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1、节 能技 术 2011年第1卷第2期抗低温腐蚀水热媒空气预热器在加热炉上的应用姚庆 （中国石油大连石化公司，大连 116032）在石化企业生产装置的加热炉是重要耗能设备，约占全厂能耗的 3040，提高加热炉的 效率一直是石化企业节能工作的重点，其中采用 各种余热回收设备（如空气预热器、省煤器等） 回收烟气低温余热，降低加热炉排烟温度是最有 效的节能手段。但回收烟气低温余热，受到烟气 低温露点腐蚀的制约。由于受低温露点腐蚀问题 困扰，目前各种烟气余热回收设备难以长周期安 全、高效、安全运行，也难以适应加热炉燃料、 负荷、工艺参数变化等，从而制约着石化企业节 能工作的开展，成为石化企业提高加热炉热
2、效率 急待解决的难题。上凝结，产生酸露点腐蚀，使空气预热器管壁泄 漏，热管接头腐蚀断裂，见图1。图 1空气预热器接头腐蚀断裂空 预器腐 蚀后 ，不仅 使炉 子排 烟损 失增加 而且使加热炉难以正常运行，危及安全生产。为 了解决这一问题，通过对比列管式空气预热器、 热管换热器和加入吹灰剂等措施，发现这些办法 都不能完全避开烟气露点，实际应用效果并不理 想。经广泛调研对比后，采用水热媒预热器装 置，控制与烟气换热的换热管管壁温度高于烟气 露点温度，从根本上避免露点腐蚀发生。水热媒空气换热器的烟气余热回收技术核心 是利用带压的除氧水（压力约为 2.2MPa），作为 热媒（中间热载体），在一个封闭或开
3、放式热交 换系统中，吸收烟气中余热，用于预热加热炉助 燃空气或工艺介质，往复循环。期间“热媒水” 只是热载体，并不消耗。通过一套简单的调节控1 存在的问题100 kt/a 乙苯苯乙烯装置F-101 炉和F-104 炉2000年随装置停检改造后投运，设计负荷为 21.8 MW和 24.3 MW，F-101 加热炉为热载体 加热炉，其设计加热热载体物料量为636 t/h， F-104加热炉为循环苯塔加热炉，为循环苯塔提 供过热源，加热炉的燃料主要为燃料气。2006年随着加工进口原油品种的增加和大庆 原油掺俄罗斯原油，瓦斯管网气体的硫化氢含量 增加，燃料气的硫化氢含量为 4 00010 000 mg
4、/m3，燃烧后使烟气中 SO 2 含量升高，露点温度达到 130 左右，加热炉空气预热器烟气侧的换热温 度低于烟气露点温度，含酸烟气在这部分炉管 - 16 -收稿日期：2011-01-28 作者简介: 姚 庆，男，工程师，1992年毕业于抚顺石油学 院石油加工专业，从事炼油工艺技术管理和节能工作。摘要：抗低温腐蚀水热媒空气换热器，在大连石化公司100 kt/a 乙苯苯乙烯装置F-101炉和F-104炉 上，应用结果证明，采用该空气预热器不仅解决了烟气的露点腐蚀问题，保证了设备长周期运行，而且有 效地回收烟气余热，提高了加热炉热效率，降低了能源消耗。建议备用的热媒水泵应加装自启动设施，以 确保系
5、统更加稳定运行；热媒水应加装流量指示表，便于量化控制水量。关键词：加热炉 水热媒技术 空气预热器 节能石油石化节能与减排姚庆抗低温腐蚀水热媒空气预热器在加热炉上的应用制手段，使与烟气换热的热媒水进口温度控制在 烟气露点温度之上，确保换热管管壁温度高于露点 温度，彻底避免露点腐蚀发生。在适应加热炉各种复 杂操作情况下（包含燃料变化、加热炉负荷、工艺参 数变化等），烟气余热回收设备均能高效、长周期、 安全运行。泵以及相应的循环水管道等组成，利用除氧水作 为热媒中间热载体，建立一个闭式循环系统，吸 收加热炉对流室出口烟气中的余热，加热加热炉 的助燃空气。热媒水通过烟气换热器（放置在加 热炉对流室出口
