門曉亮(承德中灤煤化工有限公司)
當前我國焦化廠主要使用干法熄焦工藝進行生產(chǎn),同時干熄焦在生產(chǎn)中熄焦襯板是重要的使用部件,它貫穿著整個熄焦生產(chǎn)過程。當焦碳出爐時焦碳溫度會達到1100℃,焦碳通過牽引和提升運送到熄焦爐頂部,在這一期間焦罐中的熄焦襯板起到保護焦罐的作用,所以提高熄焦襯板使用壽命是提高焦罐運行效率的基本保證。
焦罐主要由結構骨架和襯板組合而成,襯板的主要功能是保證焦碳密封和焦罐結構不被燒壞,所以襯板要保證很強的耐高溫性,在實際使用的過程中焦罐倒錐部的襯板容易損壞,提高焦罐倒錐部的耐熱應力是保證襯板使用壽命的基礎。襯板處于高溫狀態(tài)下時會承受大量的熱應力,對溫度場的分析很重要,焦罐在儲焦的過程中溫度在逐漸升高,而襯板的溫度變化則處于一個瞬間變換的過程。
熄焦襯板在冷、熱差別較大的環(huán)境下會出現(xiàn)開裂和變形,造成焦罐的四角內(nèi)部出現(xiàn)損壞,同時在焦罐的內(nèi)部結構也會發(fā)生變形(橫梁、吊耳拉環(huán))。焦罐在固定中也存在較大缺陷,焦罐通常有一個固定點,這就使連接螺栓和螺母容易出現(xiàn)燒損、融化變形,這些因素會加劇熄焦襯板損壞。焦罐在運行中會產(chǎn)生多種荷載,主要來自焦炭自重、罐體運行、內(nèi)外溫差等方面,這些因素需要通過不同的方法進行控制,目前增強焦罐熄焦襯板的主要研究方面是針對溫差、材質(zhì)方面的研究。
在常年高溫環(huán)境下容易產(chǎn)生結構部件的熱疲勞現(xiàn)象,這是由于內(nèi)部所承受的熱應力不恒定,隨時發(fā)生變化所造成的,當材料在不同溫差下就會產(chǎn)生彈性形變的過程,這種變化在經(jīng)過積累就會形成一種勞損,這就是熱疲勞。在焦罐內(nèi)這種熱疲勞現(xiàn)象是循環(huán)發(fā)生的,熱循環(huán)的最高溫度和最低溫度差別越大,材料強度降低效果就越明顯。例如罐體內(nèi)的框架材料為Q235鋼材,這種材料在長時間的500℃溫度中的持久性和熱疲勞效果很明顯。同時當焦炭進入罐體內(nèi)時會產(chǎn)生很大的自重,這就使結構件的應力不斷加大。由于是熄焦襯板在經(jīng)過彎折后會被逐漸的釋放最后形成了疲勞開裂。
首先在材料選擇上要進行材料改進,建議采用新一號鋼材作為主體材料,新一號鋼的機械性能很強,尤其在耐磨損、耐脆熱、耐高溫、耐腐蝕、脆冷、抗氧化合金鋼鑄件等性能都要比普通材料性質(zhì)高出很多。在針對熄焦襯板可以使用雙螺栓進行改造固定,螺栓和螺母在連接完成要使用電焊焊死,建議螺栓和螺母都使用新一號鋼材制造。在進行襯板改造時要做到外框架和罐體同時改造,另外可以在襯板下部和罐體框架間進行加陶,通常采用15毫米厚的陶瓷纖維墊(耐熱1250℃2以上)并且使用高溫凝結劑進行粘接。
其次高性能鋼材能適應各種環(huán)境,尤其可以根據(jù)不同的環(huán)境進行操作性調(diào)整,罐體內(nèi)框架、外框架都不要低于Q235-A的鋼材進行焊接。襯板四角開裂問題也是影響鋼材使用壽命的主要因素之一,所以新的襯板可以使用熱彎型鋼代替軋制角鋼,這樣不僅能夠提高材質(zhì)的耐熱性還可以根據(jù)不同材料參數(shù)的抗彎模量、材料的高溫強度,來進行減輕襯板局部受力的改造。針對框架的局部變形可以使用增加框架數(shù)量的,可以將單排角鋼設計改為雙排設計,通過增加截面的方法提高截面的抗彎模量,使罐體的剛性可以得到增強。
最后解決焦罐的偏載問題也是延長襯板使用壽命的有效手段,我們可以通過通過改進推焦機,加大了罐口的尺寸,使問題得到了改善。以上改進措施通過生產(chǎn)實踐,取得了一定效果,延長了焦罐的使用壽命,使焦罐壽命由投產(chǎn)開始的不到1年提高到改造后的2—5年以上。但是,還存在一些問題,建議今后進行以下內(nèi)容的改造:
由于造成焦罐損壞的原因主要是熱應力,因此應多考慮提高材料的高溫機械性能。還應考慮焦罐圍護結構——村板的保護性能,即增大襯板熱阻,選用導熱系數(shù)低的材料,以降低焦罐結構的工作溫度,提高結構疲勞極限。改進焦罐的結構,將現(xiàn)在的由四角部角鋼聯(lián)接,改為封閉框架結構型式,同時將方架梁的截面由J型梁改為H型截面。這樣,材料在相同截面下每米重量可由38.86kg減為35.88k(減少約3kg),而截面慣性矩由1.57×107mm4提高到2.033x107mm 4,提高約29%;截面矩由182176mm3提高到192666mm 3,提高約6%。即在同樣載荷下,將梁的最大應力減少6%,而剛性可提高29%。
XX焦化廠焦爐型號為JN 60型干焦產(chǎn)量為110萬噸。罐內(nèi)溫度一般在1000攝氏度左右,這使罐內(nèi)熄焦襯板發(fā)生破裂和卷邊的現(xiàn)象同時襯板后部的框架結構上掛鉤在爐體工作時容易脫落,同時因為熄焦板破損出現(xiàn)整體脫落,嚴重影響了熄焦系統(tǒng)的正常運行,使排焦出現(xiàn)故障問題。經(jīng)過以上分析我們決定對熄焦襯板進行改造,首先在襯板安裝上進行結構改造,在原掛鉤的位置添加兩根螺栓,在利用白鋼墊板進行加固最后使用15Hm的螺拴將墊片和襯板同時固定在焦罐上,通過改造我們發(fā)現(xiàn)襯板的使用壽命被大幅度延長,同時在檢修的過程中可以對其他固定螺栓進行全面的檢查,使墊板發(fā)生碎裂、卷邊等狀況也不會出現(xiàn)脫落。
干熄焦罐在工作中承受了巨大的熱荷載,尤其是熄焦襯板處于易損的狀態(tài)下,延長襯板的壽命,可以降低生產(chǎn)成本提高焦罐的工作效率,盡量做到熄焦生產(chǎn)環(huán)節(jié)污染物的零排放,以實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、增效的目的。
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