單亞德 于鳳寶

　　中國石油遼河石化公司重整車間

　　摘要：

　　針對(duì)遼河石化公司新建60萬t/a連續(xù)重整裝置四合一加熱爐輻射室爐墻冬季施工成本高且不易保證質(zhì)量的情況，通過分析、計(jì)算、比較后采用內(nèi)壁刷防酸露點(diǎn)腐蝕涂料+50mm憎水型陶瓷纖維板CBD-100-340+一層阻氣鋁箔+150mm高鋁陶纖模塊CM-135-2(10mm陶瓷纖維毯CB-120-2)代替原設(shè)計(jì)的50mm輕質(zhì)隔熱耐火澆注料+150mm高鋁陶纖模塊CM-135-2(含澆注料側(cè)10mm陶瓷纖維毯CB-120-2)爐墻。使用效果表明,采用新方案不僅完全滿足設(shè)計(jì)要求，而且不受冬季施工環(huán)境的影響。

　　關(guān)鍵詞：加熱爐; 輻射室; 襯里; 變更;

　　1襯里施工的問題

　　遼河石化公司新建60萬t/a連續(xù)重整裝置四合一進(jìn)料加熱爐由中國石化建設(shè)有限公司設(shè)計(jì)。該加熱爐為四合一立式爐, 采用U型管箱式爐型，四爐共用同一輻射室，中間以磚墻隔開分設(shè)4個(gè)爐膛。爐管采用恒力彈簧吊架上部支撐。工藝介質(zhì)僅在輻射室加熱，爐膛內(nèi)根據(jù)工藝熱負(fù)荷分別布置多排U型管，并分別在輻射爐頂通過集合管與工藝管線相連_［1-3］。四合一爐上部為對(duì)流室，對(duì)流室設(shè)置熱工余熱鍋爐回收煙氣余熱_［4-5］。其結(jié)構(gòu)見圖1。

　　該四合一加熱爐輻射室爐墻設(shè)計(jì)為50mm輕質(zhì)隔熱耐火澆注料JM-100+150mm高鋁陶纖模塊CM-135-2(含輕質(zhì)隔熱耐火澆注料側(cè)10mm陶瓷纖維毯CB-120-2)。

　　根據(jù)裝置建設(shè)的實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃，四合一加熱爐襯里施工處于冬季。澆注料襯里施工規(guī)定_［6］,澆注料施工時(shí),環(huán)境溫度應(yīng)在5℃以上，否則應(yīng)采取防寒措施。襯里在冬季施工，環(huán)境溫度過低，會(huì)明顯影響澆注料襯里的使用強(qiáng)度，嚴(yán)重時(shí)還可能造成凍害。該加熱爐尺寸(長×寬×高)為28.6m×11.2m×15.4m，如保證澆注料施工所需的環(huán)境溫度，需要蒸汽保溫或烘爐，且澆注料為現(xiàn)場手工搗制，施工周期較長，冬季施工費(fèi)用將大幅增加。此外，50mm澆注料錨固件和150mm陶纖模塊錨固件需共同焊接在爐壁板上，澆注料無法實(shí)施支模澆筑，只能手工搗制，特別是爐頂襯里施工難度更大，無法保證施工質(zhì)量。

　　因此，在施工計(jì)劃不能改變的情況下，經(jīng)分析、計(jì)算和比較，提出輻射室爐壁襯里采用內(nèi)壁刷防酸露點(diǎn)腐蝕涂料+50mm憎水型陶瓷纖維板CBD-100-340+一層阻氣鋁箔+150mm高鋁陶纖模塊CM-135-2(10mm陶瓷纖維毯CB-120-2)代替原設(shè)計(jì)方案的方案。

　　2方案比較

　　2.1傳熱計(jì)算

　　設(shè)環(huán)境溫度為20℃，爐膛溫度設(shè)計(jì)值為750℃，根據(jù)SH/T 3115-2000《石油化工管式爐輕質(zhì)澆注料襯里工程技術(shù)條件》_［6］和文獻(xiàn)_[7]的傳熱計(jì)算公式計(jì)算輻射爐頂、爐墻散熱量。

　　爐頂外壁向環(huán)境散熱量按下式計(jì)算:

　　式中，q_１為爐頂外壁熱流密度，W/m²；t_ａ為環(huán)境溫度，t_ｃ為爐外壁溫度，℃。

　　爐墻外壁向環(huán)境散熱量按下式計(jì)算:

　　式中，q²為爐墻外壁熱流密度，W/m²。

　　爐襯熱面向冷面散熱按下式計(jì)算:

其中R=b/λ

　　式中，q_３為爐襯單位面積熱面向冷面?zhèn)鳠釤崃髅芏?，W/m²；tｋ為爐襯間溫度，℃；R為襯里熱阻，m²·K/W；b為襯里厚度，mm；λ為材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

