舒海濤 王關(guān)寶
摘要 針對催化裂化裝置再生器隔熱耐磨襯里存在的問題，研究了采用新型隔熱耐磨襯里材料的機械噴涂工藝，包括襯里材料的選擇、保溫釘?shù)暮附?、施工縫的設(shè)置和加水量的控制。解決了大顆粒回彈率高等問題。機械噴涂的襯里經(jīng)運行考核，證明性能良好，提高了襯里的施工工效，降低了裝置的能耗。
關(guān)鍵詞 催化裂化 耐磨襯里 機械噴涂 無龜甲網(wǎng)襯里
A New Lining Material forCatalytic Cracking Regenerator
SHU Hai－tao and WANG Guan－bao
（Industrial Equipment Inspection Co，Guangzhou Petrochemical GeneralWorks，Guangzhou 510726）
Abstract:A new heat－insulating and wearresistant lining material is used for the regenerator in catalyticcracking unit to replace the conventional one．A process forapplying the new material to the wall of the regenerator bymechanical spray coating is also developed．The new lining is provedto have good quality and thus lowers the energy consumption rate ofthe cracking unit．
Keywords：catalytic cracking，abrasionresistance，mechanical spray coating
隔熱耐磨襯里是催化裂化裝置再生器和反應(yīng)器內(nèi)壁的重要組成部分。幾年來，隨著催化裂化工藝技術(shù)的發(fā)展，裝置負(fù)荷加重、操作溫度提高，使原有龜甲網(wǎng)襯里越來越不適應(yīng)裝置**、穩(wěn)定、長周期運轉(zhuǎn)的要求。其存在的主要問題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工工序多、施工周期長、造價高、使用壽命短。使用壽命短表現(xiàn)為投用后由于高溫下熱膨脹的差異，易產(chǎn)生焊縫脫開襯里翹曲、斷裂和鼓包，致使襯里的修補工作量大，修補工作較為困難，修補質(zhì)量難以得到保證，以致不時出現(xiàn)耐磨層脫落，隔熱層被沖刷，金屬壁超溫的現(xiàn)象。這些弊端都與龜甲網(wǎng)結(jié)構(gòu)有關(guān)。為此，新型的無龜甲網(wǎng)襯里結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的襯里材料和施工技術(shù)有必要進行開發(fā)和推廣應(yīng)用。我們與北京設(shè)計院、宜興張澤耐火電瓷廠等單位共同開展“催化裂化裝置機械噴涂BPDIE無龜甲網(wǎng)襯里工業(yè)應(yīng)用的研究，本工作經(jīng)歷了調(diào)查研究、選擇襯里材料、模擬試驗、工業(yè)應(yīng)用和測溫跟蹤等過程，已取得了滿意的結(jié)果。
1 材料的選擇
選用宜興張澤耐火電瓷廠生產(chǎn)的BPDIE隔熱耐磨襯里噴涂材料，通過多次實驗室小試、中型模擬噴涂試驗，能滿足使用要求及噴涂工藝要求，其性能指標(biāo)如表1。
在原有BPDIE襯里手工涂抹料的技術(shù)基礎(chǔ)上，為保證原BPDIE襯里的優(yōu)良性能，適應(yīng)噴涂工藝的要求，材料上做了較大的改進。
采用原有BPDIE－G隔熱襯里料，經(jīng)過多次調(diào)整顆粒大小及級配，噴涂試驗結(jié)果表明該襯里料的主要成份為粘土空心球，不適宜做噴涂料。因為它強度高，空心又呈球狀且表面有一層光滑的釉，有如乒乓球的彈性，因此回彈率極高。噴前干混合料的篩分結(jié)果：大于1.2mm的骨料占45.4％，而噴后只有23.36％～13.56％。也就是說大于1.2mm的骨料回彈損失率達48.5％～70％。
