炼厂管式加热炉炉顶隔热结构的设计.pdf

石 油 化工 设备 技 术 加 热炉 炼厂管式加热炉炉顶隔热结构的设计 溶 阳石 油化工工程 公 司 姚 稷天 以炼油厂 管式加 热炉炉顶膈热结构的设计为中一 ，叙述 了三十 多 _ _ -。一 年 来炉顶设 计与 使用的状况，分析 了存在 的问题，对几种 典型炉 顶的 散 热损失 连价、性能作 7比较，井指 出改进结 构与应 用新材 料对保 证 炉子安 奎生产的作 用 炼厂管 式加热 炉 炉膛温 度 以炉顶 为最 高，一般在8 0 0 左 右，因而 炉 顶 隔热 结构(以下称炉顶)的设计要比侧 端墙等难度 大，问题多。过去一些管 式炉 由于炉顶笨重 或设计不周，导致生产中耐火材料脱落，高 温烟气 上窜，给生 产带来 隐患与损 失，因此 寻求一种结构合理、经 济适 用安全可靠 的 炉顶对炼厂加热 炉的安垒 运行有重 大意义。3 O 余年 中，随着 生产的需要 与新型耐火 材料的研制 开发，先 后共有五 种型式的炉 顶 出现，即挂砖 炉顶 吊砖炉顶、耐热材里 炉顶 硅酸 铝耐火纤维炉顶 耐火砖 与耐火 纤维混合型炉顶(以下 称 I、I V型炉顶)。现 从四方面进行 论述。一、几种炉顶使用情况 1 I 型 炉 顶 5 0 年代 我国兴建 的斜顶炉 与方 帮炉，炉 顶为挂砖结构(见图】)。固定在炉顶梁上的挂 i 辩顶妒挂砖结构(I型炉珂)砖架，挂 以成组的异 型耐火砖 由于砖架用 耐 热 铸铁等制造，刚性较大，故 可挂重质粘土 耐火 砖。砖的四个面为迷 宫式干砌，从而保 证 了膨 胀量。这 种炉顶结 构可靠；坚 固 耐 用。但 由 于当时只 生产 容 重2 1 t m 重 质 粘土 耐火 砖，因此炉架 砖架结 构笨重，金属耗量较 大。2-最早使用的 I翌炉顶 6 O 年代末期，除焦化、减牯装 置的易结 焦炉子外，其余管式炉 由卧管改 为立管。为 便于立管装 卸，斜炉顶改 为平顶，同时 国内 也研制出容 重 为1 3 与1 O t m 的轻 质粘土 耐火砖，可减轻炉顶荷重。7 0 年代初，我们在安庆炼 厂一联 台投 用 的三 台管式炉上设计 了平顶的 吊砖 结构，每 台炉子炉顶面积为8 O m。，用 2 3 种 不 同砖 型 的轻质粘 土耐火砖(容 重 I 3 t m。)相配，组瓜 一个炉顶隔热屠，如 图2。为节省 吊挂金 图2 安庹厂平 顶吊砖 结构(型炉顶)属材料，在两 砖 间 搭有一块懒汉砖E-1 7。由于考虑不周，砖质量 又 差，生 产 中 许多 E l 7 耐火砖被挤裂、折断或脱 落(见图3)，使炉蕊 外壁板温度到8 5 8 8，局部掉砖处 维普资讯 http:/ 第 1 1 卷第 3 期 石 油化 工 设备技 术 的过程 中，耐火砖易发生 转动或倾斜，难 以 复位常被卡 住挤 坏 砖厚 1 2 0 ram，太厚，制 砖时烧不透，有 黑心。挂在 砖梁上的吊 砖钩应能 自由活动，但它被紧 把在 角钢 粱上，不能移动和摆动，当炉温变化造成膨胀力之 差时，使 砖在吊砖孔处 被拉 裂。圈3 安庆厂 炉顶砖 断裂 图 3 改进后的 I型炉顶 竞高达1 2 0!最后被迫停炉 全 部更换。随 后 在广 州炼厂 同样炉子 中也有掉 砖 情况 发 生。此 外这 种炉顶尚有 以下缺点：结构复 杂、砖型多。