　　2.1.1澆注料方案散熱損失計(jì)算

　　原設(shè)計(jì)輻射爐墻和爐頂襯里厚度200mm，從壁板側(cè)至向火面材料依次為50mm背襯輕質(zhì)隔熱耐火澆注料(JM100)+10mm陶瓷纖維毯(CB-120-2)+140mm高鋁陶瓷纖維模塊(CM-135-2)，導(dǎo)熱系數(shù)依次為0.13、0.07、0.15 W/(m·K)_［８］。爐溫750℃, 環(huán)境溫度20℃。

　　根據(jù)本例上述數(shù)據(jù),應(yīng)用式(1)、式(3)逐層計(jì)算可得爐頂?shù)耐獗跍囟?5.40℃， 爐壁的外壁溫度為59.40℃，散熱熱流密度為472.8W/m²。

　　2.1.2纖維板方案散熱損失計(jì)算

　　修改后輻射爐墻和爐頂襯里厚度仍然為200mm，從壁板側(cè)至向火面材料依次為50mm背襯憎水型陶瓷纖維硬板(CBD-100-340)+10mm陶瓷纖維毯(CB-120-2)+140mm高鋁陶瓷纖維模塊(CM-135-2)。各層導(dǎo)熱系數(shù)依次為0.08、0.08以及0.16W/(m·K)_［９］。爐溫750℃,環(huán)境溫度20℃。

　　同理, 根據(jù)本例上述數(shù)據(jù)，應(yīng)用式(1)~式(3)逐層計(jì)算可得爐頂?shù)耐獗跍囟葹?2.60℃，爐壁的外壁溫度為56.30℃，散熱熱流密度426.9W/m²。

　　2.2節(jié)能計(jì)算

　　將上述計(jì)算結(jié)果換算可知，采用50mm陶纖板方案可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能165240J/(h·m²)，折合標(biāo)油0.00365kg/(h·m²)，每年按8000h計(jì)算，可節(jié)約標(biāo)油31.62kg/m²。

　　2.3兩種方案的技術(shù)性能比較

　　原設(shè)計(jì)采用輕質(zhì)耐火隔熱澆注料作為背襯，可以阻止燃料含硫?qū)Ρ诎搴捅蒯數(shù)穆饵c(diǎn)腐蝕。修改后的輻射室襯里方案全部采用陶瓷纖維制品，假如燃料含硫，燃燒產(chǎn)生的煙氣中的SO₂會(huì)通過纖維制品的微隙到達(dá)壁板，低溫下生成H₂SO₄。為了防止壁板和保溫釘根部發(fā)生露點(diǎn)腐蝕，造成襯里的脫落，在壁板上涂刷工作溫度大于180℃的防低溫露點(diǎn)腐蝕涂料，同時(shí)在背襯憎水型陶瓷纖維硬板和高鋁陶瓷纖維模塊之間增加阻氣鋁箔，防止煙氣竄入壁板層。

　　澆注料方案和陶纖板方案的技術(shù)性能比較見表1。

　　表1. 澆注料方案和陶纖板方案技術(shù)性能比較

　　綜合以上對(duì)比分析，對(duì)遼河石化公司60萬t/a連續(xù)重整裝置四合一加熱爐輻射室襯里，選用內(nèi)壁刷防酸露點(diǎn)腐蝕涂料+50mm憎水型陶瓷纖維板CBD-100-340+一層阻氣鋁箔+150mm高鋁陶纖模塊CM-135-2(10mm陶瓷纖維毯CB-120-2)的襯里方案更合理。

　　3襯里施工

　　耐火陶瓷纖維制品不僅具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，而且還有低導(dǎo)熱率、低熱容量以及優(yōu)良的抗急冷急熱性，在長期使用溫度范圍內(nèi)纖維仍松散柔軟且富有彈性。

　　憎水型陶瓷纖維板、陶瓷纖維毯、高鋁陶瓷纖維模塊屬于定型產(chǎn)品，與輕質(zhì)隔熱耐火澆注料相比施工質(zhì)量容易控制。

　　根據(jù)陶纖制品設(shè)計(jì)施工規(guī)范［10］，阻氣鋁箔邊沿至少重疊175mm，且邊沿和開孔應(yīng)密封。為避免爐襯結(jié)構(gòu)因纖維收縮產(chǎn)生貫穿縫，接縫兩旁的耐火陶瓷纖維毯采用層間錯(cuò)縫搭接鋪設(shè)，搭接長度100mm，搭接方向與氣流方向一致，各層之間錯(cuò)縫在100mm以上，同時(shí)必須留有25mm以上的安裝壓縮量。

　　對(duì)于沿模塊折疊方向順次同向豎縫的排列方式，在模塊的排與排之間必須設(shè)置收縮縫，且必須用相應(yīng)等級(jí)的耐火陶瓷纖維毯對(duì)折后填入縫隙并擠緊。對(duì)于爐頂陶瓷纖維模塊須采用交錯(cuò)鑲嵌法排列形式，嚴(yán)格保證相鄰模塊互相抵消收縮量，應(yīng)特別注意模塊錯(cuò)角處的竄氣縫。