6、）将烟气的热量吸收，同时在空 气换热器（布置在鼓风机出口）放出热量，加热 助燃空气，如此循环将烟气热量源源不断传给助 燃空气。为了防止烟气换热器发生低温酸露点腐 蚀，在空气换热器热媒水进、出口管道之间，设 置旁路调节阀，用于控制空气换热器换热量，保 证进烟气换热器热媒水温度高于露点温度，即烟气 换热器的最低壁温高于酸露点（设计点为135 ， 该温度可根据露点温度调整），工艺流程示意图 见图 2。2技术改造措施 2.1 工艺流程 为了解决上述问题，2008年5月采用水热媒 空预器系统对三苯F 101炉和F 104炉对流室进行 改造。水热媒空预器系统由二台烟气换热器、一 台空气换热器、一台空气鼓风
7、机、二台热水循环烟气出口加伴热排气室排气室 空气进口烟气进口烟气进口烟气换热器A烟气换热器B空气进口空气换热器图 2 三苯101炉和104炉热媒换热系统工艺流程图2.2性能参数水热媒空预器系统设计运行参数满足表 1 指标 要求，控制热媒水与烟气的换热的入口温度在130 以上，从而保证烟气换热器在露点温度以上运行。2.3加热炉水热媒空预器的设备安装原来F101炉和F104炉将热管空预器放置在对 流室顶部，通过空预器加热后引入地面，经鼓风 机升压后进入加热炉燃烧见图 3。用水热媒换热技术后，通过热媒水管和地面 的换热器（DN80）将热量由烟气传递给空气，省 却了体积庞大的烟气管道，不仅布置简单，而
8、且 省却引风机，节省投资费用见图 4。烟气换热器和空气换热器均采用蛇形翅片管为 换热元件，顺列布置，烟气换热器和空气换热器均 设计为一整体箱式结构，对接焊缝100射线探伤， 承压部件的所有焊缝均安排在夹层内，检查、维修 时只需打开由外护板组成的检修门即可，便于检修。3技术关键为了防止烟气换热器发生低温酸露点腐蚀， 在空气换热器进、出口之间设置一套手动旁通调节 阀，控制空气换热器换热量，控制烟气换热器的最 低壁温高于酸露点温度（大于130 ），实际操作 中最低换热温度可根据加热炉负荷和操作环境变化- 17 -石油石化节能与减排 2011年 第1卷 第2期 表 1水热媒空预器性能参数修改。 当热水
9、循环泵热媒水入口温度（即烟气换热器 进口水温）低于130 时，打开空气换热器旁通调 节阀，部分热水将不经过空气换热器直接进入热水 循环泵入口，以提高烟气换热器入口水温。反之则 关小空气换热器旁通调节阀，降低烟气换热器进口 水温，提高换热效率。 烟气换热器的出口管路上还设一安全阀，当热 媒水压力高于设定值时，安全阀自动起跳，以确保在 加热炉异常工况下设备的安全。图 3改造前F 101炉和F 104炉顶置式 烟气与空气换热器示意图1S01S0160160 %/80 1S0 1012.2 .1B 104图 4 三苯101炉和104炉水热媒换热系统 工艺流程图- 18 -序号 名称 单位 炉F101烟
10、气换热器A 炉F104烟气换热器B 两炉合一空气换热器1 烟气(空气)流量 kg/h 36 1712 烟气(空气)入口温度 2363 烟气(空气)出口温度 1584 热媒水流量 t/h 23.55 热媒水压力 MPa 1.52.26 热媒水入口温度 1307 热媒水出口温度 1608 烟气(空气)阻力降 Pa 359 换热面积 m2 1 26010 换热量 kW 83836 969 68 077289 20158 13340.0 63.51.52.2 1.52.2130 160160 130 35 3801 635 2 2001 448 2 286石油石化节能与减排姚庆抗低温腐蚀水热媒空气预热
11、器在加热炉上的应用3.1应用效果该系统投用后，热媒水入口温度温度130 ， 热媒水出口温度温度160 ，高于露点温度运行，加 热炉燃烧情况良好，炉膛最高温度468 ，烟气温度157 左右，氧含量控制在4.6%内，热效率提高5个 百分点，达到工艺指标要求，具体见表 2 和表 3 。表 2F-101炉改造前后运行参数对比问题。进烟气换热器的热媒水温度均控制在设定温 度（大于130 ），即使负荷再低，排烟温度也将 高于热媒水的进口温度；而且烟气侧最低管壁温度 均高于热媒水进口温度，即高于露点温度，从而避 免露点腐蚀。( 2 ) 适应燃料组成和炉子负荷变化能力强。 由于水热媒空预器设置了旁路调节系统，
