管式爐爐膛修復(fù)實(shí)踐探討

周玉青，李　強(qiáng)，朱定華，錢　亮

（1.南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京210048；2.南京工業(yè)大學(xué) 巖土工程研究所，江蘇南京210009；3.上海寶鋼化工有限公司 梅山分公司，江蘇 南京210039）

管式爐爐膛修復(fù)實(shí)踐探討

周玉青1，李強(qiáng)2，3，朱定華2，錢亮2

（1.南京科技職業(yè)學(xué)院，江蘇 南京210048；2.南京工業(yè)大學(xué) 巖土工程研究所，江蘇南京210009；3.上海寶鋼化工有限公司 梅山分公司，江蘇 南京210039）

某焦化廠以管式爐作為蒸餾裝置的加熱爐，該管式爐爐膛采用高鋁輕質(zhì)耐火澆注料做為爐墻耐火層，使用2年后出現(xiàn)不規(guī)則裂縫和局部出現(xiàn)大面積脫落的現(xiàn)狀。對高鋁輕質(zhì)耐火澆注料和高鋁耐火磚保溫材料的物性進(jìn)行對比，并結(jié)合施工和烘爐的操作要求，選用了高鋁耐火磚作為爐膛砌筑做耐火層對爐膛進(jìn)行改造。改造后的管式爐運(yùn)行安全穩(wěn)定，耐火層能滿足高溫爐膛的需要。

爐膛；耐火材料；保溫；施工

某焦化廠以管式爐作為蒸餾裝置的加熱爐，該管式爐爐膛采用高鋁輕質(zhì)耐火澆注料做為爐墻耐火層，使用兩年后出現(xiàn)不規(guī)則裂縫，局部出現(xiàn)大面積脫落，造成該爐無法正常運(yùn)行。如何對耐火材料的選用和施工及升溫烘爐是保證各類爐膛耐火層正常運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)［1］。

1　爐膛現(xiàn)狀

焦油裝置的管式爐爐型為立管圓筒爐，輻射-對流式加熱方式，油料上進(jìn)下出，爐膛內(nèi)的6個燃燒器圓周均勻布置在爐底，正常生產(chǎn)情況下，爐膛溫度在500～650℃。

為保證爐管的加熱溫度，對爐體的耐火保溫層要求較高，目前爐膛使用的耐火層為高鋁耐火澆注料，正常情況應(yīng)光滑平整，不允許出現(xiàn)裂紋和局部脫落［2］。改造前爐膛內(nèi)保溫層使用耐火材料為高鋁輕質(zhì)耐火澆注料（不定型砌筑）。2007年5月份對該爐膛進(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn)，爐膛耐火保溫層出現(xiàn)多條不規(guī)則裂縫，爐膛局部地方出現(xiàn)大面積保溫層脫落現(xiàn)象（見圖1），對爐膛的保溫極為不利，浪費(fèi)了能源，又容易造成爐體鋼板燒穿的設(shè)備事故。

圖1　爐膛保溫層出現(xiàn)的大面積脫落圖

2　爐膛內(nèi)保溫層的澆注料開裂原因分析

2.1爐膛保溫層遭水浸泡

由于上一次焦油管式爐停工期間，打開爐膛門進(jìn)行檢查后，爐膛門沒有關(guān)緊，當(dāng)時正值南京的梅雨季節(jié)，潮濕的空氣及雨水對高鋁輕質(zhì)耐火澆注料影響較大。

2.2物料配比不均

在上一次的保溫層施工期間，在現(xiàn)場攪拌配置澆注料，因配合比及攪拌不均，導(dǎo)致保溫層的體積密度不均衡、孔隙率較大，是造成保溫層使用一段時間后澆注料裂開的主要原因。

2.3爐膛升溫過快

查看上一次的爐膛的烘爐曲線發(fā)現(xiàn)，在烘爐期間，爐膛在150～350℃期間升溫過快，造成爐膛溫度趨勢變化大，受熱不勻，是造成耐火澆筑料開裂的原因之一。

3　原爐膛高鋁耐火澆注料的局限性

3.1高鋁輕質(zhì)澆注料理化性能

高鋁耐火澆注料是一類常用的保溫材料，由于其施工簡單、成本低，被用于多種保溫體。在現(xiàn)場使用中，也發(fā)現(xiàn)這種保溫層有許多的弊端。高鋁耐火澆注料的理化性能如表1所示。

表1　高鋁輕質(zhì)澆注料理化指標(biāo)

高鋁澆注料的優(yōu)點(diǎn)包括：

（1）施工比較簡單，立模后將攪拌好的澆注料放置模型中，即可成型養(yǎng)護(hù)；

（2）施工時間短，一般2 d就可施工結(jié)束；

（3）具備異型狀特點(diǎn)，這種澆注料可根據(jù)爐膛形狀不同，制成各種不同的形狀。

但高鋁澆注料也存在不少缺點(diǎn)：

（1）配比難控，據(jù)爐膛溫度的變化要求，現(xiàn)場澆注料由于施工工人和原料的不同，使得配比控制困難。同時人工攪拌會造成原料分布不均，爐體保溫層成型后，材料孔隙率和體積密度不易保證；

（2）耐水性較差，吸濕后的澆注料，由于膨脹度的不同經(jīng)爐膛加熱后，易產(chǎn)生裂縫脫落。

3.2高鋁輕質(zhì)耐火澆注料的烘爐特點(diǎn)

高鋁輕質(zhì)耐火澆注料的烘爐時間約為144 h，才能保證耐火保溫層正常發(fā)揮其保溫作用。高鋁輕質(zhì)耐火澆注料烘爐曲線見圖2。高鋁輕質(zhì)澆注料和高鋁耐火磚的物性比較見表2。

圖2　高鋁輕質(zhì)耐火澆注料烘爐曲線圖

表2　高鋁輕質(zhì)澆注料和高鋁耐火磚的物性比較

高鋁耐火磚的主要成分與高鋁澆注料基本相同，施工較復(fù)雜，需將耐火磚按爐缸形狀擺放好一塊一塊豎縫交錯砌筑；同時由于磚和耐火砂漿是相互交錯砌成一個圓形體，當(dāng)爐膛內(nèi)部各種火焰燃燒時（見表3），被燃燒的部位就會局部膨脹，此時磚與磚之間的0.05～1 mm的磚縫就會隨著溫度變化伸縮。將膨脹產(chǎn)生的變形力化解，使?fàn)t膛保溫層在燃燒升溫變化大的情況下始終保持穩(wěn)定狀態(tài)［3］。

高鋁耐火磚經(jīng)過高溫鍛燒后，體積密度大，耐水性較好；其烘爐時間較短，約需要60 h（見圖3）；Al2O3的熔點(diǎn)2 050℃，成分含量越大，爐膛溫度越高，尤其是爐膛溫度壓力變化大，驟然升溫時抗裂變性有重要意義；高鋁磚Al2O3含量48%～75%；可以重復(fù)使用多次，經(jīng)濟(jì)性較好［4-5］。

通過表2中高鋁輕質(zhì)澆注料和高鋁耐火磚的物性比較的綜合分析，確定使用高鋁耐火磚的砌體砌筑來代替高鋁耐火澆注料做爐膛保溫層［6］。

4　管式爐爐膛改造方案實(shí)施

2007年5月份，管式爐余熱利用技改項(xiàng)目立項(xiàng)審批后開始動工，工期20 d，項(xiàng)目改造工期要求非常緊，需要采用爐膛耐火保溫層砌筑方式合理，施工周期不宜過長，烘爐時間短的方案［7］。

（1）砌筑工業(yè)爐前，應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)確定泥漿的稠度和加水量，同時檢查泥漿的砌筑性能（主要是粘結(jié)時間）能否滿足砌筑要求。砌筑工業(yè)爐應(yīng)采用成品泥漿，泥漿的最大顆粒不宜大于規(guī)定磚縫厚度的30%，砌體的磚縫厚度不大于3 mm。

（2）工業(yè)爐的中心線和主要標(biāo)高控制線應(yīng)測量確定。砌筑前，應(yīng)效核砌體的放線尺寸。高鋁磚膨脹縫為9～10 mm，砌體內(nèi)外層的膨脹縫不應(yīng)相互貫通，上下層宜錯開。耐火砌體的磚縫厚度用塞尺檢查，塞尺寬度應(yīng)為15 mm，塞尺的厚度應(yīng)等于被檢查磚縫規(guī)定的厚度。

（3）圓形爐墻不得有三層重縫或三環(huán)通縫，上下兩層重縫與相鄰兩環(huán)的通縫不得在同一地點(diǎn)。圓形的爐墻的合門應(yīng)均勻分布。

（4）空氣煤氣管道與爐體交接處，管道內(nèi)砌體在現(xiàn)場條件允許的情況可在地面上采取分段砌筑，焊接接頭部位應(yīng)留足尺寸，安裝后及時補(bǔ)砌［8］。

5　改造后效果分析

（1）改造好的管式爐投入使用后（效果圖見圖4），運(yùn)行穩(wěn)定，對爐體外殼檢查，沒有發(fā)現(xiàn)有異常。

（2）管式爐例行檢修，打開爐膛對耐火層爐墻檢修檢查，耐火磚沒有脫落、變形。

（3）滿足管式爐爐膛溫度需要，對爐膛溫度壓力變化大，驟然升溫時抗裂變效果較好。

（4）從2007年至今，爐膛耐火保溫層耐火磚沒有重修，有效延長了爐膛保溫層的使用壽命。

（5）廢氣排放溫度從原先的364℃下降到204℃，明顯減少了廢氣帶走的熱量；煤氣燃燒完全，廢氣含氧量從原先的高于10%下降至4.8%，管式爐熱效率明顯升高，由原先的76.4%升高到85.0%。

（6）煤氣耗量明顯降低，由改造前的883 m3/h降到729 m3/h，降低了裝置的能源消耗。

6　結(jié)語

管式爐采用高鋁耐火磚替代高鋁澆注料的改造方案后，有效解決了現(xiàn)場施工人員對耐火材料配合比不易控制，烘爐時間長的問題。對停爐檢修這種時間較短，要求企業(yè)及時恢復(fù)生產(chǎn)的，采用這種方法從

圖3　高鋁耐火磚烘爐曲線圖

圖4　改造后爐膛耐火層圖

表3　各種火焰參數(shù)對比

工程實(shí)踐來看有一定推廣價值。從生產(chǎn)各方面情況來看，余熱利用系統(tǒng)運(yùn)行狀況穩(wěn)定，完全能滿足焦油裝置的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并延長了管式爐的使用壽命，具有明顯的節(jié)能效果，達(dá)到了改造的目的。

［1］錢家麟，于遵宏，王蘭田，等.管式加熱爐［M］.北京:輕加工出版社，1987

［2］李書鎮(zhèn).磁化技術(shù)在煉油工業(yè)爐中的應(yīng)用與發(fā)展［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，1988，9（5）:21-23.

［3］江紅輝，卜朝瑞.工業(yè)鍋爐技術(shù)大全［M］.北京：科學(xué)普及出版社，1990.

［4］王久征.管式加熱爐的發(fā)展動向［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，1985（l）: 28-36.

［5］李文.圓筒形擾流管式空氣預(yù)熱器［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，1986（3）:28-31.

［6］陳德祥.陶瓷噴頭燃燒器［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，1991，12（6）:40-41.

［7］熊振遠(yuǎn).新型板式空氣預(yù)熱器在石化工業(yè)爐上的應(yīng)用［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，1994，15（4）:39-42.

［8］錢伯章.煉廠使用板式換熱器預(yù)熱燃燒空氣［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，1989，10（4）:22-26.

Discussion on Repair Practice of Tube Furnace Hearth

ZHOU Yuqing1，LI Qiang2，3，ZHU Dinghua2，QIAN Liang2
（1.Nanjing Science and Technology Vocational College，Nanjing 210048，China；
2.Institute of Geotechnical Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，China；
3.Meishan Branch of Shanghai Baosteel Chemical Industry Co.，Ltd，Nanjing 210009，China）

The tube furnace is used as heating furnace of the distillation device in a certain coking plant，which uses high aluminum lightweight refractory castable for furnace wall refractory layer of furnace hearth.Two years later，irregular cracks and partly massive drop are appeared.The physical properties of high aluminum lightweight refractory castable and high aluminum refractory insulation materials are compared，and combining the operation requirement of construction and baking，the high aluminum refractory brick is chosen as furnace lining refractory layer to modify the furnace hearth.After transformation the tube furnace operation security and stability，the refractory layer could meet the needs of high temperature furnace.

furnace hearth；refractory materials；heat preservation；construction

TQ520.5

B

1001-6988（2016）04-0017-03

2016-05-13

周玉青（1973—），女，高級工程師，主要研究方向?yàn)榛び袡C(jī)廢水研究及化工設(shè)備改進(jìn).