高溫高壓裂解爐爐頂設(shè)計(jì)

高溫高壓裂解爐爐頂設(shè)計(jì)

大慶石化公司化工車(chē)間的七臺(tái)東部撕裂爐（s-111）a-g，是由美國(guó)斯通-韋伯斯特公司開(kāi)發(fā)的高溫、短效和選擇性裂解爐。自1986年投料運(yùn)行至今已超過(guò)10年,后在1989年、1995年又先后增加了兩臺(tái)國(guó)產(chǎn)化的8號(hào)和9號(hào)裂解爐,其設(shè)計(jì)原理與指導(dǎo)思想基本上是按照原進(jìn)口爐的構(gòu)思進(jìn)行的。最近幾年,在停爐和開(kāi)爐的狀態(tài)下,爐頂襯里耐火材料經(jīng)常出現(xiàn)脫落現(xiàn)象,使?fàn)t膛內(nèi)的火焰直接燒向外壁碳鋼板,其后果:一是超溫嚴(yán)重;二是熱態(tài)變形,使大量的熱量散失,影響了爐子的正常運(yùn)行。雖經(jīng)過(guò)修補(bǔ),但效果并不理想。1復(fù)合材料的制作EF-111A/G裂解爐爐頂原設(shè)計(jì)為上下層鋪式耐火纖維氈結(jié)構(gòu)。爐頂襯里由5層耐火纖維制品組成:直接接觸火焰的一層選用25mm厚的T/5120-P(130)陶質(zhì)纖維氈;中間由內(nèi)向外,依次選用了25mm厚的T/5120-P(120)陶質(zhì)纖維氈、25mm厚的T/5090高鋁纖維針刺氈、50mm厚的T/5120高鋁纖維針刺氈,最外保溫層采用50mm厚的MG80普通纖維針刺氈。耐火材料之間用掛釘聯(lián)接,其材質(zhì)為25Cr-20Ni。并且自動(dòng)夾全部用高鋁氈密封。2路橋坍塌原因分析2.1保溫釘和墊片材質(zhì)乙烯裂解爐正常運(yùn)行時(shí)爐膛溫度高達(dá)1050℃左右。由于一部分手工安裝的緊固件雖用耐火纖維氈蓋住,但其密封性、緊固性不能達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn),在停爐搶修等狀態(tài)下,爐內(nèi)溫差可高達(dá)1000℃,急冷急熱則會(huì)導(dǎo)致保溫釘上的纖維脫落。使保溫釘完全被火焰包圍,其材質(zhì)為SUS304,墊片及壓緊螺母選用了25Cr-20Ni,這兩種材質(zhì)不能長(zhǎng)期承受1050℃的高溫,時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)碳化變脆。保溫釘緊固螺母脫落后,被其壓住的耐火纖維氈因重力的作用及煙道氣的沖擊會(huì)向下脫落,導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)火焰向爐外滲透,燒壞爐頂碳鋼板。2.2爐頂斷裂現(xiàn)象EF-111A/G爐自1986年投產(chǎn)至今已10多年,由于COT溫度較高導(dǎo)致?tīng)t管滲碳嚴(yán)重,變脆的爐管在投料及燒焦時(shí)經(jīng)常發(fā)生斷裂現(xiàn)象,斷裂的爐管內(nèi)部有燒焦用的0.7MPa～0.8MPa稀釋蒸汽及工業(yè)風(fēng)的混合氣,該汽流沖擊力較強(qiáng),在較短的時(shí)間內(nèi)則會(huì)使?fàn)t頂耐火纖維氈被吹落,由此使?fàn)t頂鋼板變成了見(jiàn)火面,被燒壞。2.3爐頂襯里損傷裂解爐在停爐檢修過(guò)程中,由于檢修工人在搭架子時(shí)的不小心碰撞有時(shí)會(huì)使局部爐頂襯里損傷,損傷后的耐火纖維氈在煙道氣的連續(xù)沖擊下,會(huì)逐漸剝離,直至露出碳鋼板。另外,自動(dòng)夾緊固帽上的耐火纖維氈若被碰掉,緊固件將燃燒碳化變脆以致斷裂,從而引起耐火纖維氈下沉并脫落,使火焰燃至碳鋼板。2.4體積收縮,收縮率過(guò)大。造成纖維斷裂,缺乏整見(jiàn)火后的纖維經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的使用后,出現(xiàn)析晶及晶粒長(zhǎng)大的現(xiàn)象。在高溫蠕變及晶粒長(zhǎng)大的情況下纖維出現(xiàn)體積收縮。圖1表示了幾種纖維的溫度與收縮率的關(guān)系。不均勻的體積收縮導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力,它在宏觀上造成纖維表面錯(cuò)位,出現(xiàn)縮徑、變形和晶界開(kāi)裂。這種現(xiàn)象最終會(huì)導(dǎo)致緊固件斷裂,纖維整體性受到破壞,使纖維失去整體的強(qiáng)度和彈性。失去強(qiáng)度的下部纖維在上部纖維的重力及爐膛煙道氣流速的作用下,將從錨固件周?chē)撀洹Ｓ谑?