12、只要控制 进烟气换热器的热媒水温度，即可满足烟气侧最低 管壁温度高于露点温度的要求，从而适应燃料硫化 氢含量较高和加热炉低负荷运行状况。( 3 ) 满足低温环境下加热炉运行要求。由 于水热媒空预器将烟气与空气换热分开，即使空 气入口温度再低，水热媒空预器进烟气换热器的 热媒水温度仍可控制在设定温度（大于130）， 确保彻底避免露点腐蚀。 ( 4 ) 高温烟气工况下适应性强。在加热炉 短时间操作异常，进空预器烟气温度远高于正常 设计值工况下，水热媒空预器不会发生像热管空 预器热管失效甚至爆管现象；水热媒空预器系统 管路中设有安全阀，当烟气入口温度远高于设计 值时，安全阀自动起跳，设备运行安全可靠
13、； ( 5 ) 设备运行周期长。由于彻底解决了烟 气余热回收设备中的露点腐蚀问题，使设备具 有 平稳运行周期较长，减少检修费用和检修工作 量，满足设备长周期运行要求。表 3F- 104炉改造前后运行参数对比5效益分析 5.1能耗降低部分热媒水系统投运后，F-101炉热效率由84 提高到89.1，F-104炉热效率由81提高到 89.1，每年节约燃料气量为968 t，使装置能耗 降低14.9千克标油/吨。 每年增加耗电量29.6104 kW.h，使装置能耗 上升1.4千克标油/吨，用电负荷见表 4。表 4F-101炉和F-104炉水热媒系统用电负荷kW操作 备用 总计 操作序号4水热媒空气预热器
14、技术特点与列管和热管式换热器相比，水热媒空气预热 器具有以下优点：( 1 )彻底解决烟气余热回收设备中的露点腐蚀综合上述因素，能耗降低13.5千克标油/吨， 年节能量折合877吨标油，相当于263万元，投资- 19 -设备容量/ 机泵 数量/台电压/ 轴功率/ 年工作/ 年耗电量/编号 VkWh104kW.h1 泵101 1 1 37 18.5 380 12.26 8 000 29.6参数 F-104炉（前）F-104炉（后）总负荷/MW 24.3 24.3 工艺介质 乙苯、多乙苯 乙苯、多乙苯 流量/m3.h-1750 750 进口温度/ 247 247 出口温度/ 250 250 进口压力
15、/MPa 1 1 出口压力/MPa 1.25 1.25燃料气流量/Nm3.h-12 000 1 850 排烟温度/ 289 160 氧含量，% 57 4.3 热效率，% 81 89.1参数 F-101炉（前）F-101炉（后）总负荷/MW 21.8 21.8 工艺介质 导热油 导热油流量/m3.h-1760 760 进口温度/ 250 250出口温度/ 285 285进口压力/MPa 2.5 2.5 出口压力/MPa 2.5 2.5 燃料气流量/Nm3.h-11 800 1 700排烟温度/ 243 159 氧含量，% 56 4.3热效率，% 84 89.1石油石化节能与减排 2011年 第1卷 第2期 回收期不到一年。 题；烟气换热器的热媒水出口管路上设置安全阀，当热媒水压力高于设定值时，安全阀自动起跳，保 证系统安全运行；排烟温度控制在 150160 ， 与改造前相比，加热炉效率提高5，有效地回收 了烟气余热。( 2 ) 建议：备用的热媒水泵应加装自启动 设施，以确保系统更加稳定运行；热媒水应加装 流量指示表，便于量化控制水量。6结束语 ( 1 ) 水热媒空气预热系统已经在100 kt/a 装 置F-101炉和F-104炉上运行22 000 h（2.8 年），达 到了以下应用效果：水热媒空预器热媒水系统设
