催化裂化装置衬里冬季施工实践

张永梅，徐晓鹏，梁维维，赵秀艳

（1. 辽宁石油化工大学 辽宁 抚顺 113001； 2. 中国石油抚顺石化公司， 辽宁 抚顺 113008）

催化裂化装置衬里冬季施工实践

张永梅1，徐晓鹏2，梁维维2，赵秀艳2

（1. 辽宁石油化工大学 辽宁 抚顺 113001； 2. 中国石油抚顺石化公司， 辽宁 抚顺 113008）

分析了催化裂化装置衬里的受冻机理，同时对施工所用的衬里料作了受冻试验。通过合理选用衬里材料、采取可靠的保温措施、严格控制衬里养护期的环境温度、加强衬里施工的质量控制，催化裂化装置衬里冬季施工是完全可行的。

催化裂化装置；衬里；冬季施工；再生器；沉降器；温度；受冻

目前催化裂化装置衬里胶结材料使用最广泛的有两种，一是磷酸盐类、二是铝酸盐类[1,2]。磷酸盐胶结料虽为气硬性材料，材料本身含有一定水分，但搅拌过程中需要加入适量水，增加其和易性。后一类材料为水硬性材料，水化反应效果决定衬里强度等物理性能[3]。正如硅酸盐水泥硬化过程一样，衬里施工中环境温度保证在正温条件下，水化反应才能够正常进行，国标《隔热耐磨衬里技术规范》GB50474-2008（以下简称“衬里规范”）中要求，衬里施工环境温度低于5 ℃时，应采取冬季防冻措施。

由于北方炼厂冬季室外环境最低温度都在 5℃以下，衬里施工需要保温措施，这就增加了衬里冬季施工难度，质量也不易控制，成本相应增加，因此催化装置检修时间一般都要避开冬季。

抚顺石化公司石油二厂150万t/a重油催化装置于2000年建成投产，装置开汽至今经历了四次大检修，一次改造。2010年抚顺石化公司决定对石油二厂重油催化装置再次进行一次大改造。再生器、沉降器旋风更换，再生器主风部分改造，提升管反应器更换，半再生斜管更换。衬里施工面积达800多平方米。施工期从10月10日至11月20日，共42天。从历史记录看抚顺地区天气，10月下旬最低气温在-5 ℃左右，11月份最低气温在-15 ℃以下。衬里施工已进入冬季状态，如何保证衬里冬季施工质量，是这次检修成败的关键。

1 衬里受冻机理分析及受冻试验

1.1 衬里受冻机理分析

衬里的冻害问题可以分为两类：其一是衬里早期冻害问题；其二是已经充分硬化的衬里经受正负温度交替变化，导致后期强度损失。从施工工艺角度考虑，衬里在水化过程中的保温措施是必须要做的，即衬里浇筑、涂抹、捣打以及养生期间必须保证环境温度在5 ℃以上进行，因此衬里早期冻害不作为研究的方向。

常温[注]下硬化衬里是由未水化的铝酸盐水泥、水化产物、集料、水、空气共同组成的气- 液- 固三相平衡体系，当衬里处于负温下时，其内部孔隙中的水分将发生从液相到固相的转变。在衬里硬化初期衬里中的水分存在形式主要有：结晶水、吸附水、毛细孔水及游离水；有研究表明结晶水与吸附水不可能结冰，而毛细孔水和游离水可结冰，可见衬里冻害是由于游离水和孔径较大的毛细水结冰造成的 。水由液态转化为固态体积约增大 9% ，若硬化衬里孔隙中的游离水达到饱和，则会在衬里内部产生内应力，使衬里结构发生破坏。 但衬里受冻破坏的机理远远不止这么简单，影响衬里受冻破坏的原因很多，其机理相当复杂。

综上所述，衬里受冻破坏主要是一种力学行为，即水的运动对衬里结构产生影响。衬里中游离水和孔径较大的毛细水在结冰时体积膨胀而产生了静水压、渗透压、水分迁移，进而促使结构破坏。

