高效致密型陶瓷纤维衬里在加热炉上的应用

姚庆（大连石化分公司科技管理处）

高效致密型陶瓷纤维衬里在加热炉上的应用

姚庆（大连石化分公司科技管理处）

文中介绍了高效致密型陶瓷纤维衬里在4.5×106t/a蒸馏装置常减压加热炉上的工业应用情况，应用结果表明，该衬里不仅有抗露点腐蚀的特点，而且具有保温效果好，散热损失小的特点，达到了预期的节能效果。

加热炉 陶瓷纤维衬里 保温 节能效益

加热炉衬里的作用是使炉子在运行过程中能承受高温热荷，抵抗化学侵蚀，减少热量损失，并具有一定的结构强度，以保证加热炉内热交换过程的正常进行。材料选择科学、结构设计合理、施工质量优良，是改善加热炉热工性能和提高衬里使用寿命、保证设备长周期运行的主要途径。

由于原油含硫量的上升，加热炉燃料携带的硫物质增加，烟气中SO2上升，衬里腐蚀加剧，造成衬里腐蚀脱落，直接危害到钢结构，不仅增加了散热损失，也带来了安全隐患，影响了企业的经济效益。因此，需要开发和应用新型加热炉隔热衬里，确保加热炉高效、长周期运行。温度的变化，H2SO4凝结在炉壁板，发生低温硫酸腐蚀。SO2与水蒸气化合生成亚硫酸气，它的露点温度低，在较低温度下凝结，发生低温亚硫酸腐蚀。

图1 锚固钉根部转角部断裂脱落、保温钉直杆部断裂图片

1 改造前松散型陶纤衬里存在的问题

450×104t/a蒸馏装置常减压加热炉上原来采用松散型陶瓷纤维衬里，该衬里透气度大，无结构强度，含硫烟气窜入汇集后浓度变大，在露点温度下使锚固钉从顶部到根部发生腐蚀，导致脱落或断裂，最先发生部位是炉墙与炉顶相交部位，即炉顶向下1～2 m的部分，见图1。

造成腐蚀的原因是含硫烟气，其主要成份为CO2、SO2、H2O、N2、O2。由于燃烧室中有过量的氧气存在，因此有少量SO2转化成SO3，当烟气温度小于400℃时，SO3与水蒸气化合生成稀硫酸。含硫烟气渗透过衬里到达壁板，延壁板上升到达炉顶与炉墙相交部位后聚集，浓度达到最大，随着环境

为了解决衬里脱落和传热效果差等问题，2010年6月利用停工检修，在4.5×106t/a蒸馏装置常减压加热炉上首次采用高效致密型陶瓷纤维衬里，加热炉投入运行后，该衬里不仅防止了腐蚀脱落，也提高了保温隔热效果。

2 新型致密衬里的特点

致密型陶瓷纤维复合衬里包括阻隔防腐涂料、组合陶瓷保温钉、改性轻质低导浇注料（≤700 kg/m3）和致密型耐火纤维喷涂衬里［(360±25)kg/m3］。该衬里结构采用了新材料、新工艺，克服了砖、轻质耐热衬里结构热量损失大、平均体积密度大、钢材用量多造价高以及传统耐火纤维衬里结构强度差、抵抗烟气侵蚀差等缺点。从衬里的使用功能考虑，同时强调了衬里的阻气性能和绝热性能，在衬里的不同部位选用不同的材料，最大限度体现了衬里材料本身的物理性能，衬里结构见图2、图3。

2.1 阻隔防腐涂料的特点

阻隔防腐涂料在-26～220℃的温度范围内使用时，防腐涂层具有永久韧性，不易氧化。在使用过程中，涂层不会风化、硬化或液化，可与钢结构一起膨胀或收缩。该涂料为无溶剂单组分涂料，并且不要求对钢结构进行费用较高的特殊处理，只需用钢丝刷清理表面即可，使用安全方便。可用于各类加热设备防护、锚固支撑件保护；没有有害的溶剂，无挥发气体；韧性持久，无裂纹；适用温度大：-26～220℃；抗湿，不渗水；化学稳定性能好，抗腐蚀性能良好；不易燃，热稳定性好；表面准备工作简单迅速；使用安全、容易刷涂。阻隔防腐涂料的物理特性见表1。

图2 炉墙衬里结构示意图

图3 炉顶衬里结构示意图

表1 阻隔防腐涂料的物理特性

2.2 组合陶瓷保温钉的特点

组合陶瓷保温钉有两种型式，即：陶瓷保温钉和锚固钉。

陶瓷保温钉表面的陶瓷具有高强度和耐高温性能，材料本身的导热系数小于金属结构锚固件。采用组合陶瓷保温钉提高了锚固件的抗热腐蚀性，降低了锚固件的传热率，从而降低了外壁温度，减少了加热炉壁的散热损失，降低了因内部应力折断的概率，保温钉结构见图4。

