院曾用煙氣露點(diǎn)儀測(cè)定露點(diǎn)溫度，測(cè)得大連、濟(jì)南和茂名各煉油廠的余熱鍋爐的煙氣露點(diǎn)分別為176℃、135℃和150℃，省煤器的給水溫度分別為150~160℃，130℃和140~150℃。在這種情況下，省煤器的受熱面沒(méi)有在短期內(nèi)因低溫腐蝕而泄漏。大連石化公司的第一套催化裂化余熱鍋爐，運(yùn)行18個(gè)月，停工檢查，省煤器第一級(jí)煙氣出口處蛇形管有1 mm厚的帶催化劑的鐵銹硬殼，僅有輕微腐蝕。
    省煤器受熱面的壁面溫度取決于管內(nèi)的給水溫度，一般管壁溫度比管內(nèi)水溫高5~ 10℃。余熱鍋爐在運(yùn)行中提高進(jìn)入省煤器的給水溫度，是提高壁溫的關(guān)鍵，從而可以避免省煤器管壁的露點(diǎn)腐蝕。從理論上講，省煤器的給水溫度只要高于煙氣的露點(diǎn)溫度，就可以避免低溫腐蝕，但這樣做是不經(jīng)濟(jì)的。在設(shè)計(jì)省煤器之前，應(yīng)首先了解煙氣的露點(diǎn)溫度，在低于露點(diǎn)溫度的一定范圍內(nèi)選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)的給水溫度，這要靠實(shí)踐或試驗(yàn)的方法來(lái)確定。由于設(shè)計(jì)之初不能確定露點(diǎn)溫度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及國(guó)外文獻(xiàn)資料，煉油廠鍋爐給水溫度以122℃為界線(xiàn)。在122℃給水溫度下，管壁溫度為127~132℃，此溫度下結(jié)露的硫酸含量大于70%，對(duì)鋼材（碳鋼）的腐蝕速度很低。目前煉油廠一般利用噴射器或用提高除氧器工作壓力的方法提高給水溫度。
    (1)利用噴射器的方法，將省煤器出口的熱水噴射到入口，從而達(dá)到預(yù)熱給水的目的，這種方法簡(jiǎn)單、易行。實(shí)踐證明這種方法效果很好。這種方法的缺點(diǎn)是溫度提高的幅度有限，并且給水泵要有富裕的揚(yáng)程及省煤器阻力不能太大，同時(shí)由于負(fù)荷（煙氣量、煙氣溫度）的變化，使噴射器的工況不穩(wěn)定，進(jìn)入省煤器的給水溫度忽高忽低，影響使用效果。
    (2)如果給水從除氧器直接進(jìn)入省煤器，那么就可以用提高除氧器工作壓力的方法提高給水溫度，即提高加熱蒸汽的壓力。采用壓力式除氧器投資比大氣式除氧器稍高，但出水溫度穩(wěn)定，不受負(fù)荷變動(dòng)的影響。通常采用除氧壓力為0.14 MPa、水溫為125℃的壓力式除氧器。大連石化公司1.4Mt/a催化裂化裝置就是采用這種方法，省煤器采用∮32 mm×4 mm的20 G鋼管，投用近5a，省煤器沒(méi)有出現(xiàn)泄漏問(wèn)題。
    上述兩種使省煤器給水溫度提高的方法，必須配合以停爐48 h之內(nèi)對(duì)省煤器用水進(jìn)行沖洗，否則在管壁上結(jié)露的濃硫酸會(huì)吸收空氣中的水氣而變成稀硫酸，嚴(yán)重腐蝕受熱面。錦西石化公司催化裂化裝置的1臺(tái)余熱鍋爐，停工40d后再做水壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)原來(lái)運(yùn)行正常的余熱鍋爐省煤器已經(jīng)腐蝕穿孔。
    防止低溫段低溫腐蝕在國(guó)外很早之前就有成功經(jīng)驗(yàn)：英國(guó)Bankside電廠、法國(guó)Dieppendalle電廠60年代針對(duì)高硫燃料，開(kāi)始在鍋爐低溫段采用氨氣噴射方法中和煙氣中的硫酸蒸氣生成硫酸銨。但同時(shí)存在的問(wèn)題是非腐蝕性的硫酸銨白色粉狀細(xì)小微粒會(huì)沉積在受熱面上，因此需要定期吹掃受熱面。他們的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：合適的氨氣濃度、氨氣和硫酸蒸氣的良好混合及定期的吹掃可使低溫受熱面的壽命延長(zhǎng)7—8a甚至更長(zhǎng)。