表1 隔熱襯里料BPDIE－G和耐磨襯里料BPDIE－D性能指標(biāo)
| 項 目 | BPDIE－G | BPDIE－D |
| 合同指標(biāo) | 實測值 | 合同指標(biāo) | 實測值 |
| 容重／kg.m－3 |
| 110℃ | 1520～1680 | 1300～1450 | 2720～2880 | 2450～2600 |
| 815℃ | 1440～1600 | 1200～1450 | 2640～2800 | 2380～2550 |
| 抗折強度／MPa |
| 110℃ | — | ≥2.2 | — | 6.5～10 |
| 540℃ | — | ≥2.2 | — | 5.6～7.0 |
| 815℃ | 2.1～3.5 | ≥2.1 | 5.6～8.5 | 5～8 |
| 1100℃ | 1.6～2.5 | — | — | — |
| 抗壓強度／MPa |
| 110℃ | — | 10～15 | — | 65～95 |
| 540℃ | 5.6～7.7 | 9～13 | — | 35～55 |
| 815℃ | 4.2～6.3 | 9～13 | 35～56 | 45～70 |
| 1100℃ | 4.2～6.3 | 8～12 | — | — |
| 線變化率／％ |
| 815℃ | －0.1～－0.3 | －0.1～－0.25 | — | －0.1～－0.2 |
| 1100℃ | －0.1～－0.3 | －0.2～－0.25 | — | ≤－0.6 |
導(dǎo)熱系數(shù)／W.m－1.K－1 |
| 540℃ | 0.5 | ≤0.4 | 1.56 | ≤1.4 |
| 815℃ | 0.53 | ≤0.45 | 1.41 | — |
| 注：導(dǎo)熱系數(shù)測定方法是平板法。 采用大顆粒膨脹珍珠巖，輕質(zhì)磚砂或陶粒、票珠等代替BPDIE－G襯里料中的粘土空心球，膠結(jié)劑礬土水泥不變，適當(dāng)加入外加劑，考慮噴涂過程中輕質(zhì)集料的破碎和回彈情況，適當(dāng)提高了輕質(zhì)集料的粗顆粒含量，經(jīng)噴涂模擬試驗，其大于1.2mm的骨料回彈損失率僅有15％左右。耐磨層襯里BPDIE－D基本上保持了原材料，考慮礬土熟料質(zhì)硬，在噴涂過程中回彈損失大，適當(dāng)提高了粗顆粒含量。為了使噴涂后的混泥土得到正確的配合比，BPDIE－G隔熱層及BPDIE－D耐磨層噴涂料適當(dāng)改變了配合比。通過以上調(diào)變，噴涂試驗取得了比較滿意的結(jié)果。 2 無龜甲網(wǎng)襯里的試驗 2.1 再生器出口煙道上的工業(yè)應(yīng)用試驗
再生器是催化裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，在再生器正式采用無龜甲網(wǎng)襯里之前，我們先在類似高溫條件的再生器出口φ2200mm煙道水平段進行工業(yè)應(yīng)用試驗，對襯里材料的技術(shù)性能進行考察。在此水平煙道上，采用手工涂抹方法，應(yīng)用宜興張澤耐火電瓷廠生產(chǎn)的BPDIE襯里材料，無龜甲網(wǎng)襯里兩層總厚100mm，其中隔熱層BPDIE－G60mm，耐磨層BPDIE－D40mm，面積共40m2。使用一年后對其進行檢查，煙道內(nèi)煙氣溫度600～650℃左右，其外壁表面溫度為130℃，而煙道相鄰有龜甲網(wǎng)襯里的外壁溫度為145℃，而且無龜甲網(wǎng)襯里的所有外壁沒有發(fā)現(xiàn)局部超溫現(xiàn)象。試驗證明無龜甲網(wǎng)襯里的結(jié)合和使用良好。
2.2 無龜甲網(wǎng)襯里機械噴涂
機械噴涂是通過噴涂機械，將半干狀的粉末物料在壓縮空氣的作用下，按一定比例與水混合以高速氣流的形式噴向施工面，達到密實粘結(jié)的目的。我們根據(jù)φ9.6m再生器的曲率做了一塊弧形鋼板，結(jié)構(gòu)如圖1(單位：mm)。采用AllentownN－2型噴涂機械，經(jīng)過研究掌握了BPDIE無龜甲網(wǎng)襯里機械噴涂技術(shù)。將試樣送交洛陽國家耐火材料質(zhì)量檢驗測試中心和華南理工大學(xué)無機材料系進行檢驗［1，2］，其導(dǎo)熱系數(shù)、密度、高溫抗折強度、抗壓強度和線變化率等指標(biāo)均滿足要求。 3 再生器無龜甲網(wǎng)襯里施工 在催化裂化裝置大修期間，在再生器密相段更換180m2襯里。拆除原來的有龜甲網(wǎng)襯里，機械噴涂無龜甲網(wǎng)新襯里，新襯里下端離裝卸孔中心3m，新襯里總高5.5m，見圖2。 
圖1 機械噴涂襯里試板 
圖2 再生器簡圖 3.1 舊襯里拆除及除銹處理
用鐵鑿打掉龜甲網(wǎng)內(nèi)的耐磨襯里，并露出保溫釘端板，用電焊割除龜甲網(wǎng)。拆除隔熱層襯里，拆除原有全部保溫釘。用鐵鏟及鋼絲刷清理內(nèi)壁鐵銹及附著物。
3.2 保溫釘錨固定焊接
V形保溫釘按豎橫交叉十字形排列，間距為200mm，局部減小至160mm。焊后要逐個檢查焊接質(zhì)量。
3.3 新舊襯里接口處理
原有龜甲網(wǎng)襯里厚度100mm，新的龜甲網(wǎng)襯里厚度120mm，新舊襯里交接處有一條接口，接口結(jié)構(gòu)如圖3，利用原再生器內(nèi)壁每間隔0.5m的油氣阻擋圈，把接口設(shè)置在油氣擋圈附近，用30mm×30mm×4mm角鋼把龜甲網(wǎng)與油氣擋圈焊接在一起，連接角鋼每段長600mm，每段上鉆出三個φ12mm的孔，使其通過錨固釘焊接在器壁上。新舊襯里耐磨層做成45°斜坡過渡聯(lián)接。 
圖3 新舊襯里接口結(jié)構(gòu) 3.4 施工縫設(shè)置及處理
襯里噴涂從下往上施工，每次噴涂高度1.2m左右，環(huán)向設(shè)置四條施工縫，只留一條縱向施工縫，施工縫接口做成45°斜坡口，隔熱層與耐磨層的施工縫錯開200mm以上。
3.5 機械噴涂隔熱層襯里
將礬土水泥與骨料按一定質(zhì)量比放在攪拌器內(nèi)攪拌3～5min，攪拌均勻后加6％～7％清潔水，使干料不起粉塵即可。這種半干拌料須在60min內(nèi)用完，嚴(yán)禁二次加水?dāng)嚢柙儆?。在此同時，作好噴涂前一切準(zhǔn)備工作，將半干拌料裝入噴涂機料缸內(nèi)至滿，操機手在裝卸孔平臺，噴槍手在再生器內(nèi)，兩者聯(lián)系和配合，開機后即噴涂，每次噴涂的寬度為1.2～1.5m，高度為1.2m，噴槍距工作面約1m左右，在確保襯里噴涂密實的前提下，為減少噴涂回彈量，噴涂出口壓力控制在0.2MPa左右，加水量靠噴槍手熟練掌握，一般以回彈量少又不出現(xiàn)流淌現(xiàn)象為好，噴涂機要保持連續(xù)供料，大約每3min裝一次料，為控制隔熱層襯里厚度，施工前先在V形錨固釘上作好標(biāo)記，當(dāng)隔熱層噴至所要求的厚度為70mm時要進行找平，噴涂時，噴槍要不斷地移動，禁止在某點停留時間過長。
3.6 機械噴涂耐磨層襯里
隔熱層噴涂完成后養(yǎng)護8min，外觀檢查合格，并把V形釘露出部分的隔熱層物料**干凈，才能噴涂耐磨層。
將純鋁酸鈣水泥與骨料按質(zhì)量比放在攪拌機內(nèi)攪拌3～5min，攪拌均勻后加入少量清水，使干料不起粉塵。然后以干拌料為基準(zhǔn)，加入3％不銹鋼鋼絲纖維，一邊進行干攪一邊用刷子均勻加入鋼纖維，攪拌8～10min直至均勻，這種半干料須在45min內(nèi)用完，嚴(yán)禁二次拌和使用。將半干料裝入噴涂機料缸內(nèi)連續(xù)地進行開機噴涂，噴涂技術(shù)同前所述，耐磨層襯里厚度可在噴涂過程中用插釘檢查控制，使襯里厚度誤差控制在±3mm，當(dāng)噴涂達到所要求的厚度50mm時即可找平抹光。耐磨層襯里要做到表面平整，無貫通裂紋，無鼓包及脫塊現(xiàn)象。完成噴涂施工后，用噴霧器淋水養(yǎng)護48h，然后自然養(yǎng)護至少5天，可以轉(zhuǎn)入開工前的烘爐工序。 4 再生器無龜甲網(wǎng)襯里的應(yīng)用效果 在再生器無龜甲網(wǎng)襯里更換前后，對其外壁的表面溫度共進行了5次測量，測量部位在再生器密相段襯里更換處的1－1、2－2、3－3截面（見圖2），圓周上分12個區(qū)域（見圖4），測量數(shù)據(jù)見表2。 
