摘要：加熱爐是煉油生產裝置的主要設備之一，除了加熱爐的熱效率和煙氣污染物排放量控制之外，隨著煉油裝置運行周期的延長，加熱爐的長周期運行越顯得重要。煉油裝置加工高硫、高酸、重質等劣質原油后，結焦和腐蝕問題已成為影響加熱爐長周期運行的重要影響因素之一。列舉了煉油裝置加熱爐存在的不同類型腐蝕案例，包括蒸餾裝置常壓爐對流段急彎彎頭腐蝕減薄、焦化裝置加熱爐爐管表面高溫氧化硫化腐蝕、減粘加熱爐輻射爐管急彎彎頭沖蝕減薄、減粘加熱爐熱電偶護套腐蝕、加熱爐煙氣硫酸露點腐蝕等，探討從選材、結構設計、生產操作、檢查維護等各方面采取措施以提高加熱爐耐腐蝕性，以及通過合理工藝和檢查維護等確保加熱爐正常運行。
不論是被加熱物料中包含的腐蝕介質，還是燃料中生成的腐蝕介質都會在加熱爐爐管內外、空氣預熱器、爐膛、煙道及附件等部位產生各式各樣的腐蝕。從工廠實踐經驗看，硫引起的腐蝕是煉油裝置加熱爐腐蝕的主要類型，其他介質如氫氣、氧氣、氯、環烷酸、金屬釩（V）、堿等也會引起加熱爐的腐蝕問題，另外機械沖刷對腐蝕過程的加速作用也不容忽視。
1 煉油裝置加熱爐腐蝕案例
1.1 蒸餾裝置常壓爐對流段急彎彎頭腐蝕
常壓爐F101對流段工況：管內介質：拔頭原油；溫度：260℃；壓力：1.2MPa；材質：碳鋼（10#）；規格：25-90°-φ152×10-152II；管內流速0.35m/s（流量78t/h）。投用13a后，切開彎頭，發現受沖刷的部分減薄明顯，內表面有很多的坑，并且在內部減薄最明顯的部位覆蓋有一層光滑的黑色膜。對該層黑色膜進行電子探針能譜分析顯示該層膜主要是有機物，其他元素Fe為22%、S為14.95%，從其比例來看，主要是FeS。分析結果表明彎頭腐蝕減薄主要是管內高溫硫腐蝕+沖刷腐蝕引起的。通過對彎頭不同部位進行測厚，測厚結果顯示最薄部位主要分布在5、6、7線上（即彎頭中間受90°沖刷部位，寬約100mm），最薄處僅厚2.5mm，經核算最大平均腐蝕速率為0.58mm/a，最小平均腐蝕速率為0.13mm/a，兩者相差超過3.5倍。
1.2焦化裝置加熱爐爐管高溫腐蝕
焦化爐H-10l/2爐投用8a后，北面有7根輻射段爐管運行過程中出現外表面片狀脫落現象。該爐管材質為Cr5Mo/Cr9Mo；加熱介質為熱渣油，介質入口溫度360℃，出口溫度500℃；爐膛溫度在703～773℃之間，而北面爐膛的溫度在742℃左右。對剝落片截面進行掃描電鏡形貌觀察，發現剝落片截面總厚度約為1.5mm，內層（指靠近爐管母材部分）約厚1.1～1.2mm，其密度高，外層約厚0.3～0.4mm，結構疏松。在截面的不同部位（1#-5#）成分進行化學分析，檢測出的元素有Fe，S，Na，Cr，Si，Mg等，由外到里S的質量分數分別為33.34%、9.00b%、3.09%、2.44%、2.53%。X射線衍射表明，剝落片的主要物相是Fe₃0₄，Fe₂0₃，FeS₂。經了解，運行過程中為防止爐管表面結灰，加入含Na₂S0₄的爐管清灰劑，爐管外表面出現高溫環境下熔鹽反應，從而破壞金屬保護膜，導致高溫氧化硫化腐蝕的加劇，而存在鈉鹽的鐵的氧化物和硫化物在溫度變化較大時，就有可能出現斷裂脫落現象。
1.3減粘加熱爐輻射爐管急彎彎頭沖蝕
減粘裝置加熱爐為圓筒爐，輻射爐管分三路共108根，材質為Cr9Mo，爐管直徑為102mm，壁厚為8mm。
在燒焦結束時，發現的輻射段爐管彎頭出現破口，部分彎頭出現明顯沖刷減薄現象，從破口宏觀形貌和微觀形貌看，破口周圍也觀察不到泥漿型沖刷常見的宏觀和微觀的犁溝形貌，但微觀形貌觀察到典型的氣蝕裂紋，據此判斷，本起失效為氣蝕造成的破壞。渣油流動過程中，彎頭部位管壁或結焦層會受到巨大的沖刷，因此該處的結焦層特別薄甚至露出金屬基體，通過計算得出其Re系數為2490，此時可能形成湍流也可能形成滯流，但考慮到彎管部位形成湍流的可能性比較大，在出現湍流的情況下管壁有凹坑等缺陷部位處將出現氣蝕現象。Cr9Mo爐管正常部位組織為鐵素體+貝氏體，金相分析結果看出，因長期使用，其金相組織已發生變化，有大量的碳化物析出，導致耐沖刷能力下降。而燒焦工藝過程一般一年一次，最多幾次，每次僅為30h，燒焦過程的沖刷造成的壁厚減薄僅占整個壁厚減薄的很少部分，所以燒焦工藝不是本起失效的主要原因。
