天然气加热炉的腐蚀研究_毕业设计（论文） .doc

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1、分类号 单位代码 密 级 学 号 学生毕业设计（论文） 题 目天然气加热炉的腐蚀研究 作 者高海菲 院 (系)化学与化工学院 专 业油气储运工程 指导教师范晓勇 答辩日期 年 月 日 榆 林 学 院 毕业设计（论文）诚信责任书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） ，是本人在导师的指导下，是本人在导师的指导下 独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表独立进行研究所取得的成果。毕业设计（论文）中凡引用他人已经发表 或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除文或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。尽我所知，除

2、文 中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开 发表或发表或撰撰写写过过的的研研究究成成果果 。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。均已在文中以明确方式标明。 本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律本人毕业设计（论文）与资料若有不实，愿意承担一切相关的法律 责任。责任。 论论文文作作者者签签名名 : : 年年 月月 日日 榆林学院本科毕业设计（论文） I 摘摘 要要 加热炉水侧及烟道不同部位的腐蚀及形态各不相同，产生这些现象

3、的主要原 因与不同部位的热工状态和不同的腐蚀原因等诸多因素有关。加热炉的腐蚀主要 表现为氧腐蚀、腐蚀性离子的腐蚀、酸腐蚀、铁垢腐蚀、干湿线腐蚀、碱腐蚀， 其中氧腐蚀是最主要原因。加热炉烟道金属内壁则最易发生 CO2酸性腐蚀以及溶 解氧引起的氧去极化腐蚀。 加热炉的安全使用和热传递效率直接影响天然气的安全平稳生产。但目前许 多集气站加热炉没有采取任何防腐防垢措施 ,致使集气站加热炉腐蚀、结垢严重， 热传递效率降低，严重的会引起事故。因此对加热炉腐蚀性的研究 ,是当今国内 外压力容器和管道缺陷评定方法研究的热点和发展趋势 ,近年来取得了不少的成 果和进展。 本文通过现场调查及挂片实验的分析主要研究

4、天然气加热炉的腐蚀结垢原因分 析、腐蚀机理及影响因素、防腐措施、加热炉清洗与缓蚀阻垢技术等内容。 关键词关键词：加热炉，腐蚀，结垢， 清洗，钝化。 榆林学院本科毕业设计（论文） II ABSTRACT Heating water side and the flue and the form of corrosion in different parts vary, the main reason for these phenomena and the thermal state of different parts and different reasons, and many other f

5、ctors corrosion. Furnace corrosion mainly to oxygen corrosion, corrosive ions corrosion, acid corrosion, corrosion of iron scale, wet and dry line corrosion, alkaline, corrosion is the main reason for the oxygen. Metal furnace flue wall is most vulnerable to acid corrosion of carbon dioxide and oxyg

6、en to the polarization caused by oxygen corrosion. The safe use of heating and heat transfer efficiency directly affects the security of stable natural gas production. However, many current furnace gas gathering station did not take any anti-corrosion scale control measures in the gas gathering stat

7、ion furnace corrosion and scaling serious, heat transfer efficiency reduction will cause a serious accident. Therefore, corrosion of the furnace, is the current domestic and international pressure vessel and pipeline defect assessment method and the hot trend in recent years has made many achievemen

8、ts and progress. Through field investigation and analysis of experiments linked to the main piece of the reasons for natural gas furnace corrosion and scaling analysis, corrosion mechanism and influencing factors, anti-corrosion measures, furnace cleaning and corrosion and scale inhibition technolog

9、y and so on. Keywords： Heating Furnace，Corrosion，Scaling，Cleaning ，Passivation. Comment MU1: 按格式要求修改 榆林学院本科毕业设计（论文） I 目录目录 摘 要.I ABSTRACT.II 目录.I 第一章 绪论.1 1.1 课题研究的意义.1 1.2 国内外研究现状及分析.2 第二章 现场调查.3 2.1 加热炉工作原理.3 2.2 加热炉使用工况 .3 2.3 加热炉腐蚀状况.4 2.3.1 烟道堵塞现象.4 2.3.2 烟道堵塞导致回火的原因.4 2.3.3 烟气中产生冷凝水.5 2.3.4 总结

10、.6 第三章 加热炉腐蚀及结垢原因分析.7 3.1 水质分析.7 3.2 垢样分析.7 3.3 加热炉产生硬垢的原因8 3.4 结垢原因.9 第四章 加热炉腐蚀机理及影响因素.10 4.1 加热炉水侧不同部位的腐蚀10 4.1.1 氧腐蚀.10 4.1.2 腐蚀性离子的腐蚀11 4.1.3 酸腐蚀11 4.1.4 铁垢腐蚀12 4.1.5 干湿线腐蚀12 4.1.6 碱腐蚀12 天然气加热炉的腐蚀研究 II 4.2 加热炉烟道金属内壁的腐蚀.13 4.2.1 二氧化碳引起的氢去极化腐蚀13 4.2.2 溶解氧引起氧去极化腐蚀13 第五章 防腐措施.15 5.1 防腐措施.15 5.2 防止烟气

