高鋁隔熱耐火磚在煉油加熱爐中的應(yīng)用

在雙面輻射加熱爐中，火焰附著爐墻的臥管爐是煉廠加氫裝置中的常見爐型，燃燒器的火焰附墻燃燒，由熾熱的爐墻對(duì)輻射室內(nèi)的爐管進(jìn)行熱輻射，從而保證爐管受熱均勻?；鹧嫠街鴫γ娌捎媚突鸫u，普通的耐火磚難于承受附墻火焰的溫度和變溫操作的熱沖擊。研究和開發(fā)新型附墻燃燒用高鋁隔熱耐火磚有利于加熱爐的平穩(wěn)操作和運(yùn)行。

煉油廠加氫裝置中的反應(yīng)進(jìn)料加熱爐是裝置中主要的熱量來(lái)源。加氫反應(yīng)進(jìn)料加熱爐爐管內(nèi)多為氣-液兩相流，工程設(shè)計(jì)中多采用臥管雙面輻射箱式爐。為了保證爐管受熱均勻，工程中常選用扁平火焰附墻燃燒的燃燒器，火焰附墻燃燒，再由熾熱的爐墻對(duì)爐管進(jìn)行熱輻射。但實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，爐膛的變溫操作對(duì)耐火材料產(chǎn)生大的熱沖擊，榮盛耐材生產(chǎn)的耐火材料具有異的抗熱震穩(wěn)定性，否則將造成爐墻開裂，導(dǎo)致嚴(yán)重的熱量損耗，甚至威脅到生產(chǎn)。

1 煉廠常見火焰附著磚墻的襯里結(jié)構(gòu)及問題

1.1 火焰附著磚墻的襯里結(jié)構(gòu)

以加氫反應(yīng)爐輻射室為例，爐膛側(cè)墻下部有火焰附著燃燒的部位，且直接受火焰沖擊，與火焰接觸的火墻低溫度等級(jí)至少為1540℃，受火焰沖擊的熱面層磚墻，其低溫度等級(jí)至少為1430℃。在選擇襯里材料時(shí)，綜合考慮爐膛內(nèi)操作狀況、火焰的沖刷環(huán)境等多種襯里選擇條件，附墻火焰部位的向火面常常選擇高鋁隔熱耐火磚，背襯選擇陶瓷纖維毯和硅酸鈣絕熱板(或陶瓷纖維板)等。

1.2 加氫爐附著火焰磚墻裂紋產(chǎn)生原因

當(dāng)工藝需變溫操作時(shí)，火焰所附著爐墻的表面溫度發(fā)生著劇烈的變化，變溫操作對(duì)耐火材料產(chǎn)生大的熱沖擊。耐火磚是以Al2O3、SiO2為主要成分的礦物及工業(yè)副產(chǎn)品，其形成的主要晶相為莫來(lái)石相，另有殘余的其他相體。由于不同相體之間的膨脹系數(shù)存在差異，在冷熱循環(huán)過(guò)程中會(huì)因?yàn)榕蛎浭湛s相互牽制從而產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，導(dǎo)致爐墻磚開裂。此外，耐火磚的原料中含有CaO、MgO、Fe2O3等雜質(zhì)，在高溫?zé)频倪^(guò)程中與Al2O3、SiO2以玻璃相的形式殘留在終產(chǎn)品中。在高溫環(huán)境中使用時(shí)，這些玻璃相會(huì)發(fā)生軟化，使產(chǎn)品發(fā)生變形以致開裂。

1.3磚墻裂紋產(chǎn)生外因

根據(jù)裝置的工藝操作特點(diǎn)，加熱爐在操作中熱負(fù)荷變化巨大，爐墻的溫度也隨之發(fā)生明顯變化。以加氫反應(yīng)進(jìn)料加熱爐為例，設(shè)計(jì)工況熱負(fù)荷可達(dá)到某工況熱負(fù)荷的2～3倍。為了適應(yīng)工藝的要求，燃燒器放熱量的調(diào)節(jié)比一般取5∶1。在熱負(fù)荷較低時(shí)，附墻燃燒的火焰攀附墻體的面積較小，高度降低;反之高度增高。不同工況之間，爐墻的表面平均溫度發(fā)生著劇烈的變化，普通的高鋁隔熱耐火磚難于適應(yīng)這一苛刻的條件，經(jīng)常表現(xiàn)為裂紋或斷裂。某廠加熱爐運(yùn)行了一個(gè)周期后發(fā)現(xiàn)的爐墻斷裂。

1.4 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

高鋁耐火磚的選用和采購(gòu)主要依據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)GB3995—2006《高鋁質(zhì)隔熱耐火磚標(biāo)準(zhǔn)》，該標(biāo)準(zhǔn)廣泛適用于的各行各業(yè)。標(biāo)準(zhǔn)中給出了分類型號(hào)、常溫耐壓強(qiáng)度、加熱線變化(≤2%)、導(dǎo)熱系數(shù)(350℃)的要求，但沒有給出抗熱震穩(wěn)定性的要求。而在煉廠加熱爐內(nèi)急冷和急熱交變的工況下，爐墻磚容易開裂，該標(biāo)準(zhǔn)用在石化加熱爐上，技術(shù)要求略顯缺失。

結(jié)語(yǔ)

1)在煉油加熱爐中，對(duì)于附墻火焰用高鋁隔熱耐火磚，在選用和采購(gòu)時(shí)除滿足現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)附加抗熱震穩(wěn)定性的要求，通過(guò)本次工程實(shí)踐，提出抗熱震穩(wěn)定性>30次以上的技術(shù)要求是可行的。

2)通過(guò)控制晶相組成、氣孔分布、晶粒尺寸和形貌，對(duì)耐火磚進(jìn)行改進(jìn)，可獲得使用溫度達(dá)到1540℃以上、抗熱震穩(wěn)定性>30次的抗熱震輕質(zhì)耐火磚。

3)加氫裝置中的反應(yīng)進(jìn)料加熱爐多采用臥管雙面輻射立式爐。在使用過(guò)程中，附著火焰的高鋁隔熱磚墻溫度變化較大，熱震穩(wěn)定性差的磚墻易產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。

4)工程應(yīng)用表明，采用本文所述新技術(shù)的輕質(zhì)耐火磚可在火焰附墻燃燒的加氫裝置反應(yīng)爐和焦化加熱爐中推廣應(yīng)用。