武春雷

（天津大沽化工股份有限公司，天津 304500）

在平衡氧氯化法制氯乙烯的生產工藝中，氯乙烯裂解爐是最重要的設備之一，來自EDC精制單元的精EDC（純度99.53%以上），在經過二次預熱并氣化后進入裂解爐盤管中進行裂解，產生煙道氣用來預熱進料EDC并產生1.05 MPa的低壓蒸汽。

裂解爐盤管溫度最高工作溫度可以達到500℃，輻射段爐內壁的溫度可達1 000℃，而燒嘴周圍的溫度可以達到1 500℃以上，但是對于裂解爐外壁平均溫度要求在60℃以下，以保證熱損失在設計的合理的范圍之內。這就對裂解爐耐火水泥的耐火性能、保溫性能提出了很高的要求。由于箱式裂解爐的結構特點，對于水泥的強度也提出了很高的要求。因此，能否將耐火水泥精確而堅固的澆筑在爐體鋼板上，將直接影響到裂解爐的使用壽命和大修周期，對于今后的生產成本也有很大的影響。

天津大沽化新建裂解爐是意大TECHINP KTI公司專利，年生產能力為20萬t VCM。全爐分為3大模塊即輻射段、對流段和煙道段。考慮到中方施工的實際困難，對流段以及煙道段已經在生產廠家澆筑完畢，中方施工的部分為輻射段，包括箱底、主墻、側墻和穹頂，共有墻板33塊，面積合計708.61m2。輻射段所有墻板均在現(xiàn)場澆筑并養(yǎng)護后再進行吊裝，總工程量178.18 m3。

1 耐火材料技術信息及澆注信息

（1）耐火水泥又分為 3 種：Green light1.0.6、Green light K-LWL和CAST C1400L1。因功能不同，前兩種稱為絕熱材料，保溫性能好，澆筑在靠近爐墻板的內側。后一種稱為耐火材料，耐火性能好，澆筑在爐墻板外側，直接面對高溫輻射。這3種水泥的技術信息見表1。

（2）裂解爐各部位澆注信息見表2。

表1 耐火水泥信息表

表2 耐火水泥澆注信息表

2 施工程序以及主要施工方法

2.1 施工準備

（1）施工前的測試程序

a.安裝耐火材料前，施工隊的測試須在現(xiàn)場完成。

b.用耐火材料在一塊1 000×1 000 mm的白板上進行澆筑。

c.在完全干燥后，檢察員應檢查表面，并用500 gr的錘子輕輕敲擊耐火材料塊。在錘擊實驗后，檢查者應對錘擊聲音有滿意的結果，然后才能授權耐火材料的安裝。

（2）檢查錨釘

a.耐火材料最多處有3層，因此錨釘也有3種類型，第一、二層材料所用錨釘為雞爪型，在正中間有螺紋，第二、三層底部均帶有螺母以便連接在第一層上。錨釘結構見圖1。

b.檢查錨釘?shù)暮附游恢檬欠衽c廠商提供的圖紙一致。

c.隨機抽取焊點進行彎曲以及超聲波檢驗確保錨釘焊接質量良好。

（3）墻板處理

a.將預制好的墻板按照吊裝順序擺放在水平地面上，下面以枕木墊好，進行拼裝后用水平儀找平。

b.檢查所有的錨釘尖梢在同一高度上，且鋼板表面平整無大的缺陷及向內或向外彎曲。在澆筑第一層水泥時，鋼表面不平整可能會使錨釘被埋在耐火材料里，難以連接第二層錨釘。還可以免在澆注后安裝時發(fā)生尺寸錯誤。