11、腐蚀.15 第六章 加热炉腐蚀防垢技术.17 6.1 缓蚀阻垢剂筛选试验.17 6.1.1 主要试剂和仪器.17 6.1.2 试样的准备.17 6.1.3 工艺流程.17 6.1.4 操作步骤.18 6.2 清洗剂的清洗原理和要求.25 6.2.1 清洗剂的清洗原理25 6.2.2 工业清洗剂的要求.25 第七章总结.28 参考文献.29 致谢信.30 榆林学院本科毕业设计（论文） 1 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1 课题研究的意义课题研究的意义 油气田生产过程中，腐蚀所造成的损失十分巨大。由腐蚀所造成的停工、停 产、滴、漏等事故，既污染了环境，也危害人民健康，同时也增加了油气田的生 产

12、成本，影响了油田的正常生产，腐蚀问题已经影响到石油工业的生存与发展。 因此，防止或减缓腐蚀的危害，研究防腐技术和提高防腐管理水平，不仅可延长 设备使用寿命，为企业取得明显的经济效益，同时也可为社会节约大量的金属材 料，具有重大的社会效益。 长庆油田采气一厂主要管理陕北靖边气田、内蒙古乌审气田，是长庆油田公 司在陕西内蒙古边界地区最早建成并向外供气的采气厂，也是“西气东输”目前 最主要的供气源，目前年产气能力为 62 亿立方米、天然气净化能力 76 亿立方米， 去年外供天然气 38 亿立方米。 长庆油田采气一厂利用加热炉为天然气净化进行预处理，该厂有近 200 余台 加热炉正在生产第一线长期运行

13、，该加热炉的运行好坏是直接关系到采气一厂整 个生产线能否正常运行的关键之一。由于该设备在前期运行中没有采用防腐措施， 致使其在不同程度上受到了一定腐蚀，与热水长期接触的管外壁腐蚀十分严重， 整个腐蚀面积达到了 70以上。上述腐蚀如不尽快采取有效的防治措施，会使现 有的腐蚀进一步加快，导致加热炉的使用寿命大大降低，这样不但会增加企业设 备投资成本，而且会影响正常生产，会使生产现场存在不安全因素，存在重大安 全隐患。 作为一种特殊的炉型形式,天然气加热炉采用中间载热介质间接加热的方式, 它是天然气生产、输送和应用中的主要耗能设备。为了节能降耗、提高加热效率,必 须结合工程实际的需要,优化加热炉的结

14、构,设计制造出高效节能的天然气加热炉。 为此,分析了天然气加热炉传热的薄弱环节及其强化措施,针对天然气加热炉大筒 体内换热面的常规布置形式存在的缺陷,提出了天然气加热炉的腐蚀结垢原因分 析、腐蚀机理及影响因素、防腐措施、加热炉清洗与缓蚀阻垢技术等内容。从而 达到节能降耗和提高天然气加热炉效率的目的。 加热炉的安全使用和热传递效率直接影响天然气的安全平稳生产。但现场 调查发现 ,目前许多集气站加热炉没有采取任何防腐防垢措施 ,而且加热炉用水 均未经处理 ,其中含有腐蚀离子、成垢离子溶解氧及 CO2 等 ,在高温下运行 ,极 天然气加热炉的腐蚀研究 2 易形成硫酸钙、碳酸钙等垢质并加剧设备的腐蚀,

15、结垢物沉积在加热炉的内表面 或盘管外壁 ,使加热炉的热传递效率降低 ,严重时还会引起事故。因此对加热炉 腐蚀情况的研究是很有必要的，搞清楚腐蚀的原因并采取措施避免腐蚀可增加集 气站的收益以及预防事故的发生1。由此可见，本课题立项与研究具有重要的现 实意义和经济价值。 1.21.2 国内外研究现状及分析国内外研究现状及分析 腐蚀是油气生产和输送管道的潜在危害之一。对加热炉腐蚀性的研究 ,是当 今国内外压力容器和管道缺陷评定方法研究的热点和发展趋势 ,近年来取得了不 少的成果和进展 。目前国际上采用的适用性评价技术对含有腐蚀缺陷的管道是 否能继续使用、如何继续使用 ,对含腐蚀缺陷管道的未来发展、管

