單亞德 于鳳寶

　　中國石油遼河石化公司重整車間

　　摘要：

　　針對遼河石化公司新建60萬t/a連續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量的情況，通過分析、計算、比較后采用內壁刷防酸露點腐蝕涂料+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)代替原設計的50mm輕質隔熱耐火澆注料+150mm高鋁陶纖模塊CM-135-2(含澆注料側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計要求，而且不受冬季施工環境的影響。

　　關鍵詞：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連續重整裝置四合一進料加熱爐由中國石化建設有限公司設計。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4個爐膛。爐管采用恒力彈簧吊架上部支撐。工藝介質僅在輻射室加熱，爐膛內根據工藝熱負荷分別布置多排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］。四合一爐上部為對流室，對流室設置熱工余熱鍋爐回收煙氣余熱_［4-5］。其結構見圖1。

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

　　根據裝置建設的實際進度和計劃，四合一加熱爐襯里施工處于冬季。澆注料襯里施工規定_［6］,澆注料施工時,環境溫度應在5℃以上，否則應采取防寒措施。襯里在冬季施工，環境溫度過低，會明顯影響澆注料襯里的使用強度，嚴重時還可能造成凍害。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境溫度，需要蒸汽保溫或烘爐，且澆注料為現場手工搗制，施工周期較長，冬季施工費用將大幅增加。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，無法保證施工質量。

　　因此，在施工計劃不能改變的情況下，經分析、計算和比較，提出輻射室爐壁襯里采用內壁刷防酸露點腐蝕涂料+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)代替原設計方案的方案。

　　2方案比較

　　2.1傳熱計算

　　設環境溫度為20℃，爐膛溫度設計值為750℃，根據SH/T 3115-2000《石油化工管式爐輕質澆注料襯里工程技術條件》_［6］和文獻_[7]的傳熱計算公式計算輻射爐頂、爐墻散熱量。

　　爐頂外壁向環境散熱量按下式計算:

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

　　爐墻外壁向環境散熱量按下式計算:

　　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算:

其中R=b/λ

　　式中，q_３為爐襯單位面積熱面向冷面傳熱熱流密度，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為材料導熱系數，W/(m·K)。

　　2.1.1澆注料方案散熱損失計算

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

　　根據本例上述數據,應用式(1)、式(3)逐層計算可得爐頂的外壁溫度55.40℃， 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算

　　修改后輻射爐墻和爐頂襯里厚度仍然為200mm，從壁板側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)。各層導熱系數依次為0.08、0.08以及0.16W/(m·K)_［９］。爐溫750℃,環境溫度20℃。

　　同理, 根據本例上述數據，應用式(1)~式(3)逐層計算可得爐頂的外壁溫度為52.60℃，爐壁的外壁溫度為56.30℃，散熱熱流密度426.9W/m²。

　　2.2節能計算

　　將上述計算結果換算可知，采用50mm陶纖板方案可以實現節能165240J/(h·m²)，折合標油0.00365kg/(h·m²)，每年按8000h計算，可節約標油31.62kg/m²。

　　2.3兩種方案的技術性能比較

　　原設計采用輕質耐火隔熱澆注料作為背襯，可以阻止燃料含硫對壁板和保溫釘的露點腐蝕。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，燃燒產生的煙氣中的SO₂會通過纖維制品的微隙到達壁板，低溫下生成H₂SO₄。為了防止壁板和保溫釘根部發生露點腐蝕，造成襯里的脫落，在壁板上涂刷工作溫度大于180℃的防低溫露點腐蝕涂料，同時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性能比較見表1。

　　表1. 澆注料方案和陶纖板方案技術性能比較

　　綜合以上對比分析，對遼河石化公司60萬t/a連續重整裝置四合一加熱爐輻射室襯里，選用內壁刷防酸露點腐蝕涂料+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良的熱穩定性和化學穩定性，而且還有低導熱率、低熱容量以及優良的抗急冷急熱性，在長期使用溫度范圍內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品，與輕質隔熱耐火澆注料相比施工質量容易控制。

