尾气焚烧炉余锅腐蚀穿孔原因分析及对策

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　　摘要：对某高酸气田天然气净化厂发生的一起尾气焚烧炉余热锅炉水冷壁腐蚀穿孔事件进行了原因分析，得出制造缺陷及高温硫腐蚀是造成腐蚀穿孔的主要原因，施工焊接过程中存在局部咬边及电弧灼伤是内因，高温硫腐蚀是外因。同时提出了相应的处理对策及防止类似情况再次发生的预防措施。
　　关键词：余锅高温硫腐蚀 穿孔
　　
　　一、概况
　　1.工艺概述
　　 来自全厂净化装置中的尾气（吸收塔顶尾气、液硫池放空气、富胺液闪蒸罐闪蒸气、硫磺回收单元尾气、酸水汽提塔放空气）全部进入尾气焚烧炉，在焚烧炉内尾气与外补燃料气及空气（由焚烧炉风机K-401A/B供给）混合燃烧，炉膛温度约为650℃。尾气中H2S和COS在焚烧炉内燃烧并转化为SO2，其它可燃物如烃类、氢及CO也同时被完全氧化。离开炉膛的高温烟气进入尾气焚烧炉余热锅炉的壳程，与管程中的除盐除氧水进行换热，利用尾气焚烧处理的高温热能，产生3.6MPa的饱和蒸汽，经过热后变成过热蒸汽并入厂中压蒸汽系统管网。从余热锅炉流出的烟气最后经120米高烟囱达标排入大气。
　　2．余热锅炉简介
　　 尾气焚烧炉余热锅炉由意大利FBM/MACCHI生产，属烟道余热锅炉。该余热锅炉主要由以下部件组成：
　　①有内件的蒸汽汽包（上锅筒） ②有支撑座的水罐（下锅筒）
　　③侧膜式水冷壁 ④进气侧的水冷屏管
　　⑤三级过热器（初级、二级和末级） ⑥锅炉管束
　　⑦两个中间级喷水减温器 ⑧一个末级喷水减温器
　　⑨隔热、绝缘层和耐火衬里
　　 余热锅炉设计采用蒸汽管胀焊到汽包和炉底锅筒，侧壁由膜式水冷壁和翅片管（不需要耐火材料维护）组成，过热器由裸管组成。
　　 主要技术参数：
　　 设计温度：290℃，操作温度：260℃；
　　 设计压力：4.5 MPa ,操作压力：4.2 MPa。
　　 设备部件材质及规格：
　　 水冷壁管材质为SA210A-1，规格为Ø63.5×4mm。
　　 上锅筒材质为SA516-70，厚70mm，腐蚀余量1.5mm。
　　 下锅筒材质为SA516-70，厚45mm，腐蚀余量1.5mm。
　　
　　三、检验检测
　　1.外观检查
　　 经停炉检查发现：余热锅炉水冷壁管束穿孔总共有3处。其中2处位于下锅筒(141-D-402)附近的底部第十一根和第十三根水冷壁管管束，见图1；另1处位于尾炉侧水冷壁右下角第二根管束，见图2；三根水冷壁管均为外壁腐蚀穿孔。 另外，下锅筒外壁存在多处凹坑；炉内衬里浇注料破损严重，见图3。
　　
　　 图1：下锅筒附近水冷壁管腐蚀情况图2：尾炉侧水冷壁管腐蚀情况
　　2.超声波测厚
　　 对部分管束进行了超声波测厚，共抽测57个点。抽查结果：除穿孔管束腐蚀部位厚度降低以外，其他管束壁厚均正常。
　　 下锅筒外壁表面多处凹坑，最大深度3mm，见图4。
　　
　　 图3 水冷壁浇注料破损情况图4 下锅筒外壁坑蚀情况
　　3.合于评价
　　鉴于下锅筒外壁表面多处凹坑，最大深度达3mm，已超过下锅筒腐蚀余量。特聘请有资质检测单位对下锅筒进行合于评价，通过对下锅筒进行外观检查、定点测厚、无损检测及力学计算，最终结论：可以继续使用。
　　
　　三、原因分析及结论
　　制造缺陷及高温硫腐蚀是造成腐蚀穿孔的主要原因，施工焊接过程中存在局部咬边及电弧灼伤是内因，高温硫腐蚀是外因。从图2可以看出：在尾炉侧水冷壁管穿孔处，能明显看到施焊过程留下的咬边及电弧灼伤痕迹，同时在周围有大量硫磺附着在管束外壁。结合全面检查情况和生产运行实际，初步分析认为：尾炉侧右下角水冷壁换热管因焊接缺陷，在高温硫化腐蚀下，首先从焊接缺陷处腐蚀并导致穿孔出现泄漏。泄漏出来的水与烟气中的SO2反应生成H2SO3，并在相对较低的局部位置（下锅筒、浇注料）积聚。积聚后的酸性水顺着下锅筒附近的水冷壁浇注料裂纹流入到水冷壁管上面，形成酸性腐蚀；随着设备连续运行，泄漏量逐步增加，导致暴露的下锅筒局部点蚀、坑蚀，水冷壁管出现腐蚀穿孔。
　　
　　四、处理措施
　　1.临时修复措施：
　　 1.1对已损坏换热管采取临时封堵措施，充分考虑下次设备修复换热管与锅筒的胀接口保护问题；
　　 1.2考虑临时修复、短期运行期间，因换热管管束干烧引起的换热管间密封板热膨胀量对相邻管束的影响和破坏；
　　 1.3在临时修复6个月内考虑有条件、有时间对换热管进行更换；
　　 1.4对余热锅炉损坏衬里浇注料进行修复、对翅片管水垢进行人工清理。
　　2.长周期运行修复措施
　　 2.1更换已损坏换热管：优先选用原牌号材料，同时考虑国内替代材料的评估，进行焊接工艺评定、热处理工艺方案的编制；
　　 2.2为防止管束泄漏，锅炉水低点聚集，造成腐蚀，对锅筒与换热管低点处增设不锈钢弧形保护板，同时保留和疏通原设备低点排放口。
　　 2.3修复方案必须报当地政府质监部门审批，合法维修。
　　
　　五、预防措施及建议
　　 天然气净化厂同类设备共有12台，从该设备目前在整个装置中的运行现状来看，初步认定是个例。
　　1．预防措施
　　 1.1加强对其它尾气焚烧炉和余热锅炉的巡检，注意其相关参数的波动和变化。如在生产过程中发现烟囱冒白烟的情况，应立即停炉检查。
　　 1.2加强液硫池放空气的操作控制，防止硫蒸汽进入尾气焚烧炉，避免高温硫对水冷壁管的腐蚀。
　　2.建议
　　 2.1对目前停工装置的尾炉、余锅进行全面检查和检测；未停工装置的尾炉、余锅密切注意其相关参数的波动和变化，特别是关注烟囱尾气排放情况，在停工后进行全面检查和相关检测。
　　 2.2在长周期运行修复时，需在地方锅检所的参与下对该炉进行安全评价；施工单位需同时具有相应资质和锅炉制造、维修业绩；如修复采取补焊方式，必须进行局部热处理。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
　　
　　
　　
　　
　　

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