管式炉炉膛修复实践探讨

周玉青，李　强，朱定华，钱　亮

（1.南京科技职业学院，江苏 南京210048；2.南京工业大学 岩土工程研究所，江苏南京210009；3.上海宝钢化工有限公司 梅山分公司，江苏 南京210039）

管式炉炉膛修复实践探讨

周玉青1，李强2，3，朱定华2，钱亮2

（1.南京科技职业学院，江苏 南京210048；2.南京工业大学 岩土工程研究所，江苏南京210009；3.上海宝钢化工有限公司 梅山分公司，江苏 南京210039）

某焦化厂以管式炉作为蒸馏装置的加热炉，该管式炉炉膛采用高铝轻质耐火浇注料做为炉墙耐火层，使用2年后出现不规则裂缝和局部出现大面积脱落的现状。对高铝轻质耐火浇注料和高铝耐火砖保温材料的物性进行对比，并结合施工和烘炉的操作要求，选用了高铝耐火砖作为炉膛砌筑做耐火层对炉膛进行改造。改造后的管式炉运行安全稳定，耐火层能满足高温炉膛的需要。

炉膛；耐火材料；保温；施工

某焦化厂以管式炉作为蒸馏装置的加热炉，该管式炉炉膛采用高铝轻质耐火浇注料做为炉墙耐火层，使用两年后出现不规则裂缝，局部出现大面积脱落，造成该炉无法正常运行。如何对耐火材料的选用和施工及升温烘炉是保证各类炉膛耐火层正常运行的关键环节［1］。

1　炉膛现状

焦油装置的管式炉炉型为立管圆筒炉，辐射-对流式加热方式，油料上进下出，炉膛内的6个燃烧器圆周均匀布置在炉底，正常生产情况下，炉膛温度在500～650℃。

为保证炉管的加热温度，对炉体的耐火保温层要求较高，目前炉膛使用的耐火层为高铝耐火浇注料，正常情况应光滑平整，不允许出现裂纹和局部脱落［2］。改造前炉膛内保温层使用耐火材料为高铝轻质耐火浇注料（不定型砌筑）。2007年5月份对该炉膛进行检查时发现，炉膛耐火保温层出现多条不规则裂缝，炉膛局部地方出现大面积保温层脱落现象（见图1），对炉膛的保温极为不利，浪费了能源，又容易造成炉体钢板烧穿的设备事故。

图1　炉膛保温层出现的大面积脱落图

2　炉膛内保温层的浇注料开裂原因分析

2.1炉膛保温层遭水浸泡

由于上一次焦油管式炉停工期间，打开炉膛门进行检查后，炉膛门没有关紧，当时正值南京的梅雨季节，潮湿的空气及雨水对高铝轻质耐火浇注料影响较大。

2.2物料配比不均

在上一次的保温层施工期间，在现场搅拌配置浇注料，因配合比及搅拌不均，导致保温层的体积密度不均衡、孔隙率较大，是造成保温层使用一段时间后浇注料裂开的主要原因。

2.3炉膛升温过快

查看上一次的炉膛的烘炉曲线发现，在烘炉期间，炉膛在150～350℃期间升温过快，造成炉膛温度趋势变化大，受热不匀，是造成耐火浇筑料开裂的原因之一。

3　原炉膛高铝耐火浇注料的局限性

3.1高铝轻质浇注料理化性能

高铝耐火浇注料是一类常用的保温材料，由于其施工简单、成本低，被用于多种保温体。在现场使用中，也发现这种保温层有许多的弊端。高铝耐火浇注料的理化性能如表1所示。

表1　高铝轻质浇注料理化指标

高铝浇注料的优点包括：

（1）施工比较简单，立模后将搅拌好的浇注料放置模型中，即可成型养护；

（2）施工时间短，一般2 d就可施工结束；

（3）具备异型状特点，这种浇注料可根据炉膛形状不同，制成各种不同的形状。

但高铝浇注料也存在不少缺点：

（1）配比难控，据炉膛温度的变化要求，现场浇注料由于施工工人和原料的不同，使得配比控制困难。同时人工搅拌会造成原料分布不均，炉体保温层成型后，材料孔隙率和体积密度不易保证；

（2）耐水性较差，吸湿后的浇注料，由于膨胀度的不同经炉膛加热后，易产生裂缝脱落。

3.2高铝轻质耐火浇注料的烘炉特点

高铝轻质耐火浇注料的烘炉时间约为144 h，才能保证耐火保温层正常发挥其保温作用。高铝轻质耐火浇注料烘炉曲线见图2。高铝轻质浇注料和高铝耐火砖的物性比较见表2。

图2　高铝轻质耐火浇注料烘炉曲线图

表2　高铝轻质浇注料和高铝耐火砖的物性比较

高铝耐火砖的主要成分与高铝浇注料基本相同，施工较复杂，需将耐火砖按炉缸形状摆放好一块一块竖缝交错砌筑；同时由于砖和耐火砂浆是相互交错砌成一个圆形体，当炉膛内部各种火焰燃烧时（见表3），被燃烧的部位就会局部膨胀，此时砖与砖之间的0.05～1 mm的砖缝就会随着温度变化伸缩。将膨胀产生的变形力化解，使炉膛保温层在燃烧升温变化大的情况下始终保持稳定状态［3］。