有的异型砖不对称，砖重心 和 支点反力形成力矩，在膨胀收缩 反复 进行 1 9 7 7 年 对九江炼厂一联 台装 置三 台立管 方箱炉进行设计时，对炉顶做 了改进(见 图 4)，炉顶砖型减少到5 种，采用直缝乎板砖 形(如图5)。图4 九 江炼厂 常压炉炉 疆结构 图 囝 图5 九江炼厂 炉顶用砖 取消懒汉砖，砖厚也 由原 I 2 0 ram减至6 5 1 3 1 1，并改 进吊钩，使砖 可 自由摆动，用 以 保证 左右膨胀力趋 向平稳。全炉 采用干、湿 砌 结合法，有横 杆贯穿的砖组 为湿 砌，各砖 组 间为干砌，四排砖闯空2 ram，填 放马粪纸 板，在 炉四周每六 串砖间也夹一层2 毫米马粪 纸板，烘炉后纸板烧损，保证膨胀尺寸。经 过长期生产考验，炉顶壁板最高温度为6 3，平均温度为4 4，证明这种改进后的大型平 顶 结构是可行 的。4 I盈炉顶 它是一种结构简单 施工方便的炉顶，近期在炼厂圆筒炉上普遍采用(如图6)这 里 毳 ，1：。l 壤 。炉 臂 目 圈6 圆筒炉炉疆耐 热衬 里圈(I型炉顶)维普资讯 http:/ 石 j 由化工 设 备 技 术 种炉顶在 壁板上焊有保温钉，并挂 以金属网，以便固定耐热衬里，并多以机械喷涂法施工，衬里耐压强度较高。我国的 I型炉顶，由于 施工 中原料与配 方控制不准，使水灰比不易掌握，生产运行 中炉顶衬里因胀缩往往产生较大裂纹，井难 以用修补方法 解决，需要 较大面积更换，这 给生产与检修带来不便。5 型 炉顶 近年来，耐 火纤 维已逐渐 应甩到管 式炉 上，产 品可在 1 0 0 0高温炉 膛 中 使 用，是 炼 厂加 热炉 良好 的隔热材料，图7 为圆 筒 炉 用的全耐火纤维 毡炉顶。这种结构虽有毡帽 保护锚 固钉，但仍有 许多热 量从锚 固钉金属 传 出。图8 为炉顶 耐火纤维毡 叠砌结 构，其 金属部 分不靠炉 内，减少 了热损。图7 耐火纤 维毡 炉顶结构(型炉顶)督动夹板 图8 耐火 纤维毡 叠砌 结构 6 V型妒 顶 对于生产条 件苛刻，炉膛温度 高达 l 0 4 0 的转化 炉，由于转化管较 多(每台炉子有 1 0 0 多根)，又都穿过炉顶，故 在 管 砖 5 2 0 mm范围内，采用硅酸铝耐火纤维为 隔热材 料，组成了混合型炉顶(见图9)。经过长期 生产实践，在转化管 产z 1 8 0 ram位移 量的条 件下，管子能 自由胀缩，炉顶无损坏脱落，技 术上取得 了明显 效果。l 皇 d 一 =织 F 2】；6 7 1 3 4 6 讨 呔纤维 砖 J 。一 +】-、I T Z 一 3 Z l 图9 转化炉混合型炉顶(V型炉顶)二、几种炉顶的比较 管式炉炉顶比较见 表l，从表 1 可 知，几 种炉顶 中以耐火纤维炉顶重量 最轻，散 热损 失琏小，其次是轻质高铝砖与高强轻质微珠 砖。粘土 耐火 砖炉顶重量较重，散热 损失 较 大，且造_偾又很高，已基本停用。耐热 衬里 热 损较 大，但炉 顶重 量较 轻，造价 不高，若 采取措施提高施工质量减少热损、仍有一定 的实用价值 耐火纤维是近期新研制的隔热 材料，目前价格较贵，约为高强轻质微珠砖 与轻质高铝砖的6 7 倍，还未大量采用。对炉顶采用的耐火 砖(见 表2)，以保 证抗压强度为前提，推 荐 采用容重 为1 o t n l。的，个别要求不高的小型加 热 炉 也可 以 采用容重0 8 t m。