高鋁隔熱耐火磚在煉油加熱爐中的應用

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，由熾熱的爐墻對輻射室內(nèi)的爐管進行熱輻射，從而保證爐管受熱均勻。火焰所附著墻面采用耐火磚，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)操作和運行。

煉油廠加氫裝置中的反應進料加熱爐是裝置中主要的熱量來源。加氫反應進料加熱爐爐管內(nèi)多為氣-液兩相流，工程設計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，再由熾熱的爐墻對爐管進行熱輻射。但實際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，爐膛的變溫操作對耐火材料產(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，導致嚴重的熱量損耗，甚至威脅到生產(chǎn)。

1 煉廠常見火焰附著磚墻的襯里結構及問題

1.1 火焰附著磚墻的襯里結構

以加氫反應爐輻射室為例，爐膛側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至少為1540℃，受火焰沖擊的熱面層磚墻，其低溫度等級至少為1430℃。在選擇襯里材料時，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

當工藝需變溫操作時，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)過程中會因為膨脹收縮相互牽制從而產(chǎn)生較大的熱應力，導致爐墻磚開裂。此外，耐火磚的原料中含有CaO、MgO、Fe2O3等雜質(zhì)，在高溫燒制的過程中與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，這些玻璃相會發(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，加熱爐在操作中熱負荷變化巨大，爐墻的溫度也隨之發(fā)生明顯變化。以加氫反應進料加熱爐為例，設計工況熱負荷可達到某工況熱負荷的2～3倍。為了適應工藝的要求，燃燒器放熱量的調(diào)節(jié)比一般取5∶1。在熱負荷較低時，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。某廠加熱爐運行了一個周期后發(fā)現(xiàn)的爐墻斷裂。

1.4 相關標準

高鋁耐火磚的選用和采購主要依據(jù)現(xiàn)行標準GB3995—2006《高鋁質(zhì)隔熱耐火磚標準》，該標準廣泛適用于的各行各業(yè)。標準中給出了分類型號、常溫耐壓強度、加熱線變化(≤2%)、導熱系數(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，該標準用在石化加熱爐上，技術要求略顯缺失。

結語

1)在煉油加熱爐中，對于附墻火焰用高鋁隔熱耐火磚，在選用和采購時除滿足現(xiàn)行的標準外，還應附加抗熱震穩(wěn)定性的要求，通過本次工程實踐，提出抗熱震穩(wěn)定性>30次以上的技術要求是可行的。

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

3)加氫裝置中的反應進料加熱爐多采用臥管雙面輻射立式爐。在使用過程中，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)工程應用表明，采用本文所述新技術的輕質(zhì)耐火磚可在火焰附墻燃燒的加氫裝置反應爐和焦化加熱爐中推廣應用。