高效致密型陶瓷纖維襯里在加熱爐上的應(yīng)用

姚慶（大連石化分公司科技管理處）

高效致密型陶瓷纖維襯里在加熱爐上的應(yīng)用

姚慶（大連石化分公司科技管理處）

文中介紹了高效致密型陶瓷纖維襯里在4.5×106t/a蒸餾裝置常減壓加熱爐上的工業(yè)應(yīng)用情況，應(yīng)用結(jié)果表明，該襯里不僅有抗露點(diǎn)腐蝕的特點(diǎn)，而且具有保溫效果好，散熱損失小的特點(diǎn)，達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能效果。

加熱爐 陶瓷纖維襯里 保溫 節(jié)能效益

加熱爐襯里的作用是使?fàn)t子在運(yùn)行過程中能承受高溫?zé)岷?，抵抗化學(xué)侵蝕，減少熱量損失，并具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以保證加熱爐內(nèi)熱交換過程的正常進(jìn)行。材料選擇科學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、施工質(zhì)量優(yōu)良，是改善加熱爐熱工性能和提高襯里使用壽命、保證設(shè)備長周期運(yùn)行的主要途徑。

由于原油含硫量的上升，加熱爐燃料攜帶的硫物質(zhì)增加，煙氣中SO2上升，襯里腐蝕加劇，造成襯里腐蝕脫落，直接危害到鋼結(jié)構(gòu)，不僅增加了散熱損失，也帶來了安全隱患，影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，需要開發(fā)和應(yīng)用新型加熱爐隔熱襯里，確保加熱爐高效、長周期運(yùn)行。溫度的變化，H2SO4凝結(jié)在爐壁板，發(fā)生低溫硫酸腐蝕。SO2與水蒸氣化合生成亞硫酸氣，它的露點(diǎn)溫度低，在較低溫度下凝結(jié)，發(fā)生低溫亞硫酸腐蝕。

圖1 錨固釘根部轉(zhuǎn)角部斷裂脫落、保溫釘直桿部斷裂圖片

1 改造前松散型陶纖襯里存在的問題

450×104t/a蒸餾裝置常減壓加熱爐上原來采用松散型陶瓷纖維襯里，該襯里透氣度大，無結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，含硫煙氣竄入?yún)R集后濃度變大，在露點(diǎn)溫度下使錨固釘從頂部到根部發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致脫落或斷裂，最先發(fā)生部位是爐墻與爐頂相交部位，即爐頂向下1～2 m的部分，見圖1。

造成腐蝕的原因是含硫煙氣，其主要成份為CO2、SO2、H2O、N2、O2。由于燃燒室中有過量的氧氣存在，因此有少量SO2轉(zhuǎn)化成SO3，當(dāng)煙氣溫度小于400℃時(shí)，SO3與水蒸氣化合生成稀硫酸。含硫煙氣滲透過襯里到達(dá)壁板，延壁板上升到達(dá)爐頂與爐墻相交部位后聚集，濃度達(dá)到最大，隨著環(huán)境

為了解決襯里脫落和傳熱效果差等問題，2010年6月利用停工檢修，在4.5×106t/a蒸餾裝置常減壓加熱爐上首次采用高效致密型陶瓷纖維襯里，加熱爐投入運(yùn)行后，該襯里不僅防止了腐蝕脫落，也提高了保溫隔熱效果。

2 新型致密襯里的特點(diǎn)

致密型陶瓷纖維復(fù)合襯里包括阻隔防腐涂料、組合陶瓷保溫釘、改性輕質(zhì)低導(dǎo)澆注料（≤700 kg/m3）和致密型耐火纖維噴涂襯里［(360±25)kg/m3］。該襯里結(jié)構(gòu)采用了新材料、新工藝，克服了磚、輕質(zhì)耐熱襯里結(jié)構(gòu)熱量損失大、平均體積密度大、鋼材用量多造價(jià)高以及傳統(tǒng)耐火纖維襯里結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差、抵抗煙氣侵蝕差等缺點(diǎn)。從襯里的使用功能考慮，同時(shí)強(qiáng)調(diào)了襯里的阻氣性能和絕熱性能，在襯里的不同部位選用不同的材料，最大限度體現(xiàn)了襯里材料本身的物理性能，襯里結(jié)構(gòu)見圖2、圖3。

2.1 阻隔防腐涂料的特點(diǎn)