高铝耐火砖经过高温锻烧后，体积密度大，耐水性较好；其烘炉时间较短，约需要60 h（见图3）；Al2O3的熔点2 050℃，成分含量越大，炉膛温度越高，尤其是炉膛温度压力变化大，骤然升温时抗裂变性有重要意义；高铝砖Al2O3含量48%～75%；可以重复使用多次，经济性较好［4-5］。

通过表2中高铝轻质浇注料和高铝耐火砖的物性比较的综合分析，确定使用高铝耐火砖的砌体砌筑来代替高铝耐火浇注料做炉膛保温层［6］。

4　管式炉炉膛改造方案实施

2007年5月份，管式炉余热利用技改项目立项审批后开始动工，工期20 d，项目改造工期要求非常紧，需要采用炉膛耐火保温层砌筑方式合理，施工周期不宜过长，烘炉时间短的方案［7］。

（1）砌筑工业炉前，应通过实验确定泥浆的稠度和加水量，同时检查泥浆的砌筑性能（主要是粘结时间）能否满足砌筑要求。砌筑工业炉应采用成品泥浆，泥浆的最大颗粒不宜大于规定砖缝厚度的30%，砌体的砖缝厚度不大于3 mm。

（2）工业炉的中心线和主要标高控制线应测量确定。砌筑前，应效核砌体的放线尺寸。高铝砖膨胀缝为9～10 mm，砌体内外层的膨胀缝不应相互贯通，上下层宜错开。耐火砌体的砖缝厚度用塞尺检查，塞尺宽度应为15 mm，塞尺的厚度应等于被检查砖缝规定的厚度。

（3）圆形炉墙不得有三层重缝或三环通缝，上下两层重缝与相邻两环的通缝不得在同一地点。圆形的炉墙的合门应均匀分布。

（4）空气煤气管道与炉体交接处，管道内砌体在现场条件允许的情况可在地面上采取分段砌筑，焊接接头部位应留足尺寸，安装后及时补砌［8］。

5　改造后效果分析

（1）改造好的管式炉投入使用后（效果图见图4），运行稳定，对炉体外壳检查，没有发现有异常。

（2）管式炉例行检修，打开炉膛对耐火层炉墙检修检查，耐火砖没有脱落、变形。

（3）满足管式炉炉膛温度需要，对炉膛温度压力变化大，骤然升温时抗裂变效果较好。

（4）从2007年至今，炉膛耐火保温层耐火砖没有重修，有效延长了炉膛保温层的使用寿命。

（5）废气排放温度从原先的364℃下降到204℃，明显减少了废气带走的热量；煤气燃烧完全，废气含氧量从原先的高于10%下降至4.8%，管式炉热效率明显升高，由原先的76.4%升高到85.0%。

（6）煤气耗量明显降低，由改造前的883 m3/h降到729 m3/h，降低了装置的能源消耗。

6　结语

管式炉采用高铝耐火砖替代高铝浇注料的改造方案后，有效解决了现场施工人员对耐火材料配合比不易控制，烘炉时间长的问题。对停炉检修这种时间较短，要求企业及时恢复生产的，采用这种方法从

图3　高铝耐火砖烘炉曲线图

图4　改造后炉膛耐火层图

表3　各种火焰参数对比

工程实践来看有一定推广价值。从生产各方面情况来看，余热利用系统运行状况稳定，完全能满足焦油装置的正常运转，并延长了管式炉的使用寿命，具有明显的节能效果，达到了改造的目的。

［1］钱家麟，于遵宏，王兰田，等.管式加热炉［M］.北京:轻加工出版社，1987

［2］李书镇.磁化技术在炼油工业炉中的应用与发展［J］.石油化工设备技术，1988，9（5）:21-23.

［3］江红辉，卜朝瑞.工业锅炉技术大全［M］.北京：科学普及出版社，1990.

［4］王久征.管式加热炉的发展动向［J］.石油化工设备技术，1985（l）: 28-36.

［5］李文.圆筒形扰流管式空气预热器［J］.石油化工设备技术，1986（3）:28-31.

［6］陈德祥.陶瓷喷头燃烧器［J］.石油化工设备技术，1991，12（6）:40-41.

［7］熊振远.新型板式空气预热器在石化工业炉上的应用［J］.石油化工设备技术，1994，15（4）:39-42.

［8］钱伯章.炼厂使用板式换热器预热燃烧空气［J］.石油化工设备技术，1989，10（4）:22-26.

Discussion on Repair Practice of Tube Furnace Hearth

ZHOU Yuqing1，LI Qiang2，3，ZHU Dinghua2，QIAN Liang2
（1.Nanjing Science and Technology Vocational College，Nanjing 210048，China；
2.Institute of Geotechnical Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，China；
3.Meishan Branch of Shanghai Baosteel Chemical Industry Co.，Ltd，Nanjing 210009，China）

The tube furnace is used as heating furnace of the distillation device in a certain coking plant，which uses high aluminum lightweight refractory castable for furnace wall refractory layer of furnace hearth.Two years later，irregular cracks and partly massive drop are appeared.The physical properties of high aluminum lightweight refractory castable and high aluminum refractory insulation materials are compared，and combining the operation requirement of construction and baking，the high aluminum refractory brick is chosen as furnace lining refractory layer to modify the furnace hearth.After transformation the tube furnace operation security and stability，the refractory layer could meet the needs of high temperature furnace.

furnace hearth；refractory materials；heat preservation；construction

TQ520.5

B

1001-6988（2016）04-0017-03

2016-05-13

周玉青（1973—），女，高级工程师，主要研究方向为化工有机废水研究及化工设备改进.