16、道的检测周期 及维修周期等重要参数都给出了定量的评价方法。但是大量的国内外研究资料表 明 ,对压力容器和管道腐蚀的适用性评价技术还很不完善 , 对加热炉的腐蚀情 况进行调查发现 ,加热炉的腐蚀主要表现为氧腐蚀、腐蚀性离子的腐蚀、酸腐蚀、 铁垢腐蚀、干湿线腐蚀、碱腐蚀，其中氧腐蚀是最主要原因。加热炉烟道金属内 壁则最易发生 CO2酸性腐蚀以及溶解氧引起的氧去极化腐蚀。 榆林学院本科毕业设计（论文） 3 第二章第二章 现场调查现场调查 2.12.1 加热炉工作原理加热炉工作原理 天然气加热炉主要功能是将炉中的水加热，通过热水再将浸浴于其中的盘管 里的天然气加热到一定温度，使天然气在输送中不会发生结

17、冰堵塞现象。加热炉 盘管由于长期在高温高压下与水、汽、氧等相接触，就会导致管外产生严重的腐 蚀与结垢，危及炉子的使用寿命和安全。 天然气加热炉采用整体组装式结构,在卧式大容积筒体内布置火筒、烟管束 等加热受热面以及多回程对流管束等冷却受热面,筒内充注中间载热介质作为加 热和冷却受热面之间的传热媒介,帮助冷、热两种流体达到传热的目的,中间载热 介质可采用水、乙二醇溶液和导热油。通常,加热和冷却受热面沿大筒体圆截面 中心轴呈轴对称布置,火筒和烟管束位于水平轴的下方,对称布置于垂直轴的左右 侧;多回程对流管束位于水平轴的上方,各回程也对称布置于垂直轴的左右侧。 天然气加热炉工作时,用燃料燃烧产生的热

18、量加热需要加热以达到工艺要求 的工业用天然气。燃料和空气经燃烧器混合后喷入大筒体下部一侧的火筒燃烧产 生高温烟气,烟气经火筒折入大筒体下部另一侧的烟管束,最后经烟囱向上排入大 气。在该过程中,高温烟气将热量通过火筒壁和烟管束壁传递给中间载热介质,中 间载热介质吸热升温;同时中间载热介质将大部分热量通过对流管束壁面传递给 需要加热的工业用天然气,中间载热介质放热降温。 天然气加热炉是采用中间载热介质间接加热的一种特殊的炉型形式,工作运 行可靠,但启动慢,是天然气工业中的重要耗能设备之一。提高天然气加热炉的热 效率,显然是一个必须解决的问题。 2.22.2 加热炉使用工况加热炉使用工况 加热炉以天

19、然气为燃料、以水为载热体(水浴)对待节流的天然气进行加热。 在加热炉中天然气走管程、水容于炉壳，其结构见图 2-1。 天然气加热炉的腐蚀研究 4 图 2-1 加热炉示意 2.32.3 加热炉腐蚀状况加热炉腐蚀状况 水套加热炉是一种为天然气加热的间接加热器, 以天然气作为燃料,火头( 燃 烧器) 喷出火焰, 随着对流作用, 高温烟气向后流动, 由火筒经过烟道从出口进 入烟箱, 然后经烟囱排入大气。在该流动过程中, 高温烟气加热火筒、烟道, 然 后使水套中的水被加热, 再通过热水将浸浴于其中的高压管线里的天然气加热到 指定温度以上, 使天然气在降压过程中产生节流降温效应时不发生水化物冰堵。 以前,

20、 在四川天然气田的生产中设计水套加热炉时, 只考虑硫化氢腐蚀, 忽略烟 气中二氧化碳腐蚀, 在卧龙河气田的现场使用中频频发生水套加热炉的火筒、烟 道、烟箱腐蚀穿孔导致漏水的实例。 2.3.12.3.1 烟道堵塞现象烟道堵塞现象 1999 年2 月上旬, 卧89 井的水套加热炉( 型号SL320/5)出现了火焰从火筒 向外回火, 经过停炉、卸开烟箱封头后, 发现封头处的烟箱四周的金属内壁附有 一层褐色铁锈块, 经过清除刨出铁锈渣, 重达5kg。然后, 安装好烟箱封头, 对 水套加热炉的火头恢复点火, 保温运行正常。烟气从火筒经过水平烟道充分进行 热交换后, 再从垂直的烟囱对流排出去, 各项工况指

21、标运行正常, 但是出现了烟 囱、烟箱封头、火头处滴水。 2.3.22.3.2 烟道堵塞导致回火的原因烟道堵塞导致回火的原因 碳钢的腐蚀产物遍布烟道内壁, 破碎后堆积堵塞烟道, 降低烟道的流通能力。 榆林学院本科毕业设计（论文） 5 如果六根烟道均被铁锈渣堵塞, 当阻力作用大到使烟气不能正常流过水平烟道时, 烟气只能改变流动方向从风门处向外回火, 使水套加热炉里烟气的热交换面积由 正常的4.865m2( 27371500, 6 根7662500) 减少为0.857m2 ( 27371000) , 导致排出的烟气温度高达8090( 位置: 风门处) , 带走 的热量多, 热效率低, 保温效果差。以