1.2 受冻试验

按现行衬里规范要求，衬里施工作业环境温度宜为5～35 ℃，在此次抚顺石化石油二厂重催改造工程中，衬里施工采用了蒸汽管线对施衬部位加热，并且用硅酸盐保温毡将该部位覆盖保暖的方法，收效显著，基本满足了衬里从浇注到养护整个过程的温度要求，但是能耗大，而现行规范中并没有规定施工完毕后何时撤销保暖措施，那么如果能在保证衬里浇注料满足各项性能的前提下，尽早缩短保暖时间，不但有利于节能降耗，还能缩短工期，意义重大[5]。

为此，对本次工程中所用的衬里料做了受冻试验，来检验衬里料在养护3 d的前提下，再将其在负温下放置7 d后的各项物理性能变化。

试验采用大连金耐衬里材料厂生产的DLBWH-3A隔热耐磨快干修补料和DWL-6高强度耐磨料，试样配比（质量比）见表1。

表1 两种衬里料试样配比（质量比）Table 1 Two kinds of lining material sample ratio (mass ratio)

在常温条件下，按上述配比分别将两种干料用强制搅拌机搅拌2 min，再加水搅拌8 min，然后分别倒入三联模中，制成40 mm×40 mm×160 mm的试块； DLBWH-3A、 DWL-6各两组试块（1组3块试块），再将制好的试块放入正在施工的第二再生器内养护 3 d，当时测得容器内的温度走向区间为6.5～20 ℃；第4天时将试块分成两组，1组仍留在容器内继续养护，另1组放置在室外进行冻融循环7 d，当时测得室外温度走向区间为-10 ℃～9 ℃。

到养护期限后，将所有试块送到辽宁省耐火材料产品质量监督检测中心进行性能检测。放入干燥箱中，经110 ℃×24 h干燥，再进行540 ℃×3 h、815 ℃×3 h热处理。

1.3 试验结果

DLBWH-3A试样和DWL-6试样的试验结果如表2和表3所示。

表2 DLBWH-3A试样的试验结果Table 2 DLBWH-3A sample test results

表3 DWL-6试样的试验结果Table 3 The DWL-6 sample test results

通过表2、表3的试验结果可以发现：

（1） 对于同一养护龄期的试样，经过冻融循环养护的试样 110 ℃干燥后和 540 ℃热处理后的抗折强度、耐压强度较正常养护的试样都有一定幅度的降低，可以理解为，仅养护3 d的试样并未完全完成水化反应，试样内未发生反应的游离水和孔隙水在负温下结成冰，经过一系列应力的复杂变化，进而导致试样内部结构的部分破坏，试样的强度降低。

（2） 经过冻融循环养护的试块110 ℃干燥后和540 ℃热处理后的抗折强度、耐压强度都比基准值高。可以认定，浇注料只要保证施工的环境温度和足够的正温养护时间，即使再经过冻融循环类似的过程，对其性能的影响并不大，基本能满足规范要求。

（3） 对于同一养护龄期的试样，815 ℃热处理后，正温养护试样的永久线变化率较受冻试样要小，说明受冻对试样的体积稳定性会产生一定影响。

实验证明，冬季施工时正温条件下硬化的衬里成品养护时间应控制在7 d以上。考虑到现场作业环境复杂，试块同衬里实际成品的差别、衬里施工质量的影响等因素，实际施工中衬里成品正温养护时间确定两个时间段。局部小面积修补处，衬里养护时间保证7 d以上，大面积更换衬里处为保险起见衬里养护直到开汽烘炉停止。