　　為確保襯里施工質(zhì)量，嚴(yán)格按照施工順序進(jìn)行，壁板除銹后將陶瓷纖維模塊螺栓焊接在爐壁板上，安裝憎水型陶瓷纖維板、阻氣鋁箔和陶瓷纖維毯。施工過程中特別注意錨固釘?shù)暮附游恢脩?yīng)準(zhǔn)確，嚴(yán)格控制誤差。

　　先將陶瓷纖維背襯毯安裝完畢，再安裝陶瓷纖維模塊。先安裝爐頂模塊，再安裝爐墻。爐墻陶瓷纖維模塊應(yīng)從底部開始向上安裝，陶瓷纖維模塊的排列方式多采用同向并列式排列，安裝完一排模塊后應(yīng)按照要求填充補(bǔ)償毯。頂與墻及墻與墻的連接處應(yīng)壓縮鋪補(bǔ)償毯。

　　錨固釘焊接前必須以壁板中線為基準(zhǔn)向兩側(cè)布線，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖樣進(jìn)行螺栓位置標(biāo)記，實(shí)際劃線中可能出現(xiàn)的尺寸累計(jì)誤差在最后一排螺栓位置體現(xiàn)。錨固釘必須垂直爐壁板焊接，螺栓相鄰中心距偏差不大于2mm，任意兩間距偏差不大于±3mm。焊接必須牢固，焊接完畢， 逐個(gè)錘擊、彎曲檢查焊接質(zhì)量，清除焊渣。此外，還必須注意保護(hù)錨固螺栓的螺紋。

　　陶瓷纖維模塊安裝完成以后應(yīng)仔細(xì)檢查，大于5mm的縫隙應(yīng)填塞陶瓷纖維補(bǔ)償毯，纖維毯填塞完畢后，用方木板將折疊模塊表面拍平，陶瓷纖維襯里表面必須拍平整、密實(shí)，套管處孔洞必須采用調(diào)整折疊層或用陶瓷纖維棉、毯填充密實(shí)。對(duì)模塊間的貫穿間隙必須用對(duì)折纖維毯或纖維棉填塞方式進(jìn)行修整。

　　背襯層平鋪必須嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求壓縮至要求厚度，毯間接縫層間必須錯(cuò)開，錯(cuò)開量不小于圖樣標(biāo)示值?？焖倏ㄆ仨毧ňo，防止反彈。模塊安裝應(yīng)逐塊、逐排安裝,確保螺母預(yù)緊到位。并列式排列時(shí)，注意排與排之間補(bǔ)償毯的安裝，嚴(yán)格按圖樣設(shè)計(jì)要求壓縮至規(guī)定厚度。

　　為防止脫落，補(bǔ)償條必須采用U型釘固定于已安裝完畢的陶瓷纖維模塊上。抽調(diào)護(hù)板、中心塑料管后，必須認(rèn)真檢查套管處孔洞及模塊間隙，邊角部位應(yīng)給于特別重視。

　　為確保四合一加熱爐陶纖板方案襯里施工質(zhì)量，車間專業(yè)技術(shù)員配合監(jiān)理單位共同監(jiān)督襯里施工，襯里施工的每處節(jié)點(diǎn)都由雙方進(jìn)行確認(rèn)。為了使煙氣在每層爐管中充分吸熱，在對(duì)流室爐管每層之間設(shè)有折流襯里。為了保證折流襯里施工質(zhì)量，這些關(guān)鍵部位選用支模單獨(dú)施工。

　　4使用效果

　　遼河石化公司新建6萬t/a連續(xù)重整裝置于2012-12-26成功投用，2013-01-24~27對(duì)該加熱爐進(jìn)行標(biāo)定，部分測試數(shù)據(jù)見表2。由表2可知，測試的加熱爐輻射室外壁溫度為-5~-9℃，實(shí)測加熱爐外壁平均溫度為3.075℃，爐壁溫度明顯低于設(shè)計(jì)值。

　　表2.四合一爐輻射室外壁溫度實(shí)測數(shù)據(jù)

　　遼河石化公司連續(xù)重整裝置四合一加熱爐投用至今未出現(xiàn)腐蝕跡象。排煙溫度為131.62℃。根據(jù)加熱爐熱效率計(jì)算公式得其熱效率為92.14%。

　　5結(jié)語

　　使用實(shí)踐表明，重整四合一爐輻射室選用內(nèi)壁刷防腐涂料+50mm纖維板+ 一層鋁箔+10mm纖維毯+140mm陶纖模塊，其爐內(nèi)壁上的防腐涂料及纖維板與纖維模塊間的阻氣鋁箔，既可以防止加熱爐壁板產(chǎn)生露點(diǎn)腐蝕，又可向爐膛內(nèi)反射回部分熱量，減少散熱損失，還可有效降低四合一爐體外壁溫度，使其在冬季生產(chǎn)時(shí)，爐墻壁溫可以降到5℃以下。此外, 由于受施工環(huán)境溫度影響不大可大幅降低冬季施工費(fèi)用。

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