锚固钉金属部分钉型、尺寸和设置密度执行72T277/02-2006《石油化工管式炉双层衬里锚固钉工程技术条件》规范，材质为304。在锚固钉焊接前对炉体内壁进行除锈处理，锚固钉与炉体内壁采用连续焊，不采用点焊，全部焊接完毕后要对炉体内壁进行喷砂处理，锚固钉结构见图5。

图4 炉顶保温钉结构

图5 炉壁锚固钉结构

2.3 改性轻质低导浇注料的特点

（1）改善了施工性能。由于粉体结合剂的加入提高了材料的和易性能，可在不需支模板及锚固钉存在的条件下采用涂抹法施工。

（2）提高了材料性能。粉体结合剂的加入提高了密实度及微真气孔，从而降低了导热系数，提高了隔热性能，透气度也因此降低，抗烟气的渗透性能提高；结合剂组分中包含常温促凝组分和高温组分，不仅保证了常温强度，使常温状态形成衬里强度稳定，而且保证了形成衬里的高温强度，且烧后强度更大，克服了传统浇注料采用水泥作为结合剂使高温强度低而影响使用寿命的缺点。

（3）改性轻质浇注料形成衬里质量轻，整体性能强。

（4）改性轻质浇注料施工对异型部位的处理更好，施工简便、速度快。与常规浇注料的对比见表2，浇

表2 浇注料技术指标对比

注料涂抹和安装后的保温钉情况见图6和图7。

图6 浇注料涂抹

图7 浇注料施工后安装陶瓷保温钉

2.4 致密型耐火纤维衬里的特点

（1）致密型耐火纤维衬里提高了其材料性能：降低了透气度，提高了结构强度和密实度。无机高温结合剂采用国际先进的粉体技术，为纯无机型高温结合剂，Al2O3、ZrO2、SiO2结合剂有效组分的比例可根据使用温度的不同进行调配，可有效地保证无机结合剂的耐火度。

（2）致密型纤维衬里是在现场用耐火纤维散棉与无机高温结合剂采用特殊喷涂的方法直接成型，不存在施工接缝，致密型纤维喷涂料的喷涂和修补见图8和图9。喷涂衬里的过程中，纤维呈三维网络结构，克服了纤维收缩的内部应力，高温下衬里不会产生定向收缩，避免了收缩裂缝，提高了窑炉的热效率。

图8 致密型纤维喷涂施工

图9 致密型纤维喷涂修补料施工

（3）阻隔防腐涂料作为防腐层还具有阻气作用，致密型耐火纤维衬里作为隔热耐火层，改性轻质低导浇注料衬里作为阻气层，并具有隔热作用，具体性能参数对比见表3。

（4）锚固件数量少，且全部埋在纤维层里，可以有效防止钉头烧损，避免热短路。

（5）便于旧炉改造，可在不拆除炉管的情况下施工，节约时间；衬里施工完毕后不需烘炉，可减少停工损失。

表3 纤维喷涂衬里技术指标对比

（6）干燥、烧后耐压强度提高，大于0.2 MPa，提高了抗气流冲刷的能力，延长了纤维炉衬的使用寿命，透气度小，可有效阻止烟气侵蚀。

3 改造效果分析

在450×104t/a装置常减压加热炉采用高效致密型陶瓷纤维衬里，投入运行后，收到了较好的应用效果。

3.1 改造后炉体外表面温度变化情况

2010年10月在温度19℃、东北风3～4级的环境条件下，进行加热炉外壁温度测试。

常压炉实测数据转化为基准环境温度（基准温度15.6℃），取平均值后的常压炉外壁平均温度为44.1℃。

减压炉实测温度转化为基准环境温度（基准温度15.6℃），取平均值后减压炉外壁平均温度为45.3℃。

具体数据见表4。

表4 按基准温度15.6℃转化后的常压炉外壁温度

加热炉在满负荷运行的情况下，常减压炉外壁温度在50℃以下，达到设计要求，同时比改造前降低15℃。实践证明，高效致密型陶瓷纤维衬里保温性能良好，减少了散热损失。

表5 各种隔热衬里性能对比

3.2 隔热衬里性能对比前降低10～15℃，有效减少了炉体表面的散热损失；同时，保温钉头采用陶瓷衬套，解决了露点腐蚀问题，避免了高硫燃料产生的烟气对衬里保温钉的损害，保证了加热炉长周期、高效运行。

加热炉常用衬里结构形式及优缺点对比见表5。

5 结论

[1]钱家麟管式加热炉[M].2版.北京:中国石化出版社，2005.

采用高效致密型陶瓷纤维衬里后，4.5×106t/a蒸馏装置加热炉在满负荷情况下运行，炉壁温度低于50℃（以基准温度为15.6℃进行转化），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）

姚庆，1992年毕业于抚顺石油学院石油加工专业，高级工程师，多年来一直从事炼油工艺技术管理和节能工作，地址：辽宁省大连市甘井子区中街1号，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.