阻隔防腐涂料在-26～220℃的溫度范圍內(nèi)使用時(shí)，防腐涂層具有永久韌性，不易氧化。在使用過程中，涂層不會風(fēng)化、硬化或液化，可與鋼結(jié)構(gòu)一起膨脹或收縮。該涂料為無溶劑單組分涂料，并且不要求對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行費(fèi)用較高的特殊處理，只需用鋼絲刷清理表面即可，使用安全方便?？捎糜诟黝惣訜嵩O(shè)備防護(hù)、錨固支撐件保護(hù)；沒有有害的溶劑，無揮發(fā)氣體；韌性持久，無裂紋；適用溫度大：-26～220℃；抗?jié)?，不滲水；化學(xué)穩(wěn)定性能好，抗腐蝕性能良好；不易燃，熱穩(wěn)定性好；表面準(zhǔn)備工作簡單迅速；使用安全、容易刷涂。阻隔防腐涂料的物理特性見表1。

圖2 爐墻襯里結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 爐頂襯里結(jié)構(gòu)示意圖

表1 阻隔防腐涂料的物理特性

2.2 組合陶瓷保溫釘?shù)奶攸c(diǎn)

組合陶瓷保溫釘有兩種型式，即：陶瓷保溫釘和錨固釘。

陶瓷保溫釘表面的陶瓷具有高強(qiáng)度和耐高溫性能，材料本身的導(dǎo)熱系數(shù)小于金屬結(jié)構(gòu)錨固件。采用組合陶瓷保溫釘提高了錨固件的抗熱腐蝕性，降低了錨固件的傳熱率，從而降低了外壁溫度，減少了加熱爐壁的散熱損失，降低了因內(nèi)部應(yīng)力折斷的概率，保溫釘結(jié)構(gòu)見圖4。

錨固釘金屬部分釘型、尺寸和設(shè)置密度執(zhí)行72T277/02-2006《石油化工管式爐雙層襯里錨固釘工程技術(shù)條件》規(guī)范，材質(zhì)為304。在錨固釘焊接前對爐體內(nèi)壁進(jìn)行除銹處理，錨固釘與爐體內(nèi)壁采用連續(xù)焊，不采用點(diǎn)焊，全部焊接完畢后要對爐體內(nèi)壁進(jìn)行噴砂處理，錨固釘結(jié)構(gòu)見圖5。

圖4 爐頂保溫釘結(jié)構(gòu)

圖5 爐壁錨固釘結(jié)構(gòu)

2.3 改性輕質(zhì)低導(dǎo)澆注料的特點(diǎn)

（1）改善了施工性能。由于粉體結(jié)合劑的加入提高了材料的和易性能，可在不需支模板及錨固釘存在的條件下采用涂抹法施工。

（2）提高了材料性能。粉體結(jié)合劑的加入提高了密實(shí)度及微真氣孔，從而降低了導(dǎo)熱系數(shù)，提高了隔熱性能，透氣度也因此降低，抗煙氣的滲透性能提高；結(jié)合劑組分中包含常溫促凝組分和高溫組分，不僅保證了常溫強(qiáng)度，使常溫狀態(tài)形成襯里強(qiáng)度穩(wěn)定，而且保證了形成襯里的高溫強(qiáng)度，且燒后強(qiáng)度更大，克服了傳統(tǒng)澆注料采用水泥作為結(jié)合劑使高溫強(qiáng)度低而影響使用壽命的缺點(diǎn)。

（3）改性輕質(zhì)澆注料形成襯里質(zhì)量輕，整體性能強(qiáng)。

（4）改性輕質(zhì)澆注料施工對異型部位的處理更好，施工簡便、速度快。與常規(guī)澆注料的對比見表2，澆

表2 澆注料技術(shù)指標(biāo)對比

注料涂抹和安裝后的保溫釘情況見圖6和圖7。

圖6 澆注料涂抹

圖7 澆注料施工后安裝陶瓷保溫釘

2.4 致密型耐火纖維襯里的特點(diǎn)

（1）致密型耐火纖維襯里提高了其材料性能：降低了透氣度，提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和密實(shí)度。無機(jī)高溫結(jié)合劑采用國際先進(jìn)的粉體技術(shù)，為純無機(jī)型高溫結(jié)合劑，Al2O3、ZrO2、SiO2結(jié)合劑有效組分的比例可根據(jù)使用溫度的不同進(jìn)行調(diào)配，可有效地保證無機(jī)結(jié)合劑的耐火度。