    總之，避免露點(diǎn)腐蝕是省煤器長(zhǎng)期安全運(yùn)行必不可少的條件，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的省煤器給水加熱措施及相應(yīng)的預(yù)防露點(diǎn)腐蝕措施。
3.2防止管子疲勞
    余熱鍋爐設(shè)計(jì)中，考慮省煤器內(nèi)水的平均流速大于1m/s。在此流速下，對(duì)于沸騰式省煤器也可以將生成的氣泡帶走，不會(huì)出現(xiàn)分層造成管子疲勞；對(duì)于非沸騰式省煤器，省煤器的出水溫度約低于沸點(diǎn)20℃左右，同時(shí)水流方向應(yīng)為向上流動(dòng)，其水速不宜小于0.5 m/s。
3.3提高材料規(guī)格
    早期的余熱鍋爐采用的都是中低壓鍋爐鋼管。由于余熱鍋爐沒(méi)有備用鍋爐，一旦省煤器泄漏就得停爐，嚴(yán)重影響裝置的正常生產(chǎn)。因此提高材料的規(guī)格是十分必要的。
    高壓鍋爐無(wú)縫鋼管20G(GB5310)用的是優(yōu)質(zhì)碳素鋼，材質(zhì)和性能能夠得到保證，出廠受到嚴(yán)格的檢驗(yàn)，逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)，逐根進(jìn)行渦流探傷檢驗(yàn)，因此，采用高壓鍋爐用鋼管可以避免由于鋼管本身質(zhì)量問(wèn)題而造成的泄漏。
3.4確保制造、安裝質(zhì)量
    中壓余熱鍋爐屬電站鍋爐，所產(chǎn)蒸汽供蒸汽透平使用，其制造、安裝和使用都應(yīng)按電力部的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。為保證制造質(zhì)量，中壓余熱鍋爐的制造應(yīng)按高壓鍋爐的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，并對(duì)所有焊口進(jìn)行100%無(wú)損探傷。制造廠應(yīng)首選具有A級(jí)鍋爐制造許可證的廠家，這些鍋爐制造廠有嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系。鍋爐安裝必須由具有電站鍋爐安裝許可證的單位施工，對(duì)焊口采用氬弧焊或氬弧打底焊接并進(jìn)行100%無(wú)損探傷。富通新能源生產(chǎn)銷(xiāo)售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶(hù)們不錯(cuò)的選擇。
4、結(jié)束語(yǔ)
    采用余熱鍋爐是煉油廠節(jié)能的重要措施，省煤器回收的熱能雖然僅僅是余熱鍋爐回收熱能的一小部分，但是這部分低溫位熱能的回收是十分可貴的。通過(guò)上述對(duì)省煤器泄漏原因的分析和預(yù)防泄漏的對(duì)策，可以看出省煤器的泄漏關(guān)系到設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用四個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)尤其重要。制造、安裝、使用都必須按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行。當(dāng)余熱鍋爐正常使用之后，煉油廠則是省煤器長(zhǎng)期使用的主體。因此，煉油廠在余熱鍋爐運(yùn)行中，應(yīng)嚴(yán)格控制進(jìn)水溫度高于122℃，并配合停爐48 h內(nèi)用水沖洗，清洗酸性腐蝕物，這樣才能確保余熱鍋爐長(zhǎng)期安全運(yùn)行。