整體模塊在石化行業(yè)的應(yīng)用

馬際娟

摘 要：繼陶瓷纖維折疊模塊在國內(nèi)石化行業(yè)成功應(yīng)用數(shù)十年后，隨著國外先進(jìn)產(chǎn)品在國內(nèi)的不斷推廣及應(yīng)用，新產(chǎn)品—整體模塊也已在國內(nèi)石化行業(yè)成功推廣及普遍認(rèn)可。它完全顛覆了傳統(tǒng)折疊模塊的生產(chǎn)工藝，利用精密的針刺設(shè)備、吸慮系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)壓制、水切成型的理念，將陶瓷纖維棉整體針刺，生產(chǎn)線上完成電腦切割。其均勻性、耐熱性和保溫效果，完全可以滿足石化行業(yè)客戶對更高熱效率隔熱方案的需求，是工業(yè)窯爐和設(shè)備耐火、保溫的另外一種好的選擇。

關(guān)鍵詞：整體模塊；絕熱均勻；石化行業(yè)；爐襯

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.前言

繼陶瓷纖維折疊模塊在石化行業(yè)成功應(yīng)用數(shù)十年后，隨著國外先進(jìn)產(chǎn)品在國內(nèi)的不斷推廣及應(yīng)用，新產(chǎn)品—整體模塊也已在國內(nèi)石化行業(yè)成功推廣及普遍認(rèn)可。它完全顛覆了傳統(tǒng)折疊模塊的生產(chǎn)工藝，利用精密的針刺設(shè)備、吸慮系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)壓制、水切成型的理念，將陶瓷纖維棉整體針刺，生產(chǎn)線上完成電腦切割。其均勻性、耐熱性和保溫效果，完全可以滿足石化行業(yè)客戶對更高熱效率隔熱方案的需求。通過近幾年公司對該產(chǎn)品的不斷研發(fā)及探索，整體模塊的性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，目前在國內(nèi)多家石化行業(yè)的制氫轉(zhuǎn)化爐、乙烯裂解爐等高溫加熱爐上已經(jīng)成功應(yīng)用。

1.整體模塊介紹

整體模塊是由兩片整體預(yù)制棉坯切割塊、通過兩根遠(yuǎn)離熱面的、橫置于模塊中的不銹鋼插管連接、固定到專用錨固件上組裝而成。通過螺栓螺母將錨固件固定到爐壁板，從而將模塊固定。模塊的冷面能夠緊貼爐壁，完全可以維持結(jié)構(gòu)的完整性和錨固件的支撐性能，如圖1所示。

2.整體模塊性能獨特點

作為一種工業(yè)窯爐爐襯的新材料——整體模塊，具有6個方向均可壓縮，也就是六面具有膨脹性，是一種組裝、切割及安裝非?？焖?、簡易的產(chǎn)品，即適合大面積平面結(jié)構(gòu)，又利于異型部位的切割安裝，使用效果良好的耐火、隔熱保溫產(chǎn)品。

（1）結(jié)構(gòu)新穎，整體性強。全纖維定型，特殊錨固件固定，六面（前、后、左、右、中心兩面）均可壓縮、均可膨脹。整體纖維材料，易于切割，并適合現(xiàn)場開口及切槽，是窺視孔、爐管密封件、燒嘴磚等特殊形狀的部件最理想的基材，尤其適合應(yīng)用于拐角等異型部位，如圖2所示。

（2）體積密度靈活可控。模塊體積密度為128kg/m3～240kg/m3。最高可達(dá)240kg/m3，比傳統(tǒng)折疊模塊高出10%～25%，可減緩高溫（1300℃）下纖維的收縮，避免塊間縫隙的產(chǎn)生，同時抗氣流沖刷能力有所提高。采用整體棉坯制作而成的整體模塊，每塊的體積密度都完全相同，避免了傳統(tǒng)的折疊模塊因為折疊數(shù)的限制而產(chǎn)生的體積密度差。施工后爐襯更加均勻，保溫效果提高。

（3）導(dǎo)熱系數(shù)小，絕熱均勻。相比傳統(tǒng)的折疊模塊而言，整體模塊采用整體纖維棉坯切割而成，工藝決定了纖維三維立體分布，明顯比折疊模塊纖維毯的層狀布棉更加合理，導(dǎo)熱系數(shù)比折疊模塊降低10%～15%。

整體模塊安裝后從熱面到冷面的縫隙要少很多。折疊模塊通常有8到10個折疊波，每個折疊波的位置都有可能產(chǎn)生纖維收縮縫，從而造成收縮縫隙和外殼溫高受損的隱患。整體纖維模塊在每一個獨立的組件兩側(cè)只有一個接縫，并具有壓縮性，產(chǎn)生收縮開口的幾率明顯降低。

（4）抗風(fēng)蝕性能強，高溫下抗粉化。生產(chǎn)過程中加入一種特別的潤滑劑。在高溫環(huán)境下，這種潤滑劑會迅速使整體模塊從一種相對柔軟、容易壓縮的大塊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生硬化，轉(zhuǎn)化成為一種有相當(dāng)強度、整體無縫的、類似于木質(zhì)的塊磚結(jié)構(gòu)，從而高溫下不粉化，更耐氣流沖刷，最高可達(dá)40m/s～45m/s（氣流速度）。特別適用于耐磨損或撕裂損傷嚴(yán)重拐角、貫通立柱、煙道出口等氣流沖刷大、異型的部位。

（5）電腦切割，尺寸精確。傳統(tǒng)的折疊模塊基本采用手工折疊的方式加工，而整體模塊引進(jìn)國外最先進(jìn)的電腦繪圖切割系統(tǒng)，完全實現(xiàn)了自動切割，加工尺寸公差控制在更小的范圍內(nèi)。

（6）施工維修簡便。如采用專用的自動熔接槍，無須畫線、焊釘及手工安裝等煩瑣工序，只要手指扣板機(jī)即可熔釘、擰緊螺母和檢查每一根螺釘焊接質(zhì)量，提高了施工和維修效率；如需襯里局部維修時，模塊更換方便。

（7）使用壽命長。特殊的安裝工具，確保了安裝的牢固性；特殊的結(jié)構(gòu)形式，確保了安裝時每塊模塊的壓縮比例；整體結(jié)構(gòu)確保了爐襯高溫不產(chǎn)生縮放；更延長了爐襯的使用壽命和抗風(fēng)蝕效果。

（8）使用范圍廣。整體模塊由高純度的原材料制造而成，分為中溫級纖維（氧化鋁—氧化硅）、高溫級纖維（氧化鋁—氧化硅—氧化鋯）?？蓾M足熱工設(shè)備從600℃至1350℃不同溫度檔次的保溫隔熱使用要求。

3.整體模塊在石化行業(yè)應(yīng)用

隨著國內(nèi)節(jié)能減排各項政策的出臺，石化行業(yè)也陸續(xù)展開新型節(jié)能爐襯的設(shè)計及選用，考慮以節(jié)能降耗為理念，將外壁平均溫度要求從傳統(tǒng)的小于80℃降到75℃（或70℃）以下。其中在陶瓷纖維模塊襯里的基礎(chǔ)上，引入導(dǎo)熱系數(shù)更小的保溫材料——整體模塊，組合成新型的陶瓷纖維復(fù)合襯里就是其中的一項關(guān)鍵措施。國內(nèi)石化行業(yè)的設(shè)計院對整體模塊也比較認(rèn)可。目前整體模塊，已經(jīng)連續(xù)成功應(yīng)用在國內(nèi)石化行業(yè)的多種加熱爐作為襯里材料使用。

（1）石化加熱爐拐角部位應(yīng)用。拐角部位為爐內(nèi)煙氣最為集中的部位，溫度不低于爐膛溫度，并且高溫氣流沖刷嚴(yán)重。為滿足該部位保溫及結(jié)構(gòu)整體性和耐風(fēng)蝕等要求，襯里結(jié)構(gòu)推薦采用整體模塊，結(jié)構(gòu)優(yōu)勢如下：

①形拐角結(jié)構(gòu)新型錨固件固定，整體性強，結(jié)構(gòu)牢固，如圖3所示。

②將整體模塊拐角部位加工成半圓弧形，以便降低對煙氣的阻力。

③當(dāng)潤滑劑燒除后，整體模塊變硬，并使?fàn)t襯幾乎成為一個整體結(jié)構(gòu)，大大提高襯里抗氣流沖刷能力。

（2）在石化行業(yè)整臺加熱爐襯里上的應(yīng)用。整體模塊屬于陶瓷纖維棉坯制作，其導(dǎo)熱系數(shù)比傳統(tǒng)的折疊模塊小很多，作為整臺爐子的爐襯使用，正是選用其導(dǎo)熱系數(shù)小的優(yōu)勢，對于降低爐體外壁溫度能起到很好的作用。采用整體模塊與采用傳統(tǒng)的折疊模塊的全纖維爐襯相比，外壁溫度能降低4℃～6℃。

整體模塊已經(jīng)在國內(nèi)某大型制氫轉(zhuǎn)化爐上實現(xiàn)了全爐應(yīng)用的實例，如圖4所示。該項目也屬于國內(nèi)全整體模塊的第一個應(yīng)用業(yè)績，這是整體模塊作為整體模塊在推廣應(yīng)用上的重大里程碑。

（3）在石化加熱爐看火孔部位應(yīng)用。石化行業(yè)加熱爐，看火孔結(jié)構(gòu)通常為倒四棱臺型，以便于觀察爐內(nèi)加熱物料的加熱程度。多年來，看火孔一直停留在耐火磚、澆注料預(yù)制塊、真空成型塊等重質(zhì)材料的原始結(jié)構(gòu)上，并在一定時期起到了不同的作用。但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的看火孔抗熱震性差、與四周纖維襯里連接易出現(xiàn)貫通縫及保溫效果差等一直無法解決。

在充分了解看火孔外形結(jié)構(gòu)、使用工藝、所處環(huán)境的氣氛和特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合整體模塊所具有的特點和性能，將看火孔結(jié)構(gòu)確定為纖維毯平鋪和模塊的復(fù)合結(jié)構(gòu)。復(fù)合結(jié)構(gòu)具有很好的溫度等級梯度，能更好地降低看火孔外側(cè)鋼板的表面溫度，延長爐襯的使用壽命。

（4）在石化加熱爐燒嘴部位應(yīng)用。目前在石化行業(yè)加熱爐的側(cè)壁和爐頂燒嘴磚普遍存在體積密度大，使用壽命短，散熱損失高等一系列問題，成為制約石化加熱爐襯里壽命和節(jié)能降耗的薄弱環(huán)節(jié)，市場上需要一種更加輕質(zhì)高效節(jié)能的新型材料取代原先的重質(zhì)燒嘴磚。

燒嘴塊由容重240kg/m3的整體模塊組成，中間安裝燒嘴管挖出一個孔，孔周邊與纖維走向垂直?？變?nèi)套用一個真空成型圓環(huán)套。模塊與真空成型圓環(huán)套可選擇不同溫度等級和規(guī)格尺寸。這種燒嘴塊，具有重量輕、隔熱、抗熱沖擊等特點。

結(jié)語

目前國內(nèi)生產(chǎn)的整體模塊已經(jīng)達(dá)到國際公司產(chǎn)品性能。整體模塊的性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，整體模塊憑借導(dǎo)熱系數(shù)小、整體性好、抗風(fēng)蝕性好等優(yōu)點，在國內(nèi)多家石化行業(yè)的制氫轉(zhuǎn)化爐、乙烯裂解爐等高溫加熱爐上已經(jīng)成功應(yīng)用。為國內(nèi)石化行業(yè)工業(yè)窯爐定制化的工程解決方案提供了新的選擇，滿足了客戶更高熱效率隔熱方案的需求，進(jìn)而可以幫助終端用戶在降低經(jīng)營成本的同時提高生產(chǎn)效率。

與此同時，整體模塊的問世及成功應(yīng)用，也從另一面表明國內(nèi)陶瓷纖維行業(yè)不斷成熟發(fā)展創(chuàng)新的決心和力度，為陶瓷纖維行業(yè)的革新和發(fā)展、為工業(yè)窯爐節(jié)能和降耗工程的推進(jìn)、為國家的環(huán)保和減排政策提供了新的力量。

參考文獻(xiàn)

[1] SHT 3128-2002，一般煉油裝置火焰加熱爐陶瓷纖維襯里[S].