1.4減粘加熱爐熱電偶護套腐蝕
減粘加熱爐測溫熱電偶共有24個點，上、下兩層各12支，熱電偶護套材質為316。停工檢修時，發現24支熱電偶當中有3支熱電偶已完全斷裂，分別是上層的第14、24點和下層的第3點。上層12支熱電偶護套外表面迎火部分均黏附有一層較厚的氧化物，還布滿瘤狀物，有縱向裂紋，且熱電偶護套松脆、易折斷，斷口呈脆性斷裂，而下層基本上沒有脆化現象。對熱電偶護套表面上的疏松的瘤狀物進行掃描電鏡能譜成分分析和X射線衍射物相分析，能譜分析檢測到瘤狀物的成分含有元素V，質量分數為0.08%。試樣x射線衍射分析顯示瘤狀物含有NiO₂，MnO₂，Fe₃O₄，Ni₃S₂，SiO₂，7H₂O·Na₂SO₄和CoVO₃，等化合物。經調查，生產工藝每天2次加入爐管清灰劑。為此對所用的爐管清灰劑和燃料油中Na、S、V含量進行分析，爐管清灰劑Na，S和V含量分別為0.31%、0.169%、0.05×10^-4%，而燃料油Na，S和V含量分別為1.14%、1.8×10^-4%、2.36×10^-3%，即爐管清灰劑含有較多的S、Na元素，而燃料油中含有的S和V元素較多，結果導致熱電偶護套表面出現高溫釩腐蝕，而爐管清灰劑帶入了的鈉及燃油中的硫起了促進腐蝕的作用。
1.5加熱爐煙氣硫酸露點腐蝕
加熱爐煙氣硫酸露點腐蝕經常出現在以含硫（>1%）燃料油作為燃料的蒸餾、減粘、溶脫、焦化等裝置的加熱爐上，腐蝕位置包括（1）爐膛壁，如蒸餾二常壓爐爐膛壁的腐蝕穿孔，該爐膛襯里保溫不嚴密，燃料硫含量為2.55%。（2）空氣預熱器，表現為翅片減薄變形，嚴重部位管子也發生腐蝕變形。部分位置腐蝕產物和灰的混合物將翅片問堵塞，影響換熱效果。對其垢樣進行能譜分析，垢樣中主要含C，O，S和Fe元素，各元素所占量是C：0.69%，O：47.54%；S：19.48%，Fe：32.28%，垢樣X-射線衍射分析結果顯示主要物相是FeSO₄·7H₂O（水綠礬）和FeSO₄·H₂O，另現場測試垢樣呈強酸（pH值<4）。（3）煙囪，如溶脫加熱爐鋼煙囪頂部腐蝕穿孔。因受含硫煙氣酸露點腐蝕，煙囪頂部1.0 m左右范圍內襯里基本脫落，保溫釘亦因腐蝕而消失了。煙囪鋼結構本體腐蝕穿孔。（4）對流段釘頭管，如蒸餾一減壓爐釘頭管的腐蝕，釘頭表面有較多的硫和硫化物。
2 應對措施
從上述案例可以看出，加熱爐腐蝕主要包括爐管內被加熱介質對爐管內側腐蝕，導致爐管減薄或穿孔，同時燃料油中所含的釩金屬也在高溫部位產生熔灰腐蝕。含硫燃料燃燒過程產生的含SO₂、SO₃，煙氣在余熱回收系統、爐壁、煙道、對流段低溫段等部位產生的露點腐蝕問題。要解決上述腐蝕問題，應從選材、結構設計、生產操作、檢查維護等各方面采取措施以提高加熱爐耐腐蝕性。
2.1 合理選用爐管耐蝕材料
在運行中暫無有效的腐蝕監測手段來監控爐管腐蝕風險，只有選用合適的耐蝕材料，才能有效解決爐管內被加熱介質引起的環烷酸沖蝕、滲碳、硫化起磷、氫損傷等嚴重腐蝕問題。隨著高硫、高酸原油加工量增多，容易出現腐蝕比較嚴重失效情況的常減壓、延遲焦化、催化重整、制氫、加氫裂化等裝置工作溫度比較高的加熱爐爐管、急彎彎管、回彎頭要材質升級，材質不低于中石化標準SH/T3096-2001。
2.2 采用聯合手段防止或減緩露點腐蝕