2 冬季施工保温措施

以此次抚顺石油二厂重催检修改造为例，详细介绍不同部位的衬里在冬季施工过程中采取的保温保暖措施。

2.1 再生器、沉降器冬季施工保温措施

首先将所有与再生器、沉降器连接的空洞、斜管出入口用保温棉封闭，人孔通道采用棉门帘遮蔽，以保证容器内为密闭空间。然后分别在第一、第二再生器、沉降器外壁延纵向按300 mm的间距安装DN20 的无缝钢管，组成两组循环系统。考虑到器壁温度不应超过 35 ℃度，同时要保证再生器内环境温度在5 ℃以上，通过简单的热工计算得出，器壁温度在 20～35 ℃度之间可以满足上述要求。为保证器壁温度在 20～35 ℃之间，通过实验得出作为热源的DN20的无缝钢管应同容器外壁保持3～5毫米的缝隙，以避免器壁局部超温。

在管线外粘贴 100厚复合硅酸盐板作为保温层，同时保温层外缠绕两层玻璃丝布作为保护层（见图1）。通入3 MPa蒸汽后，从每天施工现场采集的温度数据可知（见图2），施工环境温度满足了规范要求的。

图1 再生器保温措施示意图Fig.1 Heat insulation measures of regenerator

图2 施工现场温度数据Fig.2 Date of temperature in construction field

2.2 接口处理

再生器、沉降器上封头环缝接口处以及各类斜管接口环缝处采取在环缝施衬部位缠绕蒸汽胶带，并在胶带上粘贴100厚复合硅酸盐板作为保温层，保温层上再缠绕两层玻璃丝布作为保护层。

2.3 局部小面积衬里处理

对于隐蔽项目小面积衬里，在采取支设封闭空间的条件下，用电加热带和电热毯进行采暖。

2.4 特殊措施

（1）为了保证衬里搅拌用水的温度符合标准，现场采用温度为20 ℃的温水进行搅拌。

（2）为了保证衬里料的入模温度符合要求，在施工作业区域就近设置搅拌站，以缩短运距，减少热量损失。运送衬里料通道处搭设暖棚，设置暖气保温。

（3）衬里材料堆放区域设置暖蓬，用以防水、防潮。

3 使用情况

石油二厂150万t/a重油催化装置检修改造结束后，于2010年11月开汽至今历时1年多时间，期间两次停工小修，对衬里外观及强度检查未发现异常，可见此次检修衬里冬季施工是成功的。

4 结 语

抚顺石化公司石油二厂150万t/a重油催化装置冬季衬里施工的经验说明：

（1）采取可靠的保温措施、严格控制衬里养护期的环境温度、加强衬里施工的质量控制，催化装置衬里冬季施工是完全可行的。

（2）通过试验确定衬里保暖养护时间，可以减少蒸汽使用量，从而减少施工成本。

注释：文章中的常温是指衬里施工环境温度在5～35 ℃之间。

［1］ GB201-2000,铝酸盐水泥 [S].

［2］谢田华.衬里料在催化裂化装置中的应用与研究[D].大连理工大学,2006.

［3］顾一天,黄容臻,等.延长催化裂化设备衬里寿命的措施[J].炼油设计,2002(3):37-41.

［4］邸长友,苏彦彬.耐火浇注料衬里受冻实验研究[J].耐火材料,2002(6):346-348.

［5］徐晓鹏,刘玉英,等.催化装置检修衬里施工的几点建议[J].当代化工,2008(4):363-366;370.

The FCCU Lining Construction Practices in the Winter

ZHANG Yong-mei1, XU Xiao-peng2, LIANG Wei-wei2, Zhao Xiu-yan2
（1. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China；2. PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113008，China）

Cold mechanism of FCCU lining analyzed and the cold test on the lining material used in construction was made. The reasonable lining material, reliable insulation measures were suggested. Strict control on the environment temperatures of the lining conservation of the, and strengthening the lining construction quality made it feasible for the FCCU winter lining construction.

FCCU；Lining；Winter construction；Regenerator；Sedimentation；Temperature；Cold

TQ 175.79

A

1671-0460（2012）09-0902-03

2012-04-10

张永梅（1968-），女，副高，辽宁石油化工大学在读工程硕士。E-mail: 0413-8822718@163.com。

徐晓鹏（1966-），男，工程师，从事炼厂装置检修研究。E-mail: xp6675@126.com。