圖1 錨釘結構

c.進行澆注前應當除去表面的灰塵以及銹皮，但不要用電動鋼絲刷將所有的銹跡除去，此行為將導致耐火材料的附著力下降。

（4）混凝土木模板的支設

a.板混凝土澆注以前，要進行木模板的支設，木模板要按照圖紙的澆注料詳細尺寸及厚度進行，輻射段的側墻板為3層混凝土，故木模板應支設3次，端墻板為2層混凝土，木模板應支設2次，模板的支設應當牢固，使混凝土澆注以后不產生變形，為防止漏漿，木板之間的縫隙應封堵嚴密，

b.木模板支設完畢后應再次檢查木模板支設的幾何尺寸是否與圖紙的尺寸相吻合，以做到準確無誤，在模板支設過程中如果遇到錨釘阻礙，應當在現(xiàn)場割掉該錨釘，并將其另外焊接在該板的另一地方以確保強度。

（5）混凝土的攪拌

澆注料的攪拌應采用機械攪拌，并選用強制式攪拌機，容量為250～350 L，澆注料的干料到入攪拌機內先攪拌1 min，然后開始加水，加水量為總需要量的3/4，再攪拌2 min，將剩余的1/4的水倒入攪拌機內，繼續(xù)攪拌2 min，使?jié)沧⒘铣浞謹嚢杈鶆驗橹?。各層耐火材料用水量見?。

表3 耐火材料用水量

2.2 混凝土的澆注

在混凝土澆注前應先對鋼筋的焊接，木模板的支設進行檢驗，檢查鋼筋焊接的質量，檢查木模板支設的幾何尺寸是否與圖紙的尺寸相吻合，模板的支設應當牢固，使混凝土澆注以后不產生變形。

澆注時，須分層澆注，采用棋盤式澆注方法，爐墻板的棋盤格的尺寸應在1 500 m×1 500 m的方格，層與層之間的方格應錯縫澆注，不能通縫。每一塊爐墻板的每一層要分2次澆注，每次澆注面積為1/2，每一次澆注完24 h以后拆木模板，再進行第2次澆注，澆注的方法是將攪拌好的澆注料用桶倒入木模的方格內，保溫澆注料（牌號 1.0.6LHS 和 K－LWL）只用木棍人工搗固，耐火澆注料（牌號C 1400LI）用機械插入式震動器搗固。澆注料搗固完以后，用木抹子進行找平，切勿使用鏟刀將耐火水泥鏟平，這會導致精密部件露出表面，進而導致耐火材料密封而延長干燥時間，最終會形成大量細微碰撞。粗糙且有滲透性的表面不僅用于加熱爐內部澆筑耐火材料，而且有利于自然風干和吹干時混合水的消除。

2.3 混凝土的養(yǎng)護

混凝土澆注施工以后應采取養(yǎng)護措施，該工程按照意大利關于裂解爐澆注料的施工說明和要求進行，在15～25℃的環(huán)境溫度下進行養(yǎng)護，該工程的施工季節(jié)正進入冬季施工，具體的冬季施工措施請詳見冬季施工措施的內容。

2.4 混凝土缺陷的修補

在施工和干燥后裂紋可能會出現(xiàn)，木模板的拆除不小心會碰掉混凝土的棱角，大于150mm×150mm孔隙，裂紋大于 2 mm，1.0～1.5 mm 寬，300 mm 長，需要修補，對于單層襯里有缺陷應鑿掉重新施工，多層襯里有缺陷，應去除直到露出保溫層重新澆注。

2.5 爐墻板的吊裝應具備的條件

爐墻板的吊裝前應首先檢查爐墻板的養(yǎng)護期的強度是否達到設計的要求，按照國內規(guī)范的要求是必須到達設計強度的50%～70%可以吊裝，否則不允許吊裝。

吊裝前應檢查爐墻板混凝土表面的幾何尺寸、厚度、板與板之間留設的膨脹縫的尺寸是否正確，混凝土表面裂紋等現(xiàn)象，如有問題需要處理后才能進行吊裝。

3 施工技術措施及質量要求

3.1 材料準備

（1）該工程所用筑爐的耐火材料均應滿足設計的各項指標，材料的供方應提供材料的合格證及材質證明。

（2）耐火澆注材料必須存放于防雨防潮倉庫內，如果露天堆放應采取防雨措施，防止材料雨淋受潮影響質量。國外到貨的耐火材料都在大型的集裝箱內儲存，在施工的過程中，用多少就取多少，不用的材料不要放在露天。

