燃油燃?xì)忮仩t尾部灰斗腐蝕機(jī)理及解決方案

摘 要

摘要：介紹了燃油燃?xì)忮仩t尾部灰斗的腐蝕機(jī)理。結(jié)合工程實(shí)例，分析了鍋爐尾部灰斗腐蝕成因，提出了提高灰斗抗腐蝕性能的解決方案，經(jīng)驗(yàn)證采取的方法有效。關(guān)鍵詞：鍋爐；灰斗；腐蝕機(jī)理；抗
摘要：介紹了燃油燃?xì)忮仩t尾部灰斗的腐蝕機(jī)理。結(jié)合工程實(shí)例，分析了鍋爐尾部灰斗腐蝕成因，提出了提高灰斗抗腐蝕性能的解決方案，經(jīng)驗(yàn)證采取的方法有效。
關(guān)鍵詞：鍋爐；灰斗；腐蝕機(jī)理；抗腐蝕
Corrosion Mechanism and Protection Measures of Ash Bucket at Tail of oil and Gas-fired Boiler
BAI Tinghe，XU Wenhao，YANG Xiaolin，GAO Fan
Abstract：The corrosion mechanism of ash bucket at tail of oil and gas-fired boiler is introduced. Combined with an engineering example，the reasons for corrosion of the ash bucket are analyzed，and the protection measures for improving the anti-corrosion performance of the ash bucket are proposed.The verification shows that the measures adopted are effective.
Key words：boiler；ash bucket；corrosion mechanism；anti-corrosion
1 概述
   鍋爐燃用的燃料大部分能夠按照設(shè)計(jì)要求選用，但隨著世界能源開(kāi)采量的減少，傳統(tǒng)意義上的優(yōu)質(zhì)能源供應(yīng)量日趨萎縮，而原來(lái)使用量很小的劣質(zhì)、高腐蝕性、高污染性的原料逐漸大規(guī)模使用。這些原料的使用勢(shì)必引起鍋爐運(yùn)行工況發(fā)生非常大的變化，如果各鍋爐使用企業(yè)不針對(duì)這些變化采取相應(yīng)的防護(hù)措施，結(jié)果會(huì)大大降低鍋爐部件的使用壽命，縮短鍋爐整體的使用壽命[1]。本文對(duì)燃油燃?xì)忮仩t尾部灰斗腐蝕機(jī)理及解決方案進(jìn)行分析。
2 鍋爐尾部灰斗的腐蝕機(jī)理
    目前煉油化工企業(yè)所使用的原油組成發(fā)生了非常大的變化，特別是隨著越來(lái)越多高含硫原油的加工。煉油加工的附屬產(chǎn)品——工業(yè)干氣在煉油化工企業(yè)中一般都作為燃油燃?xì)忮仩t的燃料，這樣就造成了工業(yè)干氣中含硫量的增加，勢(shì)必導(dǎo)致以工業(yè)干氣為主要燃料的燃油燃?xì)忮仩t尾部部件——灰斗的嚴(yán)重腐蝕失效。因此針對(duì)燃油燃?xì)忮仩t，為保證其運(yùn)行的可靠性以及部件的運(yùn)行壽命，如何從鍋爐尾部的防腐設(shè)計(jì)上進(jìn)行改造完善，提高重點(diǎn)腐蝕部位的抗腐蝕性能以及防腐材料的耐溫性能成為一項(xiàng)非常迫切的技術(shù)工作。