　　根據陶纖制品設計施工規范［10］，阻氣鋁箔邊沿至少重疊175mm，且邊沿和開孔應密封。為避免爐襯結構因纖維收縮產生貫穿縫，接縫兩旁的耐火陶瓷纖維毯采用層間錯縫搭接鋪設，搭接長度100mm，搭接方向與氣流方向一致，各層之間錯縫在100mm以上，同時必須留有25mm以上的安裝壓縮量。

　　對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置收縮縫，且必須用相應等級的耐火陶瓷纖維毯對折后填入縫隙并擠緊。對于爐頂陶瓷纖維模塊須采用交錯鑲嵌法排列形式，嚴格保證相鄰模塊互相抵消收縮量，應特別注意模塊錯角處的竄氣縫。

　　為確保襯里施工質量，嚴格按照施工順序進行，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的焊接位置應準確，嚴格控制誤差。

　　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按照要求填充補償毯。頂與墻及墻與墻的連接處應壓縮鋪補償毯。

　　錨固釘焊接前必須以壁板中線為基準向兩側布線，嚴格按照設計圖樣進行螺栓位置標記，實際劃線中可能出現的尺寸累計誤差在最后一排螺栓位置體現。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， 逐個錘擊、彎曲檢查焊接質量，清除焊渣。此外，還必須注意保護錨固螺栓的螺紋。

　　陶瓷纖維模塊安裝完成以后應仔細檢查，大于5mm的縫隙應填塞陶瓷纖維補償毯，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，套管處孔洞必須采用調整折疊層或用陶瓷纖維棉、毯填充密實。對模塊間的貫穿間隙必須用對折纖維毯或纖維棉填塞方式進行修整。

　　背襯層平鋪必須嚴格按設計要求壓縮至要求厚度，毯間接縫層間必須錯開，錯開量不小于圖樣標示值?？焖倏ㄆ仨毧ňo，防止反彈。模塊安裝應逐塊、逐排安裝,確保螺母預緊到位。并列式排列時，注意排與排之間補償毯的安裝，嚴格按圖樣設計要求壓縮至規定厚度。

　　為防止脫落，補償條必須采用U型釘固定于已安裝完畢的陶瓷纖維模塊上。抽調護板、中心塑料管后，必須認真檢查套管處孔洞及模塊間隙，邊角部位應給于特別重視。

　　為確保四合一加熱爐陶纖板方案襯里施工質量，車間專業技術員配合監理單位共同監督襯里施工，襯里施工的每處節點都由雙方進行確認。為了使煙氣在每層爐管中充分吸熱，在對流室爐管每層之間設有折流襯里。為了保證折流襯里施工質量，這些關鍵部位選用支模單獨施工。

　　4使用效果

　　遼河石化公司新建6萬t/a連續重整裝置于2012-12-26成功投用，2013-01-24~27對該加熱爐進行標定，部分測試數據見表2。由表2可知，測試的加熱爐輻射室外壁溫度為-5~-9℃，實測加熱爐外壁平均溫度為3.075℃，爐壁溫度明顯低于設計值。

　　表2.四合一爐輻射室外壁溫度實測數據

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

　　5結語

　　使用實踐表明，重整四合一爐輻射室選用內壁刷防腐涂料+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生露點腐蝕，又可向爐膛內反射回部分熱量，減少散熱損失，還可有效降低四合一爐體外壁溫度，使其在冬季生產時，爐墻壁溫可以降到5℃以下。此外, 由于受施工環境溫度影響不大可大幅降低冬季施工費用。

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　　[9]GB/T 3003—2006,耐火材料陶瓷纖維及制品[S].(GB/T 3003—2006,Refractory-ceramic Fibre and the Products[S].)

　　[10]HG/T 20642—2011,化學工業爐耐火陶瓷纖維爐襯設計技術規定[S].(HG/T 20642—2011, Specification of Design in Refractory Fibre Linings for Chemical Industrial Furnace[S].)

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