炼油加热炉附墙火焰高铝耐火砖的开发与工程应用.pdf

工业炉
石油化工设备技术,2015,36(4)·29
Petro-chemical Equipment Technology
炼油加热炉附墙火焰高铝耐火砖的
开发与工程应用
刘长爱
(中国石化工程建设有限公司,北京100101)
摘要:在双面辐射加热炉中,火焰附着炉墙的卧管炉是炼厂加氢装置中的常见炉型,燃烧器的火焰附
墙燃烧,由炽热的炉墙对辐射室内的炉管进行热辐射,从而保证炉管受热均匀。火焰所附着墙面采用耐火
砖,普通的耐火砖难于承受附墙火焰的温度和变温操作的热冲击。研究和开发新型附墙燃烧用耐火砖有利
于加热炉的平稳操作和安全运行。
关键词:加氢装置反应炉附着火焰炉墙耐火砖裂纹热震稳定性
炼油厂加氢装置中的反应进料加热炉是装置内操作状况、火焰的冲刷环境等多种衬里选择条
中主要的热量来源。加氢反应进料加热炉炉管内件,附墙火焰部位的向火面常常选择高铝隔热耐
多为气-液两相流,工程设计中多采用卧管双面辐火砖,背衬选择陶瓷纤维毯和硅酸钙绝热板(或陶
射箱式炉。为了保证炉管受热均匀,工程中常选瓷纤维板)等。
用扁平火焰附墙燃烧的燃烧器,火焰附墙燃烧,再1.2砖墙裂纹产生外因
由炽热的炉墙对炉管进行热辐射,见图1。但实
根据装置的工艺操作特点,加热炉在操作中
际生产中发现,炉膛的变温操作对耐火材料产生热负荷变化巨大,炉墙的温度也随之发生明显变
极大的热冲击,耐火材料须具有优异的抗热震稳化。以加氢反应进料加热炉为例,设计工况热负
定性,否则将造成炉墙开裂,导致严重的热量损荷可达到某工况热负荷的2~3倍。为了适应工
耗,甚至威胁到生产安全。
艺的要求,燃烧器放热量的调节比一般取5:1。
在热负荷较低时,附墙燃烧的火焰攀附墙体的面
积较小,高度降低;反之高度增高。不同工況之
间,炉墙的表面平均温度发生着剧烈的变化,普通
的高铝隔热耐火砖难于适应这一苛刻的条件,经
常表现为裂纹或断裂。图2为某厂加热炉运行了
个周期后发现的炉墙断裂照片
1.3加氢炉附着火焰砖墙裂纹产生原因
当工艺需变温操作时,火焰所附着炉墙的表
面温度发生着剧烈的变化,变温操作对耐火材料
图1炼油炉火焰附着燃烧的炉墙
产生极大的热冲击。耐火砖是以A2O2、SiO2为
主要成分的矿物及工业副产品,其形成的主要晶
1炼厂常见火焰附着砖墙的衬里结构及问题
相为莫来石相,另有残余的其他相体。由于不同
1.1火焰附着砖墙的衬里结构
以加氢反应炉辐射室为例,炉膛侧墙下部有
火焰附着燃烧的部位,且直接受火焰冲击,与火焰
收稿日期:2015-03-12。
作者简介:刘长爱,女,2005年毕业于北京化工大学过程装
接触的火墙最低温度等级至少为1540C,受火
备与控制工程专业,现在工业炉室从事炼油装置加热炉的设
焰冲击的热面层砖墙,其最低温度等级至少为
计工作,已发表论文1篇,工程师。
1430℃。在选择衬里材料时,综合考虑炉膛
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石油化工设备技术
2015年
相体之间的膨胀系数存在差异,在冷热循环过程Fe2O2等杂质,在高温烧制的过程中与Al2O。、
中会因为膨胀收缩相互牵制从而产生较大的热应SiO2以玻璃相的形式残留在最终产品中。在高
力,导致炉墙砖开裂。
温环境中使用时,这些玻璃相会发生软化,使产品
发生变形以致开裂。
1.4相关标准
高铝耐火砖的选用和采购主要依据现行国家
标准GB3995-2006《高铝质隔热耐火砖》,该标
准广泛适用于国内的各行各业。标准中给出了分
类型号、常温耐压强度、加热永久线变化(≤2%)、
导热系数(350℃)的要求(见表1~表321),但没
有给出抗热震稳定性的要求。而在炼厂加热炉内
图2火焔附着砖墙裂纹
急冷和急热交变的工况下,炉墙砖容易开裂,该标
此外,耐火砖的原料中含有CaO、MgO、准用在石化加热炉上,技术要求略显缺失。
表1隔热耐火砖的分类及型号
分类
低铁高铝质DLG180-1.5LDLG170-1.3LDLG160-1.0LDGL150-0.8LDLG140-0.7LDLG125-0.5L
普通高铝质LG140-1.2LG140-1.0LG140-0.8LLG135-0.7LLG135-0,6LLG125-0.5L
表2低铁高铝质隔热耐火砖的技术指标
指标
项目
DLG
DLG
DLG
DGI
DLC
DLG
180-1.5L
170-1.31
160-1.0L
150-0.81
140-0.7L
125-0.5L
o(Al2O3),%≥
ao(Fe2O3),%≤
1.0
体积密度/(gcm~3)≤
0.8
常温耐压强度/MPa≥
9.5
5.0
3.0
2.5
2.0
1.5
加热永久线变化≤1%的
1800
1700
1600
1500
试验温度/C
加热永久线变化≤2%的
400
1250
试验温度/C
导热系数(平均温度350℃士
0.80
0.60
0.40
0.35
0.30
20
25℃)/LW/(m?K)-1]≤
表3普通高铝质隔热耐火砖的技术指标
指标
项目
LG140ー1.2LG140-1.0IG140-0.8LLG135-0.7L⊥G135-0.6LLG125-0.5L
a(Al2O),%≥
o(Fe2O3),%≤
2.0
体积密度/(g·cm-3)≤
1.2
1.0
0.8
0.70
0.5
常温耐压强度/MPa≥
4.5
4.0
3.0
2.5
2.0
1.5
加热永久线变化≤2%的
1350
1250
试验温度/C
导热系数(平均温度350℃士
0
0.3
0.25
0.20
25℃)/LW?(m?K)-]≤