的耐火砖。在 采用轻质 耐 火砖时，应优先选用高强轻质微珠砖，这种砖 价格 不高，其抗压强度为 同类型耐火砖的2 倍 多，导热系数又比同类型耐火砖小，这对 于 维普资讯 http:/ f ，I 第 1 1 卷 第 3 期 石 油 化 工 设 备技 术 带 顶各隔 热晨厚 度 mm 护 顶总厚 度 mm 炉 顶内壁 温度 层 温度 栌 疆扑壁 温 度 (大 气 温度 以2 0 计)单 位散热 损失 W m 单 位炉顶 重量 g m l单位炉顶氇愤 l元 m 2 l盥 散 热损 失相对 比例 2 3 0+1 O 0 330 800 e 53 70 1 0 B1 801 31 86 】8 0 1 8 0 800 设 此墙 为 1 1 8 0 1 8 0 8 0 0 t 02 7 t 8 4 33 5 褒 2 几种耐 火砖 的 主要 性 能 比较 比较项目 件 稠密 度 不 大 于 耐 火度，不低 于 常 温耐 压 强壹-不 小于 重 烧线 收缩 不大 于 试 睑温壹 2 小 时 导热系数(平均温度 35 0士 l 0 1 _ i质 土砖 J 然l 一 1 一I l(Q )一 a I(Q N)一 。一 。l T l _。厂 一 l _。l _。一 曼 高 强轻质 微璩砖 QGZ 1 0 l 4 00 (3 5 0 4-2 5)提 高炉顶寿命与防止胀缩隐患较为有利。三、施工与检修 炉顶 的施工 与检修属 高空作业，常 需搭 设脚手架，有的炉子辐射室高度超过l 2 米，搭 架子 的工作量很大，这 给炉顶施 工与检修 带 来很 多困难。耐火砖炉顶只要结构合理，材质优 良，一般运 行2 v 3 个周期(每个周 期约l v 1 5 年)可 以不大修，只 作局 部小 修就可维 持长 期生 产。耐 火纤 维炉顶重 量轻，施 工方 便，可在 现场裁剪，施工 中不需预 留膨胀缝 但 在生 产运行中，由于炉膛内气流匣复 冲刷嘻损，使 靠近炉 内的耐 火纤 维层 易松 动脱落，从而 需要 经常检 查与维修 耐火衬里炉顶可以采用机械喷涂，施工 比砌砖方便，但施工前要预制模具 模具装 卸比较寐烦 机械喷涂时衬里由于回弹，实 际配比出入较大，造成施工质量不好。运行 中碰到炉膛超温，将 会使炉顶产生 不规则的 宽裂缝 这 种裂 缝很难进行局 部修 补。机械 喷涂有5 0 嘶回弹料落 入炉底，清 渣 工 作量 大，对炉底质 量也 有所影 响 四、几点看 法 1 从经济适甩与安全可靠方面考虑，在 全国炼广现有近千台管 炉中，以耐火砖炉 鲫 呲 三 兰瑚 T 0 0 8 0 1 i 8+址帅 船0 鹅 n v 1 5 2 维普资讯 http:/ 石 油 化工 设 备技 术 顶 为最多，其次是耐热衬里 与 耐 火 纤 维炉 顶。耐火砖的耐温耐 蚀 好，强 度 高、寿命 长，制 造与施 工经验也较 多，其中又以轻质 耐 火砖，如轻质 粘土砖、轻 质 高 铝 砖 比较 好。目前平 顶山耐火材料 厂研制 出的高强 轻 质 微珠 砖是 8 0 年 代国内新产 品，这种砖是 由 电站 锅炉煤粉灰收集 物硅酸铝 空心微珠 为主要原料，经机 压成 型、高温烧结而成，具有重 量轻，保温性能 好、耐火温度高 以及 耐压强度大 等优 点。这种砖隔热好，能大幅 度 节约能源，是一 种用途广 泛，经 济效益显 著 的新型优质 节能产品，已在南京炼厂转化 炉投用，是 用耐 火砖傲 炉顶较理想的隔热材 料。