1、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答辩日期毕业设计（论文）诚信责任书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） ，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撰 写 过 的 研 究 成果 。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。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。论 文 作 者 签 名 : 201
2、0 年 5 月 22 日I摘 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 ,
3、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：加热炉，腐蚀，结垢， 清洗，钝化研究类型：综合研究ABSTRACTThe corrosion of the forms of water sides and the flue of the heating furnace is varied from different parts. The main reason for these phenomena is related to the factors about the
4、 heat transfer condition and corrosion of different parts. Furnace corrosion is mainly to oxygen corrosion, corrosive ions corrosion, acid corrosion, corrosion of iron scale, wet and dry line corrosion, alkaline, the main reason for the corrosion oxygen. Metal furnace flue wall is most vulnerable to
5、 acid corrosion of carbon dioxide and oxygen to the polarization caused by oxygen corrosion. The safe use of heating and heat transfer efficiency of the heating furnace affects the security of stable natural gas production directly. However, many current furnace gases gathering station did not take
6、any anti-corrosion measures. And the gas gathering station furnace corrosion and the reduction of the heat transfer efficiency will cause a serious accident. Therefore, the research of corrosion about the heating furnace is a hot point and trend of the current domestic and international pressure ves
7、sel and pipeline .And it has made many achievements and progress in recent years. This paper is mainly a research about the reason for natural gas furnace corrosion and scaling analysis, corrosion mechanism and influencing factors, anti-corrosion measures, furnace cleaning and corrosion and scale in
8、hibition technology and so on.Key words: The heating furnace, Corrosion, Scaling, Cleaning, InactivationThesis Type ： Comprehensive Study目录I目录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪论.11.1 课题研究的意义.11.2 国内外研究现状及分析.22现场调查.32.1 加热炉工作原理.32.2 加热炉使用工况.32.3 加热炉腐蚀状况.42.3.1 烟道堵塞现象.42.3.2 烟道堵塞导致回火的原因.42.3.3 烟气中产生冷凝水.52.3.4 总结.5
9、3加热炉腐蚀及结垢原因分析.63.1 水质分析.63.2 垢样分析.63.3 加热炉产生硬垢的原因.73.4 结垢原因.74加热炉腐蚀机理及影响因素.94.1 加热炉水侧不同部位的腐蚀.94.1.1 氧腐蚀.94.1.2 腐蚀性离子的腐蚀.104.1.3 酸腐蚀.104.1.4 铁垢腐蚀.104.1.5 干湿线腐蚀.114.1.6 碱腐蚀.114.2 加热炉烟道金属内壁的腐蚀.114.2.1 二氧化碳引起的氢去极化腐蚀。.12目录II4.2.2 溶解氧引起氧去极化腐蚀。.125防腐措施.135.1 防腐措施.135.2 防止烟气腐蚀.136 加热炉腐蚀防垢技术.156.1 缓蚀阻垢剂筛选试验.
10、156.1.1 主要试剂和仪器.156.1.2 试样的准备.156.1.3 工艺流程.156.1.4 操作步骤.156.1.5 腐蚀速率计算方法 7 .166.1.6 国内缓蚀阻垢剂配方筛选试验.166.2 清洗剂的清洗原理和要求.216.2.1 清洗剂的清洗原理.216.2.2 工业清洗剂的要求.227总结.24参考文献.26致谢.27天然气加热炉的腐蚀研究11 绪论1.1 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。
11、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，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
12、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
13、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 CO 2 等 ,在高温下运行 ,极易形成硫酸钙、碳酸钙等垢质并加剧设备的腐蚀,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
14、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。榆林学院毕业论文21.2 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
15、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。天然气加热炉的腐蚀研究32现场调查2.1 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
16、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
17、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。2.2 加热炉使用工况 图 2-1 加热炉示意榆林学院毕业论文4加热炉以天然气为燃料、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。2.3 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
18、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, 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。2.3.1 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
19、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, 各项工况指标运行正常, 但是出现了烟囱、烟箱封头、火头处滴水。2.3.2 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。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 766250
20、0) 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 5 15%( 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 2H 2O + CO 2+ 热量 Q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:
