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摘要：介绍无露点腐蚀空气预热装置的原理与方法，通过空气预热器在常减压装置余热回收系统中的应用，对提高加热炉热效率，加强加热炉的平稳操作具有重要的意思。
关键词：常减压加热炉 热管式空气预热器 无露点腐蚀空气预热装置
一、前言
在石化企业中各种加热炉是重要耗能设备，约占全厂能耗的30～60%，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系统回收烟气低温余热、降低加热炉排烟温度是最有效的节能手段。但目前各种烟气余热回收设备普遍存在低温露点腐蚀问题，即运行中空气预热器的低温段遇上了烟气的酸露点，一般认为烟气中存在S组分，烟气的酸露点会造成管束腐蚀穿孔，当空气余热热器低温段管壁处于酸露点范围内时，壁面沉积一层“酸水”，它在腐蚀管壁的同时又吸附烟气中的灰分，粘结附着在热管表面，日积月累很难清除，使空气预热器热管换热效率降低，影响生产，同时空气预热器排烟温度高，引起加热炉能耗高等一系列问题。
无露点腐蚀空气预热装置作为一项新型的余热回收技术，目前在石化行业得到了广泛的应用。各石化企业为响应国家节能减排的号召，以及考虑到石化装置的复杂性、工艺多样化，需要充分利用石化系统的各个余热资源，来满足本企业节能降耗、提高经济效益的需求。中海油气（泰州）石化有限公司150万吨/年燃料油装置有常压炉、减压炉两台加热炉，共用一套余热回收系统。利用常压炉和减压炉的对流室出口高温烟气进入热管式空气预热器，与从引风机来的常温空气进行热交换，经过热交换后的助燃空气进入加热炉作为介质进行燃烧。由于热管存在易失效、使用寿命短的缺陷，两炉的排烟温度随着开工周期的延长逐渐升高，导致排烟温度最高达260℃左右。同时燃料的消耗也因烟气能量不能得到有效的回收而增加，因而两炉热效率也逐渐降低。并且每个周期装置检修都需要更换空气预热器管束，从节能减排和节约维修成本考虑，必须对原空气预热器进行改造。无露点腐蚀空气预热装置在余热回收系统的应用就满足了上述要求。
二、无露点腐蚀空气预热装置简介
无露点腐蚀空气预热装置是一种利用锅炉、加热炉或者各种炉窑尾部烟气余热，以脱氧水或脱盐水作热媒（中间载热体），建立一个闭路循环系统 。利用烟气换热器、空气换热器循环往复地吸收高温烟气中的余热，加热燃料燃烧所需的助燃空气，并外送热水。为了防止烟气换热器发生低温露点腐蚀，在水热媒空气预热器进口和循环水泵入口之间，设置旁路调节阀，控制空气预热器的换热量，保证进烟气换热器热媒水的温度高于露点温度，即烟气换热器的最低壁温高于露点（一般设计值为 130～150℃）。
三、无露点腐蚀空气预热装置原理简介
1.工艺原理
无露点腐蚀空气预热装置主要由扰流子空预器、烟气换热器、空气换热器、二台热水循环泵（一开一备）及相应的循环水管道等组成。主要原理是利用带压除氧水（1.8～2.2MPa）作为热媒—中间热载体，建立一个循环系统。1.8～2.2MPa左右的热媒水经热水循环泵加压后进入烟气换热器，在烟气换热器吸收烟气的高温余热，温升至175℃左右后进入空气换热器，加热加热炉所需的助燃空气，经换热后的热媒水返回热水循环泵入口，如此循环，源源不断将烟气中的热量传给助燃空气。另外为防止烟气换热器发生露点腐蚀，在空气预热器热媒水进、出口之间设置了一套旁通调节阀，用于控制空气预热器热量，确保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。同时系统中还设置了补水以及给烟气换热器管束表面自动吹灰的措施。工作原理见图3。
2.技术优势
