Анализ причин коррозии и образования налета в низкотемпературных дымовых газах предварителя нагрева в нефтехимической промышленности

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано Ван Вэй2 15.02.2021 в 12:36. Анализ причин коррозии и образования налета на предварительных нагревателях в нефтехимической промышленности при низких температурах. 1. Механизм коррозии при низкой температуре. При сгорании топлива в его составе всегда присутствует небольшое количество серы; при сгорании сера превращается в SO2. Поскольку в камере сгорания имеется избыток кислорода, часть SO2 дальше вступает в реакцию с кислородом и превращается в SO3. При обычных условиях избытка воздуха примерно 1–3% всего SO2 превращается в SO3. Газ SO3 в высокотемпературных дымовых газах не корродирует металлы. Однако, когда температура дымовых газов падает ниже 400°C, SO3 вступает в реакцию с водяным паром, образуя пар серной кислоты. Уравнение этой реакции следующее: SO3 + H2O = H2SO4. Когда пар серной кислоты конденсируется на нагреваемых поверхностях в задней части печи, происходит коррозия под действием низкотемпературного точки росы серной кислоты. В то же время жидкий сульфурная кислота, конденсирующаяся на поверхностях, нагреваемых при низких температурах, может прилипать к пыли в дымовых газах, образуя трудноудаляемый налет, что приводит к затруднению прохождения дымовых газов или даже к их полной блокаде. 2. Связь между скоростью коррозии и температурой стенки. Пары сульфурной кислоты и водяного пара, находящиеся в дымовых газах, начинают конденсироваться при контакте с холодной поверхностью; концентрация сульфурной кислоты в образовавшейся конденсатной жидкости очень высока. В результате конденсации части пара снижается концентрация серной кислоты и водяного пара в дымовых газах (при этом первая концентрация снижается более значительно, чем вторая), поэтому также снижается температура росы дымовых газов. Поскольку дым продолжает двигаться вперед и сталкивается с более холодными поверхностями, пар в дыму продолжает конденсироваться. Однако концентрация серной кислоты в образовавшейся жидкости постепенно снижается. Поэтому концентрация сульфурной кислоты в дымовых газах постепенно снижается. Концентрация сульфурной кислоты в конденсате дымовых газов оказывает наибольшее влияние на скорость коррозии теплообменных поверхностей. Скорость коррозии стали концентрированной серной кислотой очень мала, в то время как скорость коррозии при использовании разбавленной серной кислоты наибольшая. Вышеупомянутое касается лишь влияния концентрации сульфурной кислоты на скорость коррозии. Однако в процессе эксплуатации фактическая скорость коррозии также зависит от температуры стали. При высокой температуре скорость химических реакций увеличивается, а также ускоряется скорость коррозии (для кислоты сульфурной при одинаковой концентрации). Фактическое состояние коррозии на нагреваемой поверхности в задней части, конечно же, зависит как от концентрации конденсата, так и от температуры стенки. При высокой температуре стенки и отсутствии конденсата скорость коррозии очень низка ； Когда начинается образование росы, из-за высокой концентрации сульфурной кислоты в росе скорость коррозии остается невысокой, даже при высокой температуре стенок ； На поверхностях теплообмена с более низкой температурой, хотя температура стенки снижается, концентрация серной кислоты в конденсате уменьшается, что приводит к ускорению процесса коррозии. Этот процесс достигает своего максимума при определенных значениях температуры (обычно на 10–40°C ниже температуры росы) ； После этого, из-за низкой концентрации сульфурной кислоты и низкой температуры, скорость коррозии снижается. Наконец, из-за очень низкой температуры стенок вода в виде пара интенсивно конденсируется, что приводит к ускоренной коррозии. 3. Анализ причин образования налета. Основные причины заключаются в следующем: (1) нерациональная конструкция предварительного нагревателя; в его нижней части имеются углубления, в которых легко скапливаются жидкости и примеси. Это в свою очередь приводит к химическим реакциям между веществами, в результате чего образуется налет. (2) Отсутствие устройства для очистки от пыли приводит к тому, что накопившаяся на ребрах теплообменника пыль не может быть своевременно удаляется. Пыль смешивается с водяным паром, образуя твердые частицы, что вызывает частичную закупорку трубок с ребрами. (3) Температура воздуха на входе в предварительный нагреватель слишком низкая: по первоначальной проектной спецификации она должна составлять 20°C, тогда как зимой температура окружающей среды опускается до -26°C. В результате интенсивного теплообмена между воздухом и дымовыми газами температура в конце предварительного нагревателя становится слишком низкой. При таких условиях легко образуется водяной пар, который вместе с частицами из покрытия дымохода оседает между ребрами радиатора. Это в конечном итоге приводит к засорению предварительного нагревателя и снижению отрицательного давления в печи. (4) В зоне от верхней части печи до дымохода предварительного нагревателя протяженностью более 40 метров и площадью около 150 квадратных метров используется изоляционный слой из литого материала толщиной 100 мм. Коэффициент теплопередачи у такого слоя высок, поэтому происходит значительная потеря тепла. Зимой, при температуре до -26°C, на внутренней поверхности изоляционного слоя образуется иней, что приводит к его разрушению. Продукты этого процесса попадают в дымовые газы и усугубляют загрязнение предварительного нагревателя пылью. (5) Эффективность изоляции предварительного нагревателя недостаточна; температура вблизи стенок устройства часто опускается ниже 120°C, что приводит к коррозии при низких температурах и образованию конденсата. По вышеуказанным причинам в конечном итоге в трубах предварительного нагревателя образуется большое количество налета. Структура дымовых газов довольно сложна, но в основном они состоят из сульфатов. Его теплопроводность значительно ниже, чем у металлов, и обычно составляет 0,058–5,8 Вт/(м•°C). Теплопроводность металлических труб в 6–10 раз выше, чем у накипи; то есть при одинаковой площади теплообмена сопротивление теплопередаче у накипи в 6–10 раз больше, чем у металла. Это приводит к увеличению теплового сопротивления труб для теплообмена, в результате чего они становятся непригодными к использованию.