22、下烟气的组分分析燃料是卧89 井自产的 天然气( 气质参数: 比重0.5747, 体积含量CH4 占97.33%, H2S 占0.21%, CO2 占 1.48%) , 助燃剂空气是通过对流自然抽入, 燃烧后的烟气从火筒( 27371500) 流进6 根水平烟道( 7662500) , 充分进行热交换后, 再从垂直的烟囱以对流方式排出去, 烟气的压力是1atm。在1atm 下, 甲烷燃烧 的浓度范围515%( 体积比) , 现在分析1m3 甲烷的燃烧情况( 气体的分析条件 为理想状态) 。 甲烷占5%, 完全燃烧, 燃烧前后气体总体积不变： CH4 + 2O2 2H2O + CO2+ 热量Q

23、燃烧前总体积20m3: 1m3CH4,19m3空气，燃烧后总体积20m3: 2m3 H2O( 气态)( 在烟气中的含量80.4 g/nm3, 体积含量10%) , 1m3 CO2( 体积含量5%) , 17m3 空 气剩余量( 含剩余的氧气1.8m3) 。 甲烷占15%, 燃烧不完全, 燃烧后气体总体积有增加: CH4 +1.5O2 2H2O + CO + 热量Q 燃烧前总体积6.67m3: 1m3 CH4, 5.67m3 空气( 含氧气:5.67m320%=1.13m3) 。燃烧后总体积7.04m3: 1.5m3H2O( 气态)( 在烟气中的含量171.2 g/nm3, 体积含 量21.3%

24、) , 0.75m3CO( 体积含量10.7%) ,剩余0.25m3 CH4, 4.54m3 空气剩余量( 氧气已用完) 。 2.3.32.3.3 烟气中产生冷凝水烟气中产生冷凝水 1999 年2 月11 日17: 00, 阴天, 大气温度11。卧89 井生产参数: 井口 油压12.6MPa, 套压13.6MPa, 井口温度28,瞬产7.6 万m3/d, 使用水套加热炉保 温, 一级节流后压力11.2MPa, 进水套加热炉前气流温度24, 加热后, 出水套 加热炉后气流温度31.5; 二级节流后压力10.7MPa, 气流温度31; 三级节流 后压力5.9MPa( 输压) , 气流温度14( 即

25、计量温度、输温, 计量温度要求为 1218) ; 水套里的水温33,烟箱里的烟气温度22。烟囱、烟箱滴水严重。 水套加热炉耗气2.5 m3/h( 计算出烟气的排量17.650 m3/h) 天然气加热炉的腐蚀研究 6 表2-1 参考天然气的饱和含水量表(1atm,0，比重0.6) 温度15222633374547.650556065 饱和含水汽量 g/nm3 12.819.326.440.253.273.280.496.8128.6155.4171.2 得出: 完全燃烧后: 烟气中的含水量80.4g/nm3, 烟气露点47.6; 不 完全燃烧后: 烟气中的含水量171.2 g/nm3,烟气露点6

26、5。所以, 天然气燃烧后 烟气的露点范围为47.665。只要烟气温度低于其露点,烟气系统就和水套加 热炉的腐蚀分析和防腐措施一致。 2.3.42.3.4 总结总结 加热炉通过一定时间运行后检查发现:(1)加热炉水侧炉壁上部腐蚀严重;(2) 加热盘管内部(天然气侧)只有轻微的腐蚀，而加热炉管外壁则锈蚀严重，管壁上 附有一层很厚呈红褐色和黑色的坚硬锈层;(3)整个炉壳的炉壁、盘管壁上的附着 物有的呈黑色毛刺状、有的呈黑色锈瘤状，烟气管水侧还附有鳞片层状锈蚀物， 另有一些颗粒状黑色粘性附着物;(4)清洗后发现附着物下金属表面呈现出程度不 同的麻点、凹坑、沟槽及蚀坑等。 对加热炉的腐蚀形态观测后发现:

27、加热炉的腐蚀主要表现为全面腐蚀(均匀腐 蚀)、溃疡状腐蚀、斑点状腐蚀等，其中溃疡状腐蚀及斑点腐蚀是产生毛刺状锈 物的主要原因。 榆林学院本科毕业设计（论文） 7 第三章第三章 加热炉腐蚀及结垢原因分析加热炉腐蚀及结垢原因分析 3.13.1 水质分析水质分析 新疆某油田采油厂使用的加热炉均采用当地地下水为水源，在使用过程中， 未进行任何水处理，加热炉水套内存在严重的腐蚀现象，其中炉内盘管腐蚀较严 重，据外观观察约有 12mm 的腐蚀。 对加热炉水套解剖（图 3-1、3-2）检察发现：盘管烟管及炉套炉壁水下部位 腐蚀严重，其中烟管腐蚀最为严重，金属表面覆盖厚厚一层锈垢和大小不一、密 密麻麻的锈瘤，