根据工作原理可以看出：因为采用封闭回路的水作为热媒介质，可以保证在烟气侧的水有较高的入口温度，从根本上解决了低温腐蚀发生的原因。因而换热器的管子可以在外面使用翅片的方法增加换热面积，提高换热系数，减少咱占地面积。增加旁通阀，提高操作弹性与可靠性，并可以在保证壁温高于酸露点的同时，加大换热深度充分回收烟气中的余热，降低排烟温度，提高加热炉效率。
四、主要设备的结构及性能参数
根据我公司实际情况，将软水站来的除氧水接入整个系统，拆除原有的空气预热器设备以及基础，保留引风机，新增的2台热水循环泵统一布置在泵房。在装置大修期间实施无露点腐蚀空气预热装置，该装置由扰流子空预器、烟气换热器、空气换热器（布置在原热管空气预热器的位置上）、二台热水循环泵（一开一备）及相应的循环水管道等组成。主要设备的结构和性能参数见表1、2.3
五、实际操作控制说明
1.循环水系统的操作与控制
热媒水经热水循环泵升压后，进入烟气换热器取热，水温由130℃上升至175℃。外送5.5t/h热水至电脱盐和低压汽包，其余进入空气换热器加热空气；换热后的热媒水与旁路热媒水及5.5t/h给水补水混合后（130℃）返回循环水泵入口，如此循环运行。
为了检测运行工况，烟气换热器进、出口和空气换热器的出口均安装了温度测点，并在空气换热器的进出口管线上设置了旁路阀，通过操作该阀门，可以调节进空气换热器的水量，使循环水、空气、烟气出口的温度达到设计参数。
为提高热媒水循环的可靠性，水热媒系统中布置二台热水循环泵，一开一备，当一台热水循环泵跳闸停运时，另一台投运。在热水循环泵选型时要特别注意：因泵入口存在较高的压力，订货时要提醒供货商，否则会发生泵泄漏的可能，影响装置的正常运行。
2.烟气换热器的保护
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、出口之间设置一个旁通阀，控制空气换热器换热量，手动调节该阀门，控制烟气换热器的进水温度高于酸露点温度（暂定130℃，可修改设定）。
当热水循环泵热媒水入口温度（即烟气换热器进口水温）（TIC-301）低于130℃时，打开空气换热器旁通阀，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阀，降低烟气换热器进口水温，提高换热效率。 同时，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。
3.清灰
改造后的扰流子空预器和烟气换热器由于设计中消除了露点腐蚀，灰垢粘性低，成“干”态，为清除积灰创造了有利条件，原激波吹灰器利旧移位，停炉清灰可采取水冲洗。
六、无露点腐蚀空气预热装置的投用效果
无露点腐蚀空气预热装置自投用以来，运行状况良好，各项工艺技术指标及设备性能均达到设计要求。主要体现在以下几个方面：
1.两炉的排烟温度低于175度，热风温度维持在130～280度之间，充分体现了该装置的节能效果。
2.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、出口之间设置了一套旁通阀，用于控制，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。
3.无露点腐蚀空气预热装置可灵活调节烟气换热器的壁温，因而可以适应燃料的变化。即使燃料的含硫量较高，也可以通过旁路调节系统，将烟气换热器的最低管壁温度控制在露点温度以上，防止低温腐蚀。
4.可以适应加热炉负荷变化和短时间温度异常情况。无露点腐蚀空气预热装置的水温是可调的，因此排烟温度和热风温度可以灵活地加以控制，再加上管系中设置了安全阀，在循环泵故障、加热炉操作异常等情况下亦能保障设备的安全。
5.烟气换热器配备了全自动控制的激波吹灰器，通过定时吹灰，可有效去除烟气换热器的表面结灰，提高烟气换热器的传热系数和长周期运行的效果。
