张 璇

（中石化广州工程有限公司，广东广州 510620）

空气预热器的腐蚀积灰及预防

张 璇

（中石化广州工程有限公司，广东广州 510620）

空气预热器是一种在炼油工业上广泛使用的重要热交换设备，详细分析了空气预热器低温腐蚀及积灰的多种影响因素，并针对其产生的原因，提出了预防措施。

空气预热器；低温露点腐蚀；积灰；预防

空气预热器是通过回收热烟气能量来预热燃烧用空气的设备，从而提高了热效率，带来经济收益。但当燃料中含有硫时，流经空气预热器的烟气温度不高的情况下，在金属受热面壁温较低处，存在着易腐蚀和积灰的问题，严重时会造成装置停工和检修，造成经济损失和安全隐患。

1 空气预热器种类

常用的空气预热器种类有∶①回转式空气预热器，用在3000万大卡以上大热负荷的加热炉，一般烟气温度不超过450℃。②热油式空气预热器，用在外供热油预热空气。③管式或扰流子空气预热器可用在烟气温度高于350℃，热负荷不受限制。④热管式空气预热器用于烟气温度一般不超过350℃，热负荷不受限制，易积灰的烟气。⑤铸铁式、玻璃管式空气预热器，用于腐蚀性强烟气。⑥板式空气预热器，用于清洁、基本无腐蚀性烟气。

2 低温露点腐蚀问题

一般燃料油或燃料气中均含有少量的硫，硫在燃烧后生成SO2，在通常的过剩空气条件下，会发生下述反应∶

烟气中硫酸蒸汽的凝结温度称为酸露点，其中SO3含量越高，酸露点就越高。在金属受热面壁温高于酸露点时不会发生腐蚀，但当它在受热面壁温低于酸露点处冷凝下来时，就对受热面产生严重的腐蚀作用。这种由于金属受热面壁温低于酸露点而引起的腐蚀称为低温露点腐蚀。

2.1 燃料含硫量的影响

燃料的含硫量和烟气的露点温度之间有着重要的关系，燃料中的硫形成的SO3的含量大小是影响露点腐蚀温度高低的原因。实验得出，当燃料含硫量为1%～5%时，含硫量每增加1%，烟气露点约升高4℃。

2.2 过剩空气系数的影响

在实际生产运行中，烟气中过剩的氧会增大SO3的生成量。因此过剩空气系数的大小实际上跟腐蚀速度是紧密联系的。

2.3 硫酸浓度的影响

烟气中的水蒸气与硫酸蒸汽遇到低温金属受热面开始凝结，开始时烟气中的硫酸蒸汽的凝结速度要大于烟气中水蒸气的凝结速度，因此烟气露点温度也有所降低，此时凝结液中的硫酸浓度很大。随着换热的进行，烟气流经的金属壁温更低，硫酸和水蒸气继续凝结，此时酸浓度由于水的凝结而降低。不同浓度硫酸对金属受热面产生腐蚀的速度也不同。当硫酸浓度为56%左右时，腐蚀速度较快；当硫酸浓度较高或较低时，腐蚀速度较慢。

2.4 金属受热面壁温的影响

腐蚀速度还与金属受热面壁温有关。金属受热面壁温温度高时，化学反应速度较快。因此在实际运行中，腐蚀的速度是由金属受热面壁温和凝结液中硫酸浓度共同作用影响的，其变化规律如图1所示。

图1 低温腐蚀速度与受热面温度关系示意图

随着换热的进行，金属壁温逐渐降低，当低于酸露点E时，开始发生露点腐蚀，随着酸量凝结的增多，腐蚀越来越严重，大约在低于露点温度20～45℃时，腐蚀在D点达到最大值。壁温继续降低后腐蚀减缓，酸浓度接近50%的B点，随着酸量的增加，腐蚀又开始加剧。到达A点后，烟气中的可凝结组分冷凝下来形成露滴，此时烟气中的SO2开始溶解于露滴中，形成亚硫酸溶液，对金属受热面的腐蚀剧烈加强。

理论上，腐蚀存在“第一安全区”和“第二安全区”，但实际上在“第二安全区”也会发生腐蚀，是因为燃料中硫含量不稳定，造成酸露点的变化。因此使金属壁温高于露点温度才能避免发生腐蚀。