圖4 圓周12個區(qū)域均布圖 由表2可見，有龜甲網(wǎng)襯里，外壁的平均溫度在運轉(zhuǎn)早期就偏高，達148.8℃，7個月后外壁的平均溫度升高28.4℃。這表明有龜甲網(wǎng)襯里由于結(jié)構(gòu)上存在先天不足的弊病，在高溫使用過程中，容易產(chǎn)生翹曲、斷裂和鼓包等缺陷。這既可以從壁升增高來說明，也可從大修時設(shè)備的外觀檢查得到證實。對于無龜甲網(wǎng)襯里來說，由表2可見，其外壁平均溫度均較低。其中局部溫度高達179℃和172℃，是由于測溫時再生器與升氣管之間的斜管內(nèi)部有龜甲網(wǎng)襯里脫落，斜管表面溫度劇增至600℃左右，以致影響與其靠近的4區(qū)再生器外壁表面溫度。即使在這種情況下，7個月后再生器外壁平均溫度升高7.1℃，8個月后升高7.5℃?？紤]兩種不同測溫方式存在的誤差，可以說再生器外壁平均溫度的變化很少，無龜甲網(wǎng)襯里的運行穩(wěn)定，能夠適應(yīng)催化裂化裝置周期運行的要求。 表2 再生器外壁表面溫度測量數(shù)據(jù) |
| | 運轉(zhuǎn)
時間／月 | 紅外測
溫儀器 | 圓周12個測區(qū)表面溫度／℃ | 平均
溫度／℃ |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| 有龜甲網(wǎng) | 0 | 熱像儀* | 150.1 | 151.3 | 147.0 | 154．1 | 143.7 | 148.4 | 147．0 | — | — | — | — | — | 148.8 |
| 襯里 | 7 | 測溫儀 | 174.0 | 176.0 | 206.0 | 175.0 | 178.0 | 176.0 | 167.0 | 156.0 | 166.0 | 193.0 | 197.7 | 161.3 | 177.2 |
| 無龜甲網(wǎng) | 0 | 測溫儀 | 122.5 | 140.5 | 151.5 | 107.5 | 106.5 | 144.5 | 133.5 | 125.0 | 138.0 | 156.5 | 119.5 | 133.0 | 131.5 |
| 襯里 | 7 | 熱像儀** | 126.6 | 140.0 | 157.0 | 179.0 | 144.5 | 135.5 | 135.1 | 127.2 | 132.6 | 144.7 | 122.2 | 118.1 | 138.6 |
| | 8 | 熱像儀** | 125.9 | 141.7 | 158.8 | 172.0 | 148.8 | 139.0 | 135.3 | 127.2 | 133.3 | 146.2 | 119.5 | 120.0 | 139.0 |
| *委托茂名石化公司測量；**委托華南理工大學(xué)測量。 無龜甲網(wǎng)襯里與有龜甲網(wǎng)襯里比較，前者的外壁表面平均溫度較低，節(jié)能效果顯著。根據(jù)華南理工大學(xué)無機化學(xué)系提供的計算結(jié)果，新襯里綜合導(dǎo)熱系數(shù)為11.84W／（m2.℃），如相應(yīng)舊襯里也取此系數(shù)，計算環(huán)境溫度皆以20℃考慮，則新舊襯里平均單位面積散熱量分別為1404.2 W／m2和1525．0W／m2，單位面積節(jié)省能量120.8W／m2。當(dāng)再生器全部更換為無龜甲網(wǎng)襯里后，襯里面積按1000m2計算，每小時節(jié)省能量約0.43GJ，每年折合燃料油83噸。 5 結(jié)論 ?。?）在催化裂化裝置再生器密相段大面積成功地采用機械噴涂國產(chǎn)BPDIE無龜甲網(wǎng)襯里，這表明無論是材料的技術(shù)性能，還是襯里的施工技術(shù)都取得了突破性進展。
（2）機械噴涂無龜甲網(wǎng)襯里的主要技術(shù)性能如熱系數(shù)、高溫抗折強度等達到或超過廠家指標(biāo)。
?。?）通過機械噴涂試驗以及現(xiàn)場施工實踐，解決了BPDIE無龜甲網(wǎng)襯里的機械噴涂中大顆?；貜椀燃夹g(shù)問題，為今后大面積推廣應(yīng)