6.加热炉热效率由75%提高到90%左右，燃料油消耗降低，为我公司节能减排目标的完成做出了巨大的贡献。
7.无露点腐蚀空气预热装置成功应用解决了长期困扰余热回收设备的露点腐蚀问题，提高了节能效果。
七、经济效益分析
1.原热管空气换热器改成无露点腐蚀空气预热装置后，加热炉排烟温度可从改造前的～288℃，降低至175℃左右，可多回收热量1992kw，以燃油热值38898kJ/kg计算，每小时节约燃油184.4kg，以燃油价格2400元/吨，每年运行8000小时计算，每年可新增经济效益354万元以上；
2.由于取消电脱盐注水泵（18.5kW）、增加热水循环泵11kw，以每度电0.5元计算，每年节约电费3万元。
3.无露点腐蚀空气预热装置可以保证6年以上使用寿命，无需像热管空预器那样每年更换一批备件，每年可节约检修费约12万元。
以上两项合计，本次改造直接经济效益约369万元/年。
八、问题与建议
问题：从无露点腐蚀空气预热装置的运行情况看，控制空气换热器换热量是靠人工手动进行调节，极不准确，易造成系统的波动，又增加操作工的劳动强度，建议改为自控阀，增加与烟气换热器进口水温（TIC-301）自动串级控制，这样整个系统的操作将会更加稳定。在大修过程中，发现烟气换热器与空气换热器中间发现大量的附着物（见下图），换热器管束有腐蚀现象发生。初步判断：因目前常减压装置产生的瓦斯气被引入加热炉进行燃烧，因瓦斯气含硫量较高，发生露点腐蚀，但是因烟气温度在175℃以上，远大于酸露点，是如何发生露点腐蚀的，有待下一步进行研究讨论。
建议：因加热炉出来的烟气温度比较高，因此无露点腐蚀空气预热装置除了可以用来加热空气、锅炉给水外，还可以用于加热冷进料，非常有利于整个装置热量系统平衡与优化。这个可以作为以后的技术改造项目来进行实施。
作者简介： 熊卫兵（1972-），男，江苏泰州人，工程师，1995年毕业于江苏石油化工学院有机化工专业，现任中海油气（泰州）石化有限公司技改主管，从事技改项目管理工作。
关键词：常减压加热炉 热管式空气预热器 无露点腐蚀空气预热装置
一、前言
在石化企业中各种加热炉是重要耗能设备，约占全厂能耗的30～60%，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系统回收烟气低温余热、降低加热炉排烟温度是最有效的节能手段。但目前各种烟气余热回收设备普遍存在低温露点腐蚀问题，即运行中空气预热器的低温段遇上了烟气的酸露点，一般认为烟气中存在S组分，烟气的酸露点会造成管束腐蚀穿孔，当空气余热热器低温段管壁处于酸露点范围内时，壁面沉积一层“酸水”，它在腐蚀管壁的同时又吸附烟气中的灰分，粘结附着在热管表面，日积月累很难清除，使空气预热器热管换热效率降低，影响生产，同时空气预热器排烟温度高，引起加热炉能耗高等一系列问题。
无露点腐蚀空气预热装置作为一项新型的余热回收技术，目前在石化行业得到了广泛的应用。各石化企业为响应国家节能减排的号召，以及考虑到石化装置的复杂性、工艺多样化，需要充分利用石化系统的各个余热资源，来满足本企业节能降耗、提高经济效益的需求。中海油气（泰州）石化有限公司150万吨/年燃料油装置有常压炉、减压炉两台加热炉，共用一套余热回收系统。利用常压炉和减压炉的对流室出口高温烟气进入热管式空气预热器，与从引风机来的常温空气进行热交换，经过热交换后的助燃空气进入加热炉作为介质进行燃烧。由于热管存在易失效、使用寿命短的缺陷，两炉的排烟温度随着开工周期的延长逐渐升高，导致排烟温度最高达260℃左右。同时燃料的消耗也因烟气能量不能得到有效的回收而增加，因而两炉热效率也逐渐降低。并且每个周期装置检修都需要更换空气预热器管束，从节能减排和节约维修成本考虑，必须对原空气预热器进行改造。无露点腐蚀空气预热装置在余热回收系统的应用就满足了上述要求。
