CE-NATCO热媒炉弯头箱低温腐蚀的原因及修理学习体会

文献概况

本文发表于《油气储运》1995年第14卷第4期，作者张训中来自中国石油天然气管道局胜利输油公司。文章记录了从美国引进的CE-NATCO热媒炉弯头箱在运行7年后的检修情况，分析了弯头箱发生低温腐蚀的原因，并提出了修理方案。该型炉外壳全部为钢质结构，内衬硅酸铝耐火纤维毡作为耐火层。

设备结构与腐蚀环境

CE-NATCO热媒炉是一种间接加热式热媒炉，通过加热导热油（热媒）为输油管道提供热量。其结构特点为：外壳采用钢板焊接结构，内部衬有硅酸铝耐火纤维毡作为隔热耐火层，辐射段和过渡段分别承担不同的热负荷。弯头箱位于炉体前后端，是连接辐射段与对流段（或烟囱）的过渡部件，承受着烟气流向改变带来的复杂热应力和腐蚀作用。

运行7年后，辐射段和过渡段的外壳及耐火衬里未发现较大问题，但弯头箱出现了明显的低温腐蚀现象。这一差异化的腐蚀分布揭示了弯头箱所处环境的特殊性——弯头箱位于烟气温度相对较低的区域，是低温腐蚀的高发部位。

低温腐蚀机理分析

低温腐蚀（Acid Dew Point Corrosion）是含硫燃料燃烧后烟气中硫酸蒸气在低于酸露点的金属表面凝结，与铁反应生成硫酸铁等腐蚀产物的一种化学腐蚀形式。其发生条件包括：

1. 燃料含硫量：燃料中的硫在燃烧过程中转化为SO₂，部分进一步氧化为SO₃；
2. 酸露点：烟气中SO₃与水分结合形成硫酸蒸气，当金属壁温低于酸露点时，硫酸凝结；
3. 壁温水平：弯头箱因处于烟气流程末端或侧部，壁温通常低于辐射段，更容易达到酸露点以下。

弯头箱作为烟气流向改变处，烟气在此区域流速降低、温度下降，同时弯头内表面由于离心力和重力作用，更容易积聚冷凝液，形成"液膜腐蚀"的有利条件。

检修与修理方案

根据文献描述，检修发现辐射段和过渡段状况良好，而弯头箱出现了低温腐蚀损伤。典型的修理方案可能包括：

• 局部更换：对腐蚀严重的弯头箱板件进行切割更换，新板件材质应考虑耐低温腐蚀性能（如选用低温耐腐蚀钢或增加不锈钢衬里）；
• 表面处理：对保留板件进行喷砂除锈、涂覆防腐涂料（如耐酸锌黄底漆+环氧面漆体系）；
• 结构改进：在弯头箱内表面增设耐热耐蚀衬板，或调整保温层厚度以提高壁温至酸露点以上；
• 运行优化：调整燃烧器配风，降低过剩空气系数，减少SO₃生成量；或提高烟气流速，减少局部低温区域的停留时间。

工程实践启示

该案例为输油管道加热炉的腐蚀防护提供了宝贵的现场经验：

1. 弯头箱是低温腐蚀的薄弱环节：在设计阶段就应充分考虑到弯头箱的腐蚀风险，在材料选择、保温设计和运行参数设定上采取针对性措施。
2. 定期检查制度：建议将弯头箱纳入定期壁厚检测计划，采用超声测厚（UT）方法监测壁厚变化趋势，建立腐蚀速率数据库。
3. 预防性维护：在腐蚀初期即采取防护措施（如涂覆防腐层、调整运行参数），避免腐蚀发展到需要大修的程度。
4. 材料升级：对于新建或大修项目，弯头箱内表面可考虑采用310S不锈钢衬里或耐热钢（如09Cr25Ni20）进行堆焊保护。

学习心得

本文虽然篇幅简短，但记录了一个典型的工业设备腐蚀失效案例，其价值在于真实性和实用性。从腐蚀工程的角度看，低温腐蚀是含硫燃料燃烧设备中普遍存在的问题，弯头箱因其特殊的几何位置和温度条件成为腐蚀的"热点"。这一案例提醒我们，在设计加热炉等燃烧设备时，不能仅关注高温区域的耐火和耐热问题，同样需要重视低温区域的酸腐蚀防护。对于输油管道系统中的加热炉管理而言，建立完善的腐蚀监测和预防体系，是保障设备长期安全运行的关键措施。