3.2 質量保證措施

（1）鋼筋鉤釘焊接，焊縫表面不得有飛濺物，外觀檢查不得有焊瘤、弧坑、氣孔等缺陷。

（2）澆注料的攪拌應采用強制式攪拌機械攪拌，達到拌和均勻。

（3）不應在攪拌好的耐火混凝土內任意加水或膠結料。

（4）已初凝的混凝土不得澆注。

（5）混凝土在施工前及施工過程中要用試模做試塊，試模的尺寸為 70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 的鋼模，每種澆注料做1組試塊，檢驗合格后出檢驗報告單方可施工，檢驗的項目為常溫耐壓強度，試塊的強度應按設計要求進行。

保溫澆注料牌號 1.0.6 L HS,常溫耐壓強度1.0～1.5 MPa；

保溫澆注料牌號K－LWL，常溫耐壓強度4.1MPa；

耐火澆注料牌號C 1400 LI，常溫耐壓強度25～30 MPa。

（6）澆注耐火混凝土用的模板應有足夠的剛度和強度，支模尺寸應準確，并防止在施工過程中變形，模板接縫處應嚴密，防止漏漿。

（7）吊裝爐墻板時混凝土的強度應達到設計對吊裝所要求的強度。

（8）耐熱混凝土的施工環(huán)境溫度應在5～25℃，養(yǎng)護溫度在15～25℃，低于以上溫度施工，應采取冬季施工措施。

3.3 爐墻混凝土施工質量要求及允許偏差

（1）隔熱、耐火澆注料爐墻施工完經檢查，表面無剝落、裂縫、孔洞等缺陷，有輕微的網狀裂紋；膨脹縫留設均勻、平直，位置正確，縫內清潔，并按規(guī)定填充材料，隔熱層施工符合設計要求。

（2）隔熱、耐火澆注料爐墻垂直度全高允許偏差15 mm；

隔熱、耐火澆注料爐墻表面平整度允許偏差10 mm；

隔熱、耐火澆注料爐墻厚度≤150 mm，允許偏差±5 mm；

隔熱、耐火澆注料爐墻厚度≥150 mm，允許偏差±10 mm。

4 冬季施工措施

（1）該裂解爐施工正處在2018年的11月，已進入冬季施工階段，天津塘沽地區(qū)11月的溫度應在0～10℃之間，按照意大利專家的要求，筑爐工程的施工環(huán)境溫度應在10℃以上，混凝土的養(yǎng)護溫度應為15～25℃，耐火澆注料的澆注和養(yǎng)護均要保證此溫度，因此，在此期間應采取冬季施工措施。

（2）首先在混凝土攪拌站要搭設保溫棚，棚子用鋼腳手管、石棉瓦搭設6m×10m約60m2的攪拌站。

（3）攪拌站用的水要確保在10℃以上，因此，現(xiàn)場應從生產區(qū)域接蒸汽管道，再用膠皮管將蒸汽送入水罐內，使水的溫度加溫至10℃以上，作為混凝土攪拌用水。

（4）現(xiàn)場的爐墻板的耐火澆注料的施工主要是隨若干塊護墻板在地面進行，在澆注完每一塊板后應立即采取保溫措施，具體做法是：在護墻板的下面鋪墊道木使護墻板處于水平狀態(tài)，當澆注料施工完以后用木條橫在上面，再用大型的防水帆布蓋在澆注完的墻板上的木條上面，四周帆布搭在地面上，四周用紅磚將帆布壓在地面上，帆布的上面再用一層草蓮子蓋好，將爐墻板的混凝土處于封閉狀態(tài)，然后再用膠皮管將蒸汽送到爐墻板的下面，蒸汽就通過爐墻板的若干個孔（燒咀和窺視孔）進入混凝土的表面進行養(yǎng)護溫度控制在15～25℃，既保證養(yǎng)護的溫度，又有一定的濕度。