二、无露点腐蚀空气预热装置简介
无露点腐蚀空气预热装置是一种利用锅炉、加热炉或者各种炉窑尾部烟气余热，以脱氧水或脱盐水作热媒（中间载热体），建立一个闭路循环系统 。利用烟气换热器、空气换热器循环往复地吸收高温烟气中的余热，加热燃料燃烧所需的助燃空气，并外送热水。为了防止烟气换热器发生低温露点腐蚀，在水热媒空气预热器进口和循环水泵入口之间，设置旁路调节阀，控制空气预热器的换热量，保证进烟气换热器热媒水的温度高于露点温度，即烟气换热器的最低壁温高于露点（一般设计值为 130～150℃）。
三、无露点腐蚀空气预热装置原理简介
1.工艺原理
无露点腐蚀空气预热装置主要由扰流子空预器、烟气换热器、空气换热器、二台热水循环泵（一开一备）及相应的循环水管道等组成。主要原理是利用带压除氧水（1.8～2.2MPa）作为热媒—中间热载体，建立一个循环系统。1.8～2.2MPa左右的热媒水经热水循环泵加压后进入烟气换热器，在烟气换热器吸收烟气的高温余热，温升至175℃左右后进入空气换热器，加热加热炉所需的助燃空气，经换热后的热媒水返回热水循环泵入口，如此循环，源源不断将烟气中的热量传给助燃空气。另外为防止烟气换热器发生露点腐蚀，在空气预热器热媒水进、出口之间设置了一套旁通调节阀，用于控制空气预热器热量，确保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。同时系统中还设置了补水以及给烟气换热器管束表面自动吹灰的措施。工作原理见图3。
2.技术优势
根据工作原理可以看出：因为采用封闭回路的水作为热媒介质，可以保证在烟气侧的水有较高的入口温度，从根本上解决了低温腐蚀发生的原因。因而换热器的管子可以在外面使用翅片的方法增加换热面积，提高换热系数，减少咱占地面积。增加旁通阀，提高操作弹性与可靠性，并可以在保证壁温高于酸露点的同时，加大换热深度充分回收烟气中的余热，降低排烟温度，提高加热炉效率。
四、主要设备的结构及性能参数
根据我公司实际情况，将软水站来的除氧水接入整个系统，拆除原有的空气预热器设备以及基础，保留引风机，新增的2台热水循环泵统一布置在泵房。在装置大修期间实施无露点腐蚀空气预热装置，该装置由扰流子空预器、烟气换热器、空气换热器（布置在原热管空气预热器的位置上）、二台热水循环泵（一开一备）及相应的循环水管道等组成。主要设备的结构和性能参数见表1、2.3
五、实际操作控制说明
1.循环水系统的操作与控制
热媒水经热水循环泵升压后，进入烟气换热器取热，水温由130℃上升至175℃。外送5.5t/h热水至电脱盐和低压汽包，其余进入空气换热器加热空气；换热后的热媒水与旁路热媒水及5.5t/h给水补水混合后（130℃）返回循环水泵入口，如此循环运行。
为了检测运行工况，烟气换热器进、出口和空气换热器的出口均安装了温度测点，并在空气换热器的进出口管线上设置了旁路阀，通过操作该阀门，可以调节进空气换热器的水量，使循环水、空气、烟气出口的温度达到设计参数。
为提高热媒水循环的可靠性，水热媒系统中布置二台热水循环泵，一开一备，当一台热水循环泵跳闸停运时，另一台投运。在热水循环泵选型时要特别注意：因泵入口存在较高的压力，订货时要提醒供货商，否则会发生泵泄漏的可能，影响装置的正常运行。
2.烟气换热器的保护
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、出口之间设置一个旁通阀，控制空气换热器换热量，手动调节该阀门，控制烟气换热器的进水温度高于酸露点温度（暂定130℃，可修改设定）。
当热水循环泵热媒水入口温度（即烟气换热器进口水温）（TIC-301）低于130℃时，打开空气换热器旁通阀，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阀，降低烟气换热器进口水温，提高换热效率。 同时，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。
3.清灰
改造后的扰流子空预器和烟气换热器由于设计中消除了露点腐蚀，灰垢粘性低，成“干”态，为清除积灰创造了有利条件，原激波吹灰器利旧移位，停炉清灰可采取水冲洗。
六、无露点腐蚀空气预热装置的投用效果
无露点腐蚀空气预热装置自投用以来，运行状况良好，各项工艺技术指标及设备性能均达到设计要求。主要体现在以下几个方面：
1.两炉的排烟温度低于175度，热风温度维持在130～280度之间，充分体现了该装置的节能效果。
2.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、出口之间设置了一套旁通阀，用于控制，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。
3.无露点腐蚀空气预热装置可灵活调节烟气换热器的壁温，因而可以适应燃料的变化。即使燃料的含硫量较高，也可以通过旁路调节系统，将烟气换热器的最低管壁温度控制在露点温度以上，防止低温腐蚀。
4.可以适应加热炉负荷变化和短时间温度异常情况。无露点腐蚀空气预热装置的水温是可调的，因此排烟温度和热风温度可以灵活地加以控制，再加上管系中设置了安全阀，在循环泵故障、加热炉操作异常等情况下亦能保障设备的安全。
5.烟气换热器配备了全自动控制的激波吹灰器，通过定时吹灰，可有效去除烟气换热器的表面结灰，提高烟气换热器的传热系数和长周期运行的效果。
6.加热炉热效率由75%提高到90%左右，燃料油消耗降低，为我公司节能减排目标的完成做出了巨大的贡献。
7.无露点腐蚀空气预热装置成功应用解决了长期困扰余热回收设备的露点腐蚀问题，提高了节能效果。
七、经济效益分析
1.原热管空气换热器改成无露点腐蚀空气预热装置后，加热炉排烟温度可从改造前的～288℃，降低至175℃左右，可多回收热量1992kw，以燃油热值38898kJ/kg计算，每小时节约燃油184.4kg，以燃油价格2400元/吨，每年运行8000小时计算，每年可新增经济效益354万元以上；
2.由于取消电脱盐注水泵（18.5kW）、增加热水循环泵11kw，以每度电0.5元计算，每年节约电费3万元。
3.无露点腐蚀空气预热装置可以保证6年以上使用寿命，无需像热管空预器那样每年更换一批备件，每年可节约检修费约12万元。
以上两项合计，本次改造直接经济效益约369万元/年。
八、问题与建议
问题：从无露点腐蚀空气预热装置的运行情况看，控制空气换热器换热量是靠人工手动进行调节，极不准确，易造成系统的波动，又增加操作工的劳动强度，建议改为自控阀，增加与烟气换热器进口水温（TIC-301）自动串级控制，这样整个系统的操作将会更加稳定。在大修过程中，发现烟气换热器与空气换热器中间发现大量的附着物（见下图），换热器管束有腐蚀现象发生。初步判断：因目前常减压装置产生的瓦斯气被引入加热炉进行燃烧，因瓦斯气含硫量较高，发生露点腐蚀，但是因烟气温度在175℃以上，远大于酸露点，是如何发生露点腐蚀的，有待下一步进行研究讨论。
建议：因加热炉出来的烟气温度比较高，因此无露点腐蚀空气预热装置除了可以用来加热空气、锅炉给水外，还可以用于加热冷进料，非常有利于整个装置热量系统平衡与优化。这个可以作为以后的技术改造项目来进行实施。
作者简介： 熊卫兵（1972-），男，江苏泰州人，工程师，1995年毕业于江苏石油化工学院有机化工专业，现任中海油气（泰州）石化有限公司技改主管，从事技改项目管理工作。