28、锈瘤下呈很深的蚀坑2。为此，我们对加热炉腐蚀和结垢原因做 了以下分析。 对新疆某油田采油厂两个作业区加热炉原水（当地地下水）和在用加热炉炉 水进行了分析，分析结果见表 3-1。 由表 3-1 中的水质分析数据可以看出：（1）原水进入加热炉后，在受热条 件下发生沉积而结垢；（2）加热炉中有大量的钙垢产生；（3）两种水源中，作 业区 2 原水和炉水是典型的负硬度水质，在溶解氧存在的情况下，具有极强的 腐蚀倾向。 图 3-1 加热炉盘管腐蚀情况 图 3-2 加热炉炉壳腐蚀情况 结果表明：（1）两地原水及炉水均具有较强的腐蚀倾向；（2）随着温度的 升高，无论是原水还是炉水，其结垢倾向逐渐增大腐蚀倾向减

29、小。 3.23.2 垢样分析垢样分析 对加热炉盘管烟管等处所取垢样进行了分析，炉水侧存在着严重腐蚀现象。 天然气加热炉的腐蚀研究 8 分析结果见表 3-2 由表 3-2 中的垢样分析结果可以看出：（1）加热炉内主要存在着腐蚀现象； （2）附着物中含有一定比例的硬垢成分（结晶型析出物） ，其中 CaCO3中所占比 例较大。 表 3-1 水质分析结果 作业区 1作业区 2取样点 原水炉水原水炉水 Ca2+/mgL-1107.6839.1212.312.47 Mg2+/mgL-118.1414.771.260.13 总铁/ mgL-1 00.200.12 Cl-/ mgL-1142.98158.07

30、73.677.5 SO42-/ mgL-1 196.92122.74 57.73 SiO2/ mgL-1 10.125.27.230.9 总碱/mmolL-1 2.2520.492.692.66 总溶固/ mgL-1 642.72511.86203 PH 值 7.839.127.699.4 电导率/scm-1 1070898853667 3.33.3 加热炉产生硬垢的原因加热炉产生硬垢的原因 炉水中重碳酸盐（碳酸氢盐）在加热炉中受热后，分解成为碳酸盐，并释放 出 CO2，使炉水碱度和 pH 值升高。产生的碳酸盐容易与水中的钙等硬度成分结晶 析出，形成碳酸盐硬垢。 CaCO3+CO2+H2O 3

31、 3 ()Ca HCO +2OH-=CaCO3+2H2O+CO32- 3 3 ()Ca HCO Ca2+CO32-=CaCO3 由水质分析表看出，两个作业区Ca2+含量都较高，且由垢样分析表也可以看 出，CaO也占了相当的比例，这都是长生硬垢的原因。 榆林学院本科毕业设计（论文） 9 表 3-2 垢样分析结果 3.43.4 结垢原因结垢原因 （1）通过对水样的分析，作业区（尤其作业区 2）水套加热炉所用原水具有 较强的腐蚀倾向。 （2）通过对加热炉炉套内附着物的分析，新疆油田某采油厂加热炉炉套（水 侧）存在严重的腐蚀现象，并伴有结垢现象存在。 （3）通过理论分析及实验室验证，造成加热炉炉套（水

32、侧）腐蚀的主要原因 为：氧腐蚀、促进腐蚀性离子对氧腐蚀的促进作用、局部腐蚀、铁垢腐蚀、干湿 线腐蚀以及碱腐蚀。 （4）炉水中重碳酸盐受热分解后，与硬度成分结晶析出，与加热炉金属腐蚀 产物粘合在一起，是加热炉炉套内结垢的主要原因。 由以上结论得出，天然气加热炉严重的腐蚀和结垢现象成为影响加热炉安全 的两种主要故障，为了保证加热炉安全生产，建议采取相应的措施阻止其腐蚀和 结垢的形成。 取样点 盘管 严管 外观 红褐色固体 红褐色固体 55灼烧减量/ 0.17 0.15 550950灼烧减量/ 8.98 10.29 Fe2O3/ 71.01 69.8 CaO/ 11.85 13.56 MgO/ 0