为减轻炉顶重量，可采 用与轻质砖抗压 强 度相 当的GQZ 一 0 8 微 珠 砖，采用 此砖炉 顶重量可减轻 I 6，缺 点是 结构设 计 出衬里 和 陶纤复杂，造价 也略高。2 耐热 衬里具有可塑性 与整 体性，便于 复杂结构的成型，成本低廉、密封性能好，使用寿命长，具有较好的技术经济效果。美 国等西方 国家积极推荐采用 耐热衬里结构，而且不用金属丝网加固，他们认为用衬里可 保 证炉子严 密性，防止热量散 失 与 减 少热 损，他们有 一整 套完整的配 比规范与 多年实 践经验。过去我 国对耐热衬里的深入研究 不 够，主要是缺少完整、成熟的规范与施工经 验。近期我 单位 与洛耐所、平顶山耐火材 料 厂共同研制了用轻质砖砂为主要骨料，配入 其他耐火材料的 L C R 耐热浇注衬里，最 高使 用温度为 1 S O 0 以上，主要 性能 达到国 内先进 水平，并逐渐在工业生产 中投用，缺 点是 不易搞 保温层，热损失较大。3 耐火纤维毡(毽)做炉顶 可使炉顶 简化，使炉架荷载大大减轻，不 必 留 膨 胀 缝，但它 不耐久，怕水与气流冲刷。对于小 圆炉或技术难度大，操作条件苛刻的转化炉 炉顶，如 v型炉顶可 采用 或 局部 采 用 此 结 构。目前耐火纤维产品价格较贵，但其容重 很轻(1 3 0 2 2 0 k m。)，与其他耐火材料 相比，单位表面积造价相近，仍有一定的竞 争力。最近河 南陕县 电器厂又研制一 种 0 5 氧化铝 耐 火纤维，耐温 1 6 0 0，一般可长 期用 于 1 4 0 0 炉膛 中，这 对于个 别操 作条 件 苛刻 的部 位，生产 中发 生掉 砖但要求 不停 炉 进 行局部修补 的部位及炉顶温 度较高 的顶烧 炉 型是 一种 良好 的隔热材 料。4 为合理使用材料，可根据不 同部位 的 温度采用不同材质的炉衬，组成复合材料。耐火纤维与岩棉板组成 的 复 合 层，可节省 2 0 的投资。但 由于 炉顶处于 重要 部位，目 前还未采用复合材料 仅 用于端墙 和侧墙。总之，炉顶设计 的好 与坏直接 关系着 炉 子安全生产与全装置的正常运行，对保证 总 体经济效益起着很重要的作用。加热炉设计 者近年来 对加 热炉如何 高效、节 能 较 为 重 视，但 对炉顶的设 计注意得 还不够，其实这 方面 还有不少工 作可 做。本文 对烁厂加热炉 炉顶结构做了初步比较，以期引起加热炉专 业人员的重视，希望能探讨出漫好的新炉顶 来。(率文犏辑尹朝曦)碳钢水冷器防腐涂层 燕化公司化工一厂自1 9 7 9 年以来，在碳 钢水冷器上应用c h 一 7 8 4 涂料，先后涂裴换热 器 4 B 台，总面 积5 1 O 0 0 m。采用防腐涂层 的优 点；(1)寿命 长。该 厂采用 c h-7 8 4 涂料，最 长的 已使用 1 2 年，可与国外索 卡酚涂料 相 比 美。(2)节约钢材和资金。以换热面积1 3 4 1 m。换热器为例，采用防腐涂层前，使用二 年 就报废，年平均耗用4、8 万元。而涂漆一次仅 需3 0 万元，可使用十年。(3)节约劳力。不 涂漆的换热器除垢要几百人用十来天，涂漆 后只需 几人用二天时间。(张维忠摘 自 腐蚀与防护简讯，1 9 8 9 年第9 期)I 维普资讯 http:/