煙氣露點腐蝕產生的條件是金屬表面溫度低于加熱爐煙氣露點溫度，因此，解決問題最直接的手段就是提高金屬表面的溫度，也就是提高煙氣排放溫度，使之高于煙氣露點溫度，但受加熱爐熱效率下降的制約，這僅僅是權宜之計。而眾所周知，采用低硫燃料或添加助燃劑可以抑制SO₂的生成，從而降低煙氣露點溫度，是解決煙氣露點腐蝕最有效的辦法。除此之外還可在易發生露點腐蝕的空氣預熱器、煙囪、煙道及其上閥門等部位采取下述不同的防煙氣露點腐蝕措施：
（1）空氣預熱器采用ND鋼（09CrCuSb）、表面為燒結搪瓷的碳鋼、含硅鑄鐵管等耐硫酸腐蝕的材料來制造，同時采用防結垢設計、定時吹灰、在線水沖洗等防結垢手段，減緩空氣預熱器腐蝕穿孔，避免對加熱爐熱效率的影響。另外，在設計空氣預熱器時，采用增設熱風循環、增設冷風旁路、增設前置空氣預熱器（即用外來熱源先預熱空氣）等手段來提高空氣預熱器表面溫度，從而減輕露點腐蝕。
（2）爐體內壁、煙道、煙囪等部位在安裝耐熱襯里前，在金屬表面噴涂一層防露點腐蝕專用涂料，預防這些部位內壁和保溫釘受到煙氣露點腐蝕，保證襯里最低安全使用壽命達到8a～10a，對此API560也做出了明確規定，當采用陶瓷纖維類耐火材料時，若燃料中的硫含量超過10μg/g時，需在爐壁板內側涂一層耐酸性介質腐蝕的涂料。另外，采用阻氣層+耐火層的復合襯里可防止含S0₂，煙氣滲透到外表面沒有保溫的鋼結構金屬表面。鋼煙囪也可以采用有保溫的結構來提高鋼表面溫度，煙囪頂部采用加“帽子”的結構減緩雨雪天對煙囪局部的降溫作用。
2.3 工藝控制
（1）操作中應嚴格遵守操作規程及加熱爐工藝指標，保證加熱爐在設計允許的范圍內運行，嚴禁超溫、超壓、超負荷。當爐管材質升級不到位時，應控制裝置進料的硫含量、酸值等指標低于裝置設計值，若要提高裝置進料的硫含量、酸值，需通過腐蝕風險評估來確定。
（2）含硫燃料氣應經脫硫裝置脫硫，控制燃料氣中總硫含量應不大于100μg/g；若采用燃料油作為加熱爐的燃料，燃料油中總硫含量應不大于1%。要合理控制物料進料溫度，并盡量避免過低負荷運行（過低負荷一般指低于設計負荷的60%），確保爐管壁溫、空氣預熱器等部位溫度高于煙氣露點溫度。若燃料含硫量偏離設計值較大，則應進行標定和煙氣露點測試，然后確定加熱爐合理的煙氣排放溫度。
（3）盡量避免采用含釩、鈉高的油品作為加熱爐燃料，同時慎用含鈉的爐灰清灰劑，避免高溫釩熔融腐蝕。依據API560，當溫度超過650℃，且燃料中釩和鈉的總含量超過100μg/g時，就可能發生高溫釩腐蝕，此時只有高鉻高鎳合金（50Cr-50Ni-Cb）才有足夠的耐蝕性。
2.4維護檢查
（1）按照煉油加熱爐運行管理規定，定期對加熱爐工藝指標進行監督，重點是燃料含硫量、超溫、超壓情況、被加熱介質性質的變化，煙氣排放溫度等，同時采用高溫紅外測溫儀、熱成像儀等儀器定期檢測爐管溫度局部超溫情況，也采用熱成像儀對加熱爐爐壁、煙道的襯里完好性進行定期檢測，提高對加熱爐的腐蝕情況進行預防性認知。另外，日常巡檢時，加強對煙道上采樣口、儀表接管等未進行保溫的小管線檢查，及時修復被腐蝕的小管線。
（2）停工檢修時，采用超聲波測厚檢查爐管、彎管的腐蝕、沖刷、爆皮情況，當管壁厚度小于計算允許值時，及時更換減薄的爐管，必要時進行金相檢驗，若金相組織有晶界氧化、嚴重球化、脫碳、晶間裂紋等缺陷，也需及時更換有缺陷的爐管，提高其耐蝕能力。另外，檢修時檢查空氣預熱器換熱管、煙囪、煙道、風道及其上閥門的腐蝕、結垢及襯里完好情況，及時清洗空氣預熱器換熱管上的結垢，修復脫落或開裂的襯里，更換已腐蝕嚴重的部件，降低這些部位發生煙氣露點腐蝕的風險。
（3）停工前，對加氫裝置加熱爐按規范進行堿洗，防止連多硫酸造成奧氏體不銹鋼爐管應力腐蝕開裂。
3 結束語
加熱爐腐蝕是影響加熱爐長周期運行的一個重要問題，實踐證明要解決加熱爐的腐蝕問題是一個系統工程，從設汁、建造到使用、維護、檢查、維修等整個全壽命周期各個環節，都需要從技術上采取不同的應對措施消除各種可能產生腐蝕的因素，才能避免腐蝕發生，保證加熱爐長周期運行。