淺談加熱爐結(jié)垢的危害及預(yù)防措施

淺談加熱爐結(jié)垢的危害及預(yù)防措施

王吉?jiǎng)?吳新建 黃永輝 張建華 王群英 新疆油田公司采油二廠

加熱爐是原油處理的重要設(shè)備之一。對含水原油進(jìn)行加熱后，達(dá)到最佳脫水溫度，在進(jìn)入后續(xù)處理工藝時(shí)，能有效脫出游離水。因原油含水偏高，極易使加熱爐結(jié)垢，嚴(yán)重影響系統(tǒng)正常生產(chǎn)。本文通過采取的一系列措施，確保加熱爐高效、平穩(wěn)運(yùn)行。

加熱爐；結(jié)垢原因；結(jié)垢危害；預(yù)防措施

1.水垢的形成及性質(zhì)

水垢的形成是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，其原因有內(nèi)因和外因兩方面。一是內(nèi)因,水中有鈣、鎂離子及其它重金屬離子存在，是水垢形成根本原因；二是固態(tài)物質(zhì)從過飽和爐水中沉淀析出并粘附在金屬受熱面上，是水垢形成的外因。當(dāng)含鈣、鎂等鹽類雜質(zhì)的水進(jìn)入加熱爐后，吸收高溫?zé)煔鈧鹘o的熱量，鈣、鎂鹽類雜質(zhì)便會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成難溶的物質(zhì)析出。析出物成為固體沉淀析出，附在鍋筒、水冷壁管等受熱面內(nèi)壁上，形成一層“膜”，阻礙熱量傳遞，這層“膜”稱之為水垢。

水垢的組成或成分比較復(fù)雜，不是一種單一化合物，而是以一種化學(xué)成分為主，并同時(shí)含有其它化學(xué)成分。按其水垢的化學(xué)成分，一般可分為碳酸鹽水垢、硫酸鹽水垢、硅酸鹽水垢、氧化鐵水垢、含油水垢、混合水垢及泥垢等幾種。

水垢是一種導(dǎo)熱性能極差物質(zhì)，為加熱爐鋼材的十分之一到數(shù)百分之一，是“百害之源”。在各種水垢中，硅酸鹽水垢最堅(jiān)硬，導(dǎo)熱性能非常小，容易附在加熱爐受熱面最強(qiáng)的蒸發(fā)面上，是危害最大的一種水垢。

2.水垢對加熱的危害

（1）降低加熱爐熱效率，浪費(fèi)燃料。加熱爐結(jié)水垢后，受熱面?zhèn)鳠嵝阅茏儾?，燃料燃燒放出的熱量不能迅速傳遞，大量熱量被煙氣帶走，使排煙溫度升高，增加排煙熱損失，效率降低。要想保住加熱爐額定參數(shù)，必須加大投加燃料，并加大鼓風(fēng)和引風(fēng)強(qiáng)化燃燒。造成大量未完全燃燒物質(zhì)排出煙囪，增加燃料消耗。加熱爐爐膛容積是一定的，無論投加多少燃料，燃燒是受到限制的，因而加熱爐的熱效率不可能提高。水垢越厚，熱效率就越低，燃料消耗越大。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)水垢達(dá)1.5mm時(shí)，就多消耗6%燃料；5mm時(shí)，燃料消耗就達(dá)到15%；8mm時(shí)，增至34%。我站目前5臺5000KW加熱爐用4備1，若加熱爐有不同程度水垢，浪費(fèi)的燃料十分驚人，4臺加熱爐水垢達(dá)到10mm時(shí)，每天燃?xì)舛嘞?000m3。

（2）引起金屬過熱，強(qiáng)度降低，危及安全。加熱爐受熱面使用的鋼材，一般為20#碳素鋼，允許壁溫在450℃以下。加熱爐在正常運(yùn)行時(shí)，金屬壁溫一般在280℃以下。當(dāng)加熱爐受熱面無垢時(shí)，金屬受熱后能很快將熱量傳遞給水，此時(shí)兩者的溫差約30℃。但是，若受熱面結(jié)生水垢，情況就大大改變。例如，當(dāng)工作壓力為1.25MPa，若有1mm水垢，金屬壁與介質(zhì)的溫差會達(dá)到200℃左右。也就是說此時(shí)金屬壁溫度在鋼材允許溫度之內(nèi)。但水垢3mm時(shí)，溫度上升到580℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鋼材允許溫度。因而，鋼材抗拉強(qiáng)度就會由原來的3.92MPa下降到0.98MPa，受壓元件在內(nèi)壓作用下發(fā)生過熱鼓皰、變形、泄漏，甚至爆炸。另外，溫度的升高會使金屬伸長，如1m爐管，每升100℃，伸長1.2mm，對于沒有伸縮余量的受熱面，就引起爐管龜裂。實(shí)測數(shù)據(jù)表明，金屬壁溫度隨著水垢厚度增加而增加的，水垢越厚，金屬壁溫越高，事故發(fā)生的機(jī)率就越大。