脫落一層后上面的一層又變成了見(jiàn)火面,最終因惡性循環(huán)導(dǎo)致襯里失效。為此,SW公司對(duì)耐火纖維的線收縮率有明確的規(guī)定,詳如表1所示。3改進(jìn)設(shè)備頂部結(jié)構(gòu)3.1錨固件的安裝不當(dāng)美國(guó)SW公司設(shè)計(jì)的原爐頂襯里結(jié)構(gòu)采用了傳統(tǒng)的層鋪式結(jié)構(gòu),即從見(jiàn)火層開(kāi)始至爐頂碳鋼板依次選用了化學(xué)成分和性能不同的各個(gè)等級(jí)的耐火纖維。但是,由于層鋪式是上下結(jié)構(gòu),使得整個(gè)保溫層的重心向下,直接作用在錨固件上。而一旦錨固件受到損壞或是由于安裝的精度不高,則不可避免地會(huì)造成陶質(zhì)纖維一層一層地脫落,直至火焰直接燒向爐頂碳鋼板。另外,由于重心向下,在安裝時(shí)難度也較大,同時(shí)表面平整度不易控制,這些因素都會(huì)導(dǎo)致?tīng)t頂?shù)膿p壞,圖2所示為爐頂襯里受力分析。3.2模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)本次改造主要是在考慮了原層鋪式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理因素后,提出了以下兩種改造方法:a)改造為模塊結(jié)構(gòu)。緊固件采用預(yù)埋式,并且為水平方向,整個(gè)結(jié)構(gòu)在施工前預(yù)制成形。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。圖中高鋁纖維模塊是將一定寬度的20mm厚的高鋁纖維針刺氈折疊成8層(可以根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的層數(shù)),并輕微的壓縮達(dá)到一定厚度,用緊固件把其預(yù)制成一組合件。輕微壓縮是為了使每層之間產(chǎn)生一定的靜態(tài)比壓,使其密封性更好,模塊安裝如圖4所示。模塊結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在:1)施工速度快,但是必須是先預(yù)制好,質(zhì)量容易保證;2)纖維方向?qū)χ鵂t內(nèi)表面呈直角狀態(tài),再結(jié)晶的現(xiàn)象僅發(fā)生在最下面一層,纖維損失少,同時(shí)它疊層壓縮,密度也較大,因此對(duì)同一等級(jí)的耐火纖維采用模塊式比層鋪式在使用溫度上可提高50℃～100℃左右;3)緊固件采用了預(yù)埋式,不外露于煙道氣中,防止了高溫氧化的可能性;4)纖維旋置的方向是層鋪式,其與重力的方向成90℃,所以難于剝離,另外也防止了煙道氣的沖刷。b)仍采用層鋪式,但為上下層鋪式與左右層鋪式的組合。在施工時(shí)把易剝離的上下層鋪置于上部,而下部為穩(wěn)定性較好的左右層鋪,此方案如圖5、圖6所示。左右與上下層鋪式相組合優(yōu)點(diǎn)較多:1)在下部安裝左右層鋪式,使得纖維重力方向與緊固件垂直,因此耐火纖維不易剝落;2)即使部分火焰從下面進(jìn)入,由于上部是上下層鋪,因此可以阻止火焰的進(jìn)一步侵入;3)左右層鋪安裝容易,工作量較小,質(zhì)量易保證。因此這種結(jié)構(gòu)完全可以滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求。在選擇了以上兩種方案后,還對(duì)耐火材料本身的質(zhì)量及適用的工況范圍做了選擇。根據(jù)所用部位溫度的不同選用了不同等級(jí)的玻璃態(tài)耐火纖維,而玻璃態(tài)耐火纖維根據(jù)三氧化二鋁的含量和所添加的用于抑制高溫下結(jié)晶的化學(xué)藥劑的不同又可分為:STD級(jí)普通纖維;HP級(jí)高純纖維;HA型高鋁纖維;ST型微晶纖維;ZA型含鋯纖維;MCA-95型纖維。耐火材料的各種技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表2。左右層鋪式及模塊式爐頂襯里結(jié)構(gòu)適合用于高溫的容器,特別是經(jīng)常出現(xiàn)冷熱應(yīng)力交變比較頻繁的裂解爐。乙烯裂解新區(qū)的裂解爐爐頂已使用了模塊結(jié)構(gòu),效果較好,達(dá)到了預(yù)期的效果。4爐稈熱量的減少a)層鋪式及模塊式耐火纖維結(jié)構(gòu)用在裂解爐爐頂,完全可以滿(mǎn)足工藝要求,并可減少日常維護(hù)量,減輕爐膛熱量的