5 裂解爐散熱損失計算

（1）根據(jù)熱傳導理論，爐墻散熱損失計算應分為平壁和圓筒壁兩種。當圓筒壁內徑與外徑之比大于0.5時，可近似按平壁計算。因此，石油化工廠管式加熱爐爐墻散熱損失計算，均可以按平壁方法計算。

通過平壁爐墻的散熱損失可按公式（1）計算：

式中：Q—爐墻散熱量，kW；

F—爐墻面積，m2；

q—爐墻散熱強度，kW/m2；

T1—爐墻內壁溫度，K；

Ta—爐體附近大氣溫度，K；

Tn—爐墻外壁溫度，K；

δi—多層爐墻各層壁厚，m；

λi—各層爐墻相對應材料導熱系數(shù)，kW/m2·k；

an—爐墻外壁對空氣了的給熱系數(shù)，kW/m2·k。

顯然從公式（1）可以看到，爐墻散熱量的多少與爐墻面積成正比，并受爐墻厚度和爐墻導熱系數(shù)的影響。爐墻越厚，爐墻對應材料的導熱系數(shù)越小散熱越少。這也是爐墻采用不同種耐火材料的原因，在不同的爐強溫度區(qū)間選擇最佳的保溫材料，能有效地防止熱量損失。而爐墻的厚度和對應材料的導熱系數(shù)最終影響的爐外壁溫度，在爐墻面積和爐墻外大氣溫度無法改變的情況下，爐墻散熱量與爐外壁溫度直接相關，所有的保溫措施都是為了有效降低爐外壁溫度。在筑爐完成后，可以檢查爐外壁溫度，以確認筑爐的質量。

（2）爐墻外壁對空氣的給熱系數(shù)的計算。

A—與爐壁表面散熱有關的系數(shù)，一般取A=2.2。

4.54 —爐墻外壁黑度一般為0.8，外界空間的黑度可取為1，絕對黑體表面的輻射系數(shù)為5.67，則5.67×0.8×1=4.54。

最終可以將爐墻的散熱損失公式表示為如下形式：

此次筑爐為輻射段箱體，外形尺寸為：長24.74m，高 10.19 m，寬 3.22 m，按六面體算得 F=729.2（m2）

Ta=15.4℃，按2006年10月份烘爐時平均氣溫計算。

爐膛溫度在正常工作溫度670℃時，測得外壁平均溫度Tn=43.1℃。

假設在無風的條件下，編制了外壁溫度Tn與爐墻熱損失Q之間的關系表，表中還根據(jù)爐墻熱損失，折算出了消耗的天然氣量以及全年的天然氣消耗費用。天然氣熱值按8 000 kCal/m3（33.5kJ）計算，天然氣單價按1.6元/m3計算，全年按8 000 h操作時間計算。爐墻散熱損失及天然氣消耗表見表4。

6 結論

VCM三期裂解爐輻射段爐壁實際測量后計算的單位熱損失為0.14 kW/m2，僅為設計熱損失量（0.62～0.73 kW/m2）的 1/4，顯示出極好的澆鑄質量。熱損失折算天然氣量為10.9 m3，占到總天然氣用量的10.9/2 000=0.55%，考慮到輻射段占大部分爐體體積，因此估算總熱損失不會超過總熱量的1%，再加上實際測量時平均氣溫為15.4℃,略高于天津市年平均氣溫12.3℃，仍然可以推算年平均爐壁熱損失小于工業(yè)爐平均熱損失（1.5%～3%），屬于非常好的水平。在測量爐壁溫度的過程中，發(fā)現(xiàn)內壁有裂紋的地方，爐外壁溫度會異常升高，而在VCM二期裂解爐內壁裂紋較多，爐外壁溫度明顯高于VCM三期裂解爐。VCM一期裂解爐因為運行時間較長，溫度也較高。從表4中可以看到溫度每升高10℃，每年就要多消耗6萬～10萬元的天然氣。爐壁損失的熱量不大，但長久運行，仍然不可忽視。

表3 爐墻散熱損失及天然氣消耗表