3 预防低温露点腐蚀的措施

一是在空气预热器低温段使用耐低温露点腐蚀的材料；二是适当降低过剩空气系数来抑制SO3的生成，降低露点温度；三是使用前置预热器提高冷端壁温高于露点温度；四是使用清洁燃料，增加脱硫装置；五是设置冷风旁路提高排烟温度进而提高冷端金属壁温；六是设置热风循环来提高空气预热器的冷端空气入口温度七是在冷端金属外壁涂防腐材料。

目前国内较理想的耐低温露点腐蚀材料是ND钢，其材质为09CrCuSb，广泛应用于抵御含硫烟气露点腐蚀的各类装置设备上。它在钢中加入了Cr，Cu和Sb等微量元素，在钢材表面可以形成一层非常稳定的致密钝化膜，能够降低低温露点腐蚀的速度，还具有耐氯离子腐蚀的能力。ND钢经国内各大炼油厂和制造单位使用后，其良好的使用效果受到广泛的好评。

但从抑制SO3生成来讲，降低过剩空气系数是合理的，但会造成不完全燃烧且会加重空气预热器的积灰。因此合理控制过剩空气系数是十分重要的，并不是越低越好。此外，避免漏风也可以降低过剩空气系数，有效地提高效率。

当燃料中含有硫时，在空气预热器前加前置预热器可以解决露点腐蚀。利用装置或设备产生的余热（一般为低压蒸汽或其他低温热源等），来预热进入空气预热器的燃烧用空气，让空气在进入预热器前先进行一次换热，从而提高预热器壁温，改善露点腐蚀条件。

采用冷空气旁路技术。即在空气预热器空气入口和出口间设置一根冷风道管路，使其中一部分燃烧用空气不经过预热而直接与预热后的燃烧空气混合。这样可以提高排烟温度，进而避免露点腐蚀。

采用热空气循环技术。将预热后的燃烧空气循环进入鼓风机，使混合后的空气温度提高到足以使预热器冷端保持高于露点温度。

4 管壁积灰问题

空气预热器中积灰一般分为两种情况∶一种情况是在硫酸蒸汽凝结形成酸液后，烟气中的灰粒子极易被其黏附形成沉积，称为“湿灰”。灰中的金属氧化物还能进一步与酸液发生反应生成水硬性硫酸盐，引起积灰硬化，形成很难清除的低温黏积灰；另一种情况是烟气中的灰粒子沉积在换热面，称为“干灰”。

积灰可造成空气预热器烟气通道减小，压力降增大，金属受热面壁温降低，传热减弱，并同时吸收部分SO3，加速腐蚀过程，造成排烟温度升高，换热效率下降。

5 预防积灰的措施

烟风道的布置要尽可能使空气预热器进出口的烟气流速均匀，以防止空气预热器内出现偏流现象，引发流量少的一边由于总换热量少而出现低温露点腐蚀，堵灰。因此在满足压降的情况下，尽量提高烟气流速，实现自吹来减少积灰，还可以在预热器上布置吹灰器，以实现在线吹灰。

6 结束语

大多数空气预热器都是以回收热量的经济性为目的。因此选定腐蚀条件的冷端设计温度和限制积灰，并采取措施使其等于或高于许用值，在达到各种预计的操作条件下，使腐蚀和积灰减到最小。

引起低温露点腐蚀和积灰的因素很多∶诸如，燃料中硫或其他杂质的含量；燃料或烟气的添加剂；烟气中氧和水蒸气的含量；燃烧的温度；加热炉的清洁程度等。因此应做到实时检测，才能保证空气预热器长周期的安全运行、经济运行。

Corrosion and Fouling of Air Preheater and its prevention

Zhang Xuan

Air preheater is an important heat exchange equipment widely used in the oil refining industry.This paper analyzes the various factors of low temperature corrosion and fouling of air preheater，and puts forward the characteristics of the air preheater Precaution.

air preheater；low temperature dew point corrosion；fouling；prevention

TK172

B

1003-6490（2017）02-0026-02

2017-01-03

张璇（1983—），女，山东新泰人，工程师，主要研究方向为石油化工装置加热炉工程。