    導(dǎo)致燃油燃?xì)忮仩t尾部腐蝕加劇的主要因素為：①由于燃料中含硫量的增加，在燃燒過(guò)程中所產(chǎn)生的硫化物增加，即S02含量增大，導(dǎo)致煙氣巾的 S02與水蒸氣形成的硫酸蒸氣也增加，當(dāng)煙氣溫度降至露點(diǎn)時(shí)，就會(huì)凝結(jié)從而產(chǎn)生非常嚴(yán)重的腐蝕。②煙氣中含有的硫酸蒸氣對(duì)過(guò)熱器和省煤器具有一定的腐蝕作用[2]，由于硫酸鹽穴的自催化作用，加速了過(guò)熱器和省煤器的腐蝕速率，易造成過(guò)熱器和省煤器的爆管，造成大量過(guò)熱蒸汽和飽和水竄入煙氣之中最終聚集到鍋爐尾部的灰斗處，形成硫酸溶液對(duì)灰斗造成嚴(yán)重的損壞。由于泄漏的蒸汽和水溫度比較高，對(duì)灰斗內(nèi)壁耐溫性能差的防腐層也有一定的破壞作用。
3 實(shí)例分析
    某煉油化工企業(yè)燃油燃?xì)忮仩t是20世紀(jì)70年代制造投用的設(shè)備，按照當(dāng)時(shí)燃料的性質(zhì)，灰斗材料為20號(hào)鋼，灰斗內(nèi)壁采用一般防腐漆，外壁用絕熱材料覆蓋以確保煙氣溫度不至于過(guò)快降至露點(diǎn)。對(duì)于鍋爐燃燒產(chǎn)生的煙氣，一般來(lái)說(shuō)其中所含的灰渣是比較干燥的。當(dāng)煙氣經(jīng)過(guò)過(guò)熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器到達(dá)灰斗處時(shí)，由于灰斗流通斷面的突然擴(kuò)大而在此處沉積下來(lái)。正常情況下，干燥的灰渣不易產(chǎn)生腐蝕，但由于煉油化工企業(yè)的燃油燃?xì)忮仩t所使用的燃料主要是工業(yè)干氣，即煉油化工裝置產(chǎn)生的附屬產(chǎn)品及一些雜質(zhì)，其成分非常復(fù)雜，燃料在燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣和S02，煙氣在排出的過(guò)程中隨著溫度降低，很容易形成硫酸溶液，同時(shí)不易充分燃燒的組分與硫酸溶液混合形成黏度很大的黏稠性灰渣而不是干燥的灰渣。當(dāng)這些黏稠性灰渣隨煙氣流到鍋爐尾部時(shí)就會(huì)在這些部位的金屬表面附著，這樣非常容易產(chǎn)生垢下腐蝕等電化學(xué)腐蝕(見(jiàn)圖1)。采用常規(guī)防腐措施的灰斗使用壽命僅為2～3個(gè)月，由于灰斗腐蝕穿孔造成引風(fēng)機(jī)輸送煙氣的能力大大降低而使鍋爐爐膛負(fù)壓不容易維持，從而嚴(yán)重影響了鍋爐的安全、長(zhǎng)時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行[3]。
 

    通過(guò)對(duì)鍋爐灰斗鋼板腐蝕斷面的金相組織分析(見(jiàn)圖2)，腐蝕發(fā)生的機(jī)理主要是腐蝕介質(zhì)對(duì)鋼板的點(diǎn)蝕和沖蝕，由于點(diǎn)蝕和沖蝕的共同作用，使金屬表面的保護(hù)層剝離，腐蝕介質(zhì)與金屬直接接觸而發(fā)生腐蝕，含有顆粒等雜質(zhì)的高溫、高速煙氣連續(xù)不斷地直接沖擊金屬表面又進(jìn)一步造成鍋爐灰斗金屬表面的沖蝕，因此鍋爐灰斗在非常短的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)了穿孔失效的情況[4]。
 

    由燃料氣的分析化驗(yàn)結(jié)果可知，H2S的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2818%。在燃燒過(guò)程中通過(guò)化學(xué)反應(yīng)能夠生成S03組分的只有H2S，燃燒過(guò)程的化學(xué)方程式為：
    H2S+202=S03+H20
    通過(guò)對(duì)燃油燃?xì)忮仩t的灰渣成分進(jìn)行分析可知，腐蝕性介質(zhì)為硫酸。由此可知，燃油燃?xì)忮仩t的腐蝕基本上是硫酸腐蝕造成的。
    通過(guò)對(duì)灰斗腐蝕情況的分析研究，為確保灰斗防腐蝕的效果，防腐涂料必須具有良好的耐磨性能、抗含有粉塵的高溫氣流沖刷性能、良好的物理機(jī)械性能，并具有較高的附著力、較高溫度下耐酸、堿、鹽等熱溶液腐蝕性能和耐常溫條件下各類(lèi)油品和化學(xué)品腐蝕等性能[5]。
4 防腐涂料的性能研究
通過(guò)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)篩選開(kāi)發(fā)的氟碳樹(shù)脂耐磨重防腐涂料具有上述性能。主要組成以特種環(huán)氧樹(shù)脂、氟碳樹(shù)脂、固化劑、改性劑為主要成膜物，加入各種耐腐蝕顏填料、助劑等雙組分涂料。由于環(huán)氧樹(shù)脂具有環(huán)氧基和羥基而提供樹(shù)脂良好的粘結(jié)性能，雙酸A結(jié)構(gòu)可以提供樹(shù)脂良好的耐熱性和剛性，醚鍵可以提供樹(shù)脂良好的柔韌性和耐化學(xué)藥品性能。氟碳樹(shù)脂通過(guò)化學(xué)接枝而成的雙組分改性涂料具有良好的耐磨、耐沖蝕以及良好的物理機(jī)械性能和強(qiáng)附著力，耐酸、堿、鹽等熱溶液腐蝕性也比較優(yōu)良。
采用實(shí)驗(yàn)室模擬鍋爐灰斗腐蝕環(huán)境，對(duì)氟碳樹(shù)脂耐磨重防腐涂料的性能進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目及依據(jù)見(jiàn)表1，涂料的技術(shù)指標(biāo)完全達(dá)到了灰斗防腐蝕的要求。采用氟碳樹(shù)脂耐磨重防腐涂料，對(duì)該燃油燃?xì)忮仩t灰斗在2007年2月進(jìn)行改造，到目前為止經(jīng)過(guò)3年鍋爐運(yùn)行狀況平穩(wěn)，未出現(xiàn)灰斗腐蝕穿孔失效的情況。通過(guò)內(nèi)部檢查，防腐層狀況良好，沒(méi)有剝離開(kāi)裂的情況出現(xiàn)，滿(mǎn)足了防腐蝕要求。
表1 檢驗(yàn)項(xiàng)目及依據(jù)
序號(hào)
檢驗(yàn)項(xiàng)目
檢驗(yàn)依據(jù)
1
耐鹽水性(23℃±2℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的NaCl溶液)14d
GB/T 9274—1988，甲法
耐鹽水性(95℃±2℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%的NaCl溶液)7d
GB/T 9274—1988，甲法
2
耐堿性(23℃±2℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的NaOH溶液)14d
GB/T 9265—1988，甲法
耐堿性(95℃±2℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的NaOH溶液)7d
GB/T 9265—1988，甲法
3
耐酸性(23℃±2℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的H2S04溶液)14d
GB/T 9274—1988，甲法
耐酸性(95℃±2℃，質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的H2S04溶液)7d
GB/T 9274—1988，甲法
4
耐水性(23℃±2℃，水)14d
GB/T 1733一1993，甲法
耐水性(95℃±2℃，水)7d
GB/T 1733 1993，甲法
5
耐汽油性(23%±2℃，90號(hào)汽油)14d
GB/T 9274—1988，甲法
6
耐磨性
GB/T 1768—2006
5 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析
   ① 采用氟碳樹(shù)脂耐磨重防腐涂料，在滿(mǎn)足現(xiàn)有燃料性質(zhì)的條件下，灰斗使用壽命從原來(lái)的2～3個(gè)月提高到3年以上，基本上滿(mǎn)足了煉油化工企業(yè)燃油燃?xì)忮仩t長(zhǎng)時(shí)間平穩(wěn)運(yùn)行的要求。
   ② 采用通常的防腐漆進(jìn)行防腐處理，一個(gè)灰斗的制造安裝費(fèi)用為8.3×104元。而采用氟碳樹(shù)脂耐磨重防腐涂料進(jìn)行防腐處理，一個(gè)灰斗的制造安裝費(fèi)用為15.6×104元。采用通常的防腐漆灰斗的使用壽命按2個(gè)月計(jì)算，采用氟碳樹(shù)脂耐磨重防腐涂料灰斗的使用壽命按1年計(jì)算，1年內(nèi)可節(jié)省34.2×104元。因此，在目前燃料性質(zhì)比較惡劣的情況下，在燃油燃?xì)忮仩t的尾部灰斗通過(guò)采用氟碳樹(shù)脂耐磨重防腐涂料，可以產(chǎn)生非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)：
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[5] 吳望周.化工設(shè)備斷裂失效分析基礎(chǔ)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1991：184-210.
 
(本文作者：白庭河1、2 徐文豪2 楊曉霖2 高凡3 1.蘭州理工大學(xué) 石油化工學(xué)院 甘肅蘭州 730050；2.蘭州石化公司 動(dòng)力廠 甘肅蘭州 730060；3.中石油第二建設(shè)公司 甘肅蘭州 730060)