水套加热炉的腐蚀分析和防腐措施(上)

2022-04-26 10:50:08| 浏览次数：

摘要] 该文调查了卧89井水套加热炉的腐蚀情况，结合设备维修和技术改进的现场经验，纠正了四川天然气田生产中设计水套加热炉只考虑硫化氢腐蚀，忽略烟气中二氧化碳腐蚀的论点。

关键词：水套加热炉腐蚀分析防腐措施

1 前言

重庆气矿卧89井属于卧龙河气田后期开采的石炭系气藏，在天然气的生产中该气井使用了一台水套加热炉。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 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，这次共掏出铁锈渣达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。

3 烟道堵塞的原因分析及腐蚀机理

3.1 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6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（Φ273×7×1500，6根Φ76×6×2500）减少为0.857m²（Φ273×7×1000），导致排出的烟气温度高达80～90℃（位置：风门处），带走的热量多，热效率低，保温效果差。

3.2 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Φ273×7×1500流进6根水平烟道Φ76×6×2500，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）:

3.2.1 甲烷占5%，完全燃烧，燃烧前后气体总体积不变

CH₄ +2O₂ → 2H₂O↑ + CO₂↑ + 热量Q

燃烧前总体积20m³：1m³CH₄，19m³空气（含氧气：19m³×20%=3.8m³）。

燃烧后总体积20m³：2m³H₂O（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）。

3.2.2 甲烷占15%，燃烧不完全，燃烧后气体总体积有增加

CH₄ +1.5O₂ → 2H₂O↑ + CO↑ + 热量Q

燃烧前总体积6.67m³：1m³ CH₄，5.67m³空气（含氧气：5.67m³×20%=1.13m³）。

燃烧后总体积7.04m³：1.5m³ H₂O（气态）（在烟气中的含量171.2 g/nm³，体积含量21.3%），0.75m³ CO（体积含量10.7%），剩余0.25m³ CH₄，4.54m³空气剩余量（氧气已用完）。

3.3 烟气中产生冷凝水

1999年2月11日17：00，阴天，大气温度11℃。卧89井生产参数：井口油压12.6MPa，套压13.6MPa，井口温度28℃，瞬产7.6万m³/d，使用水套加热炉保温，一级节流后压力11.2MPa，进水套加热炉前气流温度24℃，加热后，出水套加热炉后气流温度31.5℃；二级节流后压力10.7MPa，气流温度31℃；三级节流后压力5.9MPa（输压），气流温度14℃（即计量温度、输温，计量温度要求为12～18℃）；水套里的水温33℃，烟箱里的烟气温度22℃。烟囱、烟箱滴水严重。水套加热炉自耗气2.5 m³/h（计算出烟气的排量17.6～50 m³/h）。