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        高效致密型陶瓷纖維襯里在加熱爐上的應(yīng)用

        2011-11-07 07:12:10姚慶大連石化分公司科技管理處
        石油石化節(jié)能 2011年1期
        關(guān)鍵詞:煙氣施工

        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(guò)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(guò)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?jī)?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(zhǎng)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(lái)了安全隱患,影響了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。因此,需要開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新型加熱爐隔熱襯里,確保加熱爐高效、長(zhǎng)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(wèn)題

        450×104t/a蒸餾裝置常減壓加熱爐上原來(lái)采用松散型陶瓷纖維襯里,該襯里透氣度大,無(wú)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(jiàn)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(guò)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(guò)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(wèn)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(jiàn)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(guò)程中,涂層不會(huì)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(wú)溶劑單組分涂料,并且不要求對(duì)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?lèi)加熱設(shè)備防護(hù)、錨固支撐件保護(hù);沒(méi)有有害的溶劑,無(wú)揮發(fā)氣體;韌性持久,無(wú)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(jiǎn)單迅速;使用安全、容易刷涂。阻隔防腐涂料的物理特性見(jiàn)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(jiàn)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(duì)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(duì)爐體內(nèi)壁進(jìn)行噴砂處理,錨固釘結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(duì)異型部位的處理更好,施工簡(jiǎn)便、速度快。與常規(guī)澆注料的對(duì)比見(jiàn)表2,澆

        表2 澆注料技術(shù)指標(biāo)對(duì)比

        注料涂抹和安裝后的保溫釘情況見(jiàn)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(wú)機(jī)高溫結(jié)合劑采用國(guó)際先進(jìn)的粉體技術(shù),為純無(wú)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(wú)機(jī)結(jié)合劑的耐火度。

        (2)致密型纖維襯里是在現(xiàn)場(chǎng)用耐火纖維散棉與無(wú)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(jiàn)圖8和圖9。噴涂襯里的過(guò)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(huì)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(duì)比見(jiàn)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(duì)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(zhǎng)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(jí)的環(huán)境條件下,進(jìn)行加熱爐外壁溫度測(cè)試。

        常壓爐實(shí)測(cè)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(cè)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(jiàn)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(mǎn)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(duì)比

        3.2 隔熱襯里性能對(duì)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(wèn)題,避免了高硫燃料產(chǎn)生的煙氣對(duì)襯里保溫釘?shù)膿p害,保證了加熱爐長(zhǎng)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(duì)比見(jiàn)表5。

        5 結(jié)論

        [1]錢(qián)家麟管式加熱爐[M].2版.北京:中國(guó)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(mǎn)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(zhuān)業(yè),高級(jí)工程師,多年來(lái)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(hào),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.

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