（3）破壞介質(zhì)循環(huán)。加熱爐水循環(huán)為強(qiáng)迫水循環(huán)形式。都是經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算的，也就是說保證有足夠的流通截面積。當(dāng)爐管內(nèi)壁結(jié)水垢后，會使管內(nèi)流通截面積減小，流動(dòng)阻力增大，破壞正常的介質(zhì)循環(huán)，使向火面的金屬壁溫度升高。當(dāng)管路被水垢堵死后，水循環(huán)則完全停止，金屬壁溫更高，長期下去會因過熱發(fā)生爆管事故。水冷壁管均勻布置在爐膛內(nèi)，吸收的是輻射熱。如果結(jié)水垢，就易發(fā)生鼓皰、泄漏、彎曲、爆破等事故。

（4）增加檢修量，浪費(fèi)資金。加熱爐一旦結(jié)垢，就必須要清除，才能保證加熱爐安全運(yùn)行。清除水垢就必須要采用化學(xué)藥劑，如酸、堿等。水垢越厚，消耗的藥劑越多，投入的資金也越多。例如1臺5000KW加熱爐若平均結(jié)垢10mm，除一次垢需濃度15%鹽酸溶液15m3，加上人工費(fèi)，需10萬元左右。按加熱爐噸位的不同，噸位增加，所需藥劑就增加三分之一，資金也相應(yīng)增加。一般鍋筒內(nèi)結(jié)垢，易消除，但若管內(nèi)結(jié)垢消除困難。不僅如此，若發(fā)生爆管事故，換新管時(shí)，焊接很不方便。鍋筒鼓皰挖補(bǔ)時(shí)，要求高，時(shí)間長，施工困難。一次大的鼓皰挖補(bǔ)修復(fù)，耗費(fèi)資金1至2萬元左右。總之，無論是化學(xué)除垢還是修理，都花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力。

（5）縮短加熱爐使用壽命。在正常使用條件下，加熱爐能連續(xù)運(yùn)行20年左右。但為什么現(xiàn)在大部分沒有達(dá)到這一壽命呢？其原因是多方面的，其一就有水垢的影響。鍋筒發(fā)生鼓皰，挖補(bǔ)修復(fù)后，要適當(dāng)降壓使用，以確保安全。有些加熱爐因鼓皰面積過大且變形嚴(yán)重而不得不報(bào)廢；有的雖能修復(fù)，但費(fèi)用過高無價(jià)值，也不得不報(bào)廢。當(dāng)酸洗方法不當(dāng)或酸洗頻繁也會影響加熱爐使用壽命。另外，因水垢中含有鹵素的離子，在高溫下對鐵有腐蝕作用，會使金屬內(nèi)壁變脆，并不斷向金屬壁深處發(fā)展，造成金屬腐蝕，縮短加熱爐使用壽命。

3.水垢的預(yù)防

要保證加熱爐不結(jié)垢或薄垢運(yùn)行，要加強(qiáng)加熱爐給水處理，這是保證加熱爐安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。預(yù)防水垢生成，常采用下列方法：

（1）鍋外水處理。適用于各種加熱爐。主要是向加熱介質(zhì)中加入化學(xué)藥品，使介質(zhì)中形成水垢的鈣、鎂鹽形成疏松的沉渣，通過介質(zhì)的流動(dòng)排出爐外，起到防止或減少加熱爐結(jié)垢的作用。

（2）加藥阻垢處理。首先將各種藥品配制成溶液，然后再將阻垢劑加入進(jìn)口管線內(nèi)。通常磷酸三鈉的溶液濃度為5～8%，碳酸鈉的溶液濃度不大于5%，氫氧化鈉的濃度不大于1～2%。最好采用連續(xù)加藥法，這樣可使?fàn)t內(nèi)保持藥液的均勻，收到較好效果。

（3）采用設(shè)備阻垢。采用超聲波阻垢儀及在加熱爐彎頭處多點(diǎn)安裝超聲波兒振動(dòng)探頭，是原油污水介質(zhì)中的鈣鎂離子始終處于振動(dòng)狀態(tài)，減少水垢的形成。

（4）減少原油含水達(dá)到節(jié)約能源，減少結(jié)垢延長加熱爐的使用壽命。

以上雖然介紹三種水處理方法，但工作是否落實(shí)到實(shí)處，關(guān)鍵在于管理。因而，需要樹立“安全第一，預(yù)防為主”的思想，真正認(rèn)識到水垢的危害的重要性。早發(fā)現(xiàn)早處置，避免加熱爐在重度結(jié)構(gòu)的狀態(tài)下運(yùn)行，動(dòng)態(tài)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)壓差過大時(shí)及時(shí)采用化學(xué)清洗，除凈爐管內(nèi)水垢，定期檢測爐管壁厚，做到防患于未然，保證加熱爐安全高效運(yùn)行。

[1]王保衛(wèi)，瞿玉華.淺談鍋爐中水垢的危害及其預(yù)防.鍋爐制造.1997-08-15.

[2]李德寶.基于CAN總線的鍋爐水處理控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).大連交通大學(xué)碩士論文.2009-12-19.