（2）致密型纖維襯里是在現(xiàn)場用耐火纖維散棉與無機(jī)高溫結(jié)合劑采用特殊噴涂的方法直接成型，不存在施工接縫，致密型纖維噴涂料的噴涂和修補(bǔ)見圖8和圖9。噴涂襯里的過程中，纖維呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，克服了纖維收縮的內(nèi)部應(yīng)力，高溫下襯里不會產(chǎn)生定向收縮，避免了收縮裂縫，提高了窯爐的熱效率。

圖8 致密型纖維噴涂施工

圖9 致密型纖維噴涂修補(bǔ)料施工

（3）阻隔防腐涂料作為防腐層還具有阻氣作用，致密型耐火纖維襯里作為隔熱耐火層，改性輕質(zhì)低導(dǎo)澆注料襯里作為阻氣層，并具有隔熱作用，具體性能參數(shù)對比見表3。

（4）錨固件數(shù)量少，且全部埋在纖維層里，可以有效防止釘頭燒損，避免熱短路。

（5）便于舊爐改造，可在不拆除爐管的情況下施工，節(jié)約時(shí)間；襯里施工完畢后不需烘爐，可減少停工損失。

表3 纖維噴涂襯里技術(shù)指標(biāo)對比

（6）干燥、燒后耐壓強(qiáng)度提高，大于0.2 MPa，提高了抗氣流沖刷的能力，延長了纖維爐襯的使用壽命，透氣度小，可有效阻止煙氣侵蝕。

3 改造效果分析

在450×104t/a裝置常減壓加熱爐采用高效致密型陶瓷纖維襯里，投入運(yùn)行后，收到了較好的應(yīng)用效果。

3.1 改造后爐體外表面溫度變化情況

2010年10月在溫度19℃、東北風(fēng)3～4級的環(huán)境條件下，進(jìn)行加熱爐外壁溫度測試。

常壓爐實(shí)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為基準(zhǔn)環(huán)境溫度（基準(zhǔn)溫度15.6℃），取平均值后的常壓爐外壁平均溫度為44.1℃。

減壓爐實(shí)測溫度轉(zhuǎn)化為基準(zhǔn)環(huán)境溫度（基準(zhǔn)溫度15.6℃），取平均值后減壓爐外壁平均溫度為45.3℃。

具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 按基準(zhǔn)溫度15.6℃轉(zhuǎn)化后的常壓爐外壁溫度

加熱爐在滿負(fù)荷運(yùn)行的情況下，常減壓爐外壁溫度在50℃以下，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)比改造前降低15℃。實(shí)踐證明，高效致密型陶瓷纖維襯里保溫性能良好，減少了散熱損失。

表5 各種隔熱襯里性能對比

3.2 隔熱襯里性能對比前降低10～15℃，有效減少了爐體表面的散熱損失；同時(shí)，保溫釘頭采用陶瓷襯套，解決了露點(diǎn)腐蝕問題，避免了高硫燃料產(chǎn)生的煙氣對襯里保溫釘?shù)膿p害，保證了加熱爐長周期、高效運(yùn)行。

加熱爐常用襯里結(jié)構(gòu)形式及優(yōu)缺點(diǎn)對比見表5。

5 結(jié)論

[1]錢家麟管式加熱爐[M].2版.北京:中國石化出版社，2005.

采用高效致密型陶瓷纖維襯里后，4.5×106t/a蒸餾裝置加熱爐在滿負(fù)荷情況下運(yùn)行，爐壁溫度低于50℃（以基準(zhǔn)溫度為15.6℃進(jìn)行轉(zhuǎn)化），比改造

Application of High Density Type Ceramic Fibers Liner in Heating Furnace

Yao Qing

Heating furnace，Ceramic Fibers Liner，Heat insulation，Energy-saving

10.3969/j.issn.2095-1493.2011.01.008

2010-12-23）

姚慶，1992年畢業(yè)于撫順石油學(xué)院石油加工專業(yè)，高級工程師，多年來一直從事煉油工藝技術(shù)管理和節(jié)能工作，地址：遼寧省大連市甘井子區(qū)中街1號，116032。

The applications of High Density Type Ceramic Fibers Liner in heating furnace of 450×104t/a distillation unit are introduced in this paper.This liner not only has anti-dew point corrosion,but also has good heat insulation and less heat loss,and achieves the expected energy-saving effect.