33、0.52 ZnO/ 0.85 1.11 P2O5 / 0.26 0.31 酸不溶物/ 4.32 2.71 天然气加热炉的腐蚀研究 10 第四章第四章 加热炉腐蚀机理及影响因素加热炉腐蚀机理及影响因素 4.14.1 加热炉水侧不同部位的腐蚀加热炉水侧不同部位的腐蚀 加热炉水侧不同部位的腐蚀及形态各不相同，产生这些现象的主要原因与不 同部位的热工状态和不同的腐蚀原因等诸多因素有关。第一采气厂加热炉用水为 靖边基地的生活用水(地下水)，该水属低碱、低硬度水质，水中存在着腐蚀性离 子和溶解的 CO2 及 O2，它们的存在会在受热条件下对金属产生严重腐蚀3。 4.1.14.1.1 氧腐蚀氧腐蚀 这是加热

34、炉存在的主要也是最严重的腐蚀因素，氧在腐蚀过程中起去极化剂 作用，属吸氧腐蚀。 氧腐蚀与温度、流速、pH 值、盐含量等诸多因素有关4。对于水源确定的 密闭系统而言，氧腐蚀的腐蚀速率随温度升高一直呈直线上升趋势;对开路系统 而言，氧腐蚀速率随温度升高是先增加后降低。温度、流速、盐含量等对氧腐蚀 的影响主要是通过对氧在水中的溶解度的影响而实现的。 加热炉源水在采取及输送过程中，一直暴露于空气中，使水中溶解氧基本达 到饱和状态;而加热炉在运行过程中只有很小的一根管(补水口)与大气接通，因 此可以基本认为加热炉属密闭系统;另外炉水处于停滞状态，这使水中的溶解氧 很难释放出来，随着炉水温度的升高，氧腐蚀

35、速率呈正比例增加。炉水温度对氧 腐蚀的影响见图 4-1 0.25 0.50 0.75 0 40 20 60 80 100 120 / mm/a- 图 4-1 炉水温度对氧腐蚀的影响 氧腐蚀在加热炉中的任何部位均有发生，尤其是在加热盘管上部和烟气管最 为严重，这是因为氧在水中的溶解度因水受热而变小，溶解氧逐渐释放出来而向 0.25 0.50 0.75 0 40 20 60 80 100 120 mm/a- 榆林学院本科毕业设计（论文） 11 上涌动，但不能流向炉外，使炉水上部溶解氧达到饱和，氧还以气泡的形态吸附 于盘管上;另一方面，在整个炉水的微循环体系中，上部及烟气管周围的水温要 明显高于其他

36、部位，所以在加热盘管上部和烟气管上氧腐蚀最为严重。 氧腐蚀的形态主要为溃疡型和斑点状的局部腐蚀及均匀腐蚀。随着炉水温度 升高，水中的离子发生变化而使 pH 值逐渐升高，使腐蚀产物极易发生二次沉积， 再加上未对炉水进行阻垢处理而结垢，锈和垢的附着使碳钢产生氧浓差电池而产 生垢下腐蚀;在微碱性条件下，其腐蚀产物愈积愈多呈现出毛刺状及锈瘤，这也 加剧了氧浓差腐蚀。 4.1.24.1.2 腐蚀性离子的腐蚀腐蚀性离子的腐蚀 由于炉水中的 Cl-及 SO等能穿透保护膜对金属产生腐蚀，同时还能妨碍钝 2 - 4 化膜的生成，使炉水在不流动的情况下极易产生点蚀。这种腐蚀在炉壳水侧任何 部位均有发生，特别是热负

37、荷较高的烟气管及炉膛水侧外壁等处，在壁温较高时， 极易使 Cl-及 SO发生局部浓缩而增大发生点蚀的可能性。 2 - 4 4.1.34.1.3 酸腐蚀酸腐蚀 酸腐蚀主要为析氢腐蚀。在加热炉中主要发生在烟气管水侧外壁及炉壳上部， 这是因为: （1）用的水为地下水，而地下水中一般都含有一定的溶解性 CO2,在炉水受热 后会很快释放出来而吸附于金属表面产生 CO2腐蚀。 CO2 的腐蚀过程如下： 阳极： Fe Fe3+2e 阴极： 2CO2 +2H2O2H2CO3 2H2CO32H+2HCO3- 2H+2eH2 2CO2+2H2O+2e2HCO3-+H2 总反应： Fe+2CO2+2H2OFe(HC

38、O3)2+H2 Fe(HCO3)2FeCO3+H20+CO2 CO2在水中的溶解度与系统的压力、温度、水的组成有关5。CO2溶解度随压 力增大而增大，又随温度上升而下降，并且水中的某些矿物质会影响 CO2的溶解 度。所以，C02的腐蚀也受到多种因素的影响，如:温度、压力等。 (2)水中的碳酸盐碱度在受热后发生分解引起局部区域的 pH 值下降而产生腐 天然气加热炉的腐蚀研究 12 蚀: 2HCO3-CO2+CO32-+H2O 酸腐蚀主要是均匀腐蚀，其对金属的腐蚀程度及对构件的强度影响不大，但 其腐蚀产物(Fe2+和 Fe3+)容易在炉内产生铁垢及垢下腐蚀。 4.1.44.1.4 铁垢腐蚀铁垢腐蚀

39、 氧化铁垢不仅影响传热(其导热系数远远小于一般垢)，更为严重的是产生垢 下腐蚀使金属材质变薄、凹陷甚至穿孔。这类腐蚀主要发生在炉膛水侧壁及烟气 管水侧壁表面。加热炉水中铁离子及其它腐蚀类型的存在，使碳钢金属表面产生 一层氧化铁垢。氧化铁在高热负荷部位的存在极易发生氧化铁垢腐蚀。 氧化铁垢腐蚀是由下列原因引起的: (l)氧化铁作为电化学腐蚀的阴极，在加热条件下，垢下面的氧化铁膜遭到 破坏，使裸露的金属碳钢变为阳极而在水中产生腐蚀。 阳极反应：FeFe2+2e 阴极反应：Fe(OH)3+eFe(OH)2+OH- Fe3O4+H20+2e3FeO+2OH- 腐蚀产生氧化铁垢，氧化铁垢的存在会使此类腐

40、蚀的发展互为因果、互为促 进，使金属产生严重的垢下腐蚀。 (2)在热负荷较高的部位，垢下的水急剧浓缩而产生碱等因素的腐蚀。 (3)在垢下因金属过热而产生汽水腐蚀: 3Fe+H2OFe3O4+H2 氧化铁垢的腐蚀形态主要表现为:较大面积的结垢腐蚀，垢呈黑褐色鱼鳞状， 垢下金属大部分遭到腐蚀，呈现凹凸不平的麻坑。这种垢较硬，一般很难除去。 4.1.54.1.5 干湿线腐蚀干湿线腐蚀 此种腐蚀属局部腐蚀的范畴，发生在空气与水的界面处，由于界面上下干湿 线交替而产生氧浓差电池发生腐蚀。这种腐蚀发生较普遍，其腐蚀形态为在干湿 线处出现一条腐蚀沟槽。 4.1.64.1.6 碱腐蚀碱腐蚀 碱腐蚀在加热炉中出

41、现的几率较少。主要由于碱度在热负荷较高的部位发生 榆林学院本科毕业设计（论文） 13 浓缩使氧化物保护膜溶解而失去保护作用，使金属产生腐蚀6。 Fe3O4+4NaOH2NaFeO2+Na2FeO2+2H2O Fe+2NaOHNa2FeO2+H2 这类腐蚀主要发生在热负荷较高的炉膛水侧壁、烟气管水侧壁及弯管等应力 集中处，腐蚀形态呈沟槽或凹陷等的局部溃疡状腐蚀。 4.24.2 加热炉烟道金属内壁的腐蚀加热炉烟道金属内壁的腐蚀 燃料是卧 89 井自产的天然气(气质参数:比重 0.5747,体积含量 CH4 97.33%,H2S 0.21%,CO2 1.48%),助燃剂空气是通过对流自然抽入,CH4

42、燃烧后再从 垂直的烟囱以对流方式排出,烟气的压力是 0.1MPa。烟气中含有水蒸气、CO2以及 剩余氧气。燃烧过程中,大量水蒸气凝结在低于烟气露点的低温受热交换面上,以 及溶解 CO2和 O2后腐蚀金属内表面上。 4.2.14.2.1 二氧化碳引起的氢去极化腐蚀。二氧化碳引起的氢去极化腐蚀。 在酸性水中,铁与酸反应生成铁离子并释放出氢气,同时氢原子与钢中的碳反 应生成 CH4,脱碳会使金属沿晶界面产生裂缝。当压力在 3.5MPa 以上时,氢离子会 快速扩散进入金属而使金属变脆损坏。在没有液态水时,CO2不会发生腐蚀。CO2 与含水蒸气的烟气一起,在对流过程中一部分被排出烟囱,另一部分沿火筒、烟

43、道、 烟箱和烟囱等通道流动。如果内壁长期附着很薄的冷凝水膜,就会有溶解度很高 的 CO2溶于凝结水中生成 H2CO3弱酸,使凝结水膜的 pH 值降低到 5.5 以下,并吸附 于金属内表面。H2CO3部分解析产生 H+,对钢材发生氢去极化腐蚀。最易发生 CO2 酸性腐蚀的部位通常在火筒、烟道、烟箱封头以及烟囱等部位,腐蚀严重部位是 烟道和烟囱。 4.2.24.2.2 溶解氧引起氧去极化腐蚀溶解氧引起氧去极化腐蚀。 溶解氧腐蚀是一种电化学腐蚀,铁和氧形成两个电极,组成腐蚀电池,在腐蚀 电池中铁的电位总是比氧的电极电位低,所以铁是电池的阳极,遭到腐蚀。水套中 的水使用的是自来水,在初期该水中溶解有大

44、量的氧气而发生溶解氧腐蚀,由于水 温长期保持在 3040,换水周期一般为 23 月,溶解氧随着水蒸气逐渐蒸发而 减少,所以该部位的腐蚀不严重。在烟气系统中,如果火头处配风良好,通过对流 作用自动抽入大量空气,甲烷占混合气体体积的 5%完全燃烧时,烟气中就会含有大 天然气加热炉的腐蚀研究 14 量的剩余氧气,这些氧气会充分扩散并溶解到烟箱，六根烟道等烟气系统的金属 内壁上的冷凝水膜中,对钢材发生溶解氧的氧去极化腐蚀。由于这些生成物比较 疏松,没有保护性,一旦在金属表面的某一点发生腐蚀,就会持续下去。究其原因 主要有两方面,一方面是氧化铁层中产生一种酸性溶液,加速了铁的溶解及提高了 导电性;另一方

45、面生成氧化铁层,腐蚀产物阻止了氧的扩散,在腐蚀产物下形成缺 氧的阳极区,外部便形成了富氧的阴极区,从而构成了一个浓差电池,两部分的差 异,加速了腐蚀反应速率。 水套加热炉停止加热,但天然气生产仍然经过水套加热炉里的高压引流管时, 如不采取有效的保护措施,金属表面会发生停用腐蚀。主要原因有: 如果水套中装有水,外界空气大量进入水套,使水套里的金属内表面以及浸 于水套中的高压天然气管线的外表面发生溶解氧腐蚀。 如果水套中装有水,水套中的水被高压天然气管线的天然气冷却后,温度低 于大气露点时,在烟道、火筒、烟箱等内表面会凝结水,形成冷凝水膜。同时大气 中的氧气溶解于烟道、火筒、烟箱等金属内表面的凝结

46、水膜中,发生溶解氧腐蚀。 榆林学院本科毕业设计（论文） 15 第五章第五章 防腐措施防腐措施 5.15.1 防腐措施防腐措施 加热炉的腐蚀一般不会单独以一种形态、而是以多种形式同时出现，有的互 为因果、有的互相促进。为解决加热炉的腐蚀问题，提出以下措施: (l)加热炉进行清洗或煮炉，彻底去除锅炉内存在的垢及锈，并对其进行预 膜和钝化处理; (2)对加热炉给水进行彻底除氧或使用除氧剂，降除 CO2 (3)控制锅炉水的 pH 值和碱度，防止腐蚀产物混人加热炉; (4)对加热炉给水进行缓蚀阻垢处理，加人缓蚀阻垢剂; (5)加热炉停炉时，防止空气进人停运的锅炉内，保持停运加热炉的金属表 面充分干燥，使

47、用缓蚀剂在金属表面生成保护膜，缓解金属的腐蚀。 5.25.2 防止烟气腐蚀防止烟气腐蚀 1.防止烟道堵塞。 定期清理烟道的腐蚀产物,减小烟道的气体对流阻力，提高烟气的排出温度。 2.防止被烟气腐蚀。 (1)提高烟气的排出温度。 用耐火泥堵塞 13 根烟道的两端,减少烟气的热交换面积 0.5971.790m2, 将烟气温度提高到 5060,减少冷凝水的产生,从而减少 O2和 CO2腐蚀。在使用 水套加热炉的运行参数中,对金属设备内的烟气温度下限值确定为 60。 (2)缩短水套加热炉的启动升温时间。 水套加热炉在点火启动的升温过程中,尽量缩短由冷水(020)加热到热水 (5070)的时间,减少冷凝

48、水的产生量和积存时间。方法一:加冷水到水套的 2/3 水位后再升温,用最大供热量在最短的时间内使水温升高到工况要求,一般为 3h;方法二:启动前先加少量的冷水,在升温过程中,边升温边加冷水,直到最后将 水加到水套的 2/3 水位时为止。整个过程中,使水温一直高于烟气的露点温度,既 确保加热保温,又防止烟气在排出烟囱之前产生冷凝水。 (3)更换烟囱的材质。 将烟囱由铁质换成防腐复合材质,现场实践 10 多年来,效果良好。 天然气加热炉的腐蚀研究 16 (4)在烟箱涂防腐材料。 在烟箱封头的内壁涂防腐材料,隔离烟箱的金属与冷凝水,但使用两三年左右,也 会因为存在腐蚀造成防腐材料从烟箱内壁上脱落。 (5)安装引流管排出冷凝水。 在烟囱下方的烟箱底部安装两根引流管 223150mm,将冷凝水从烟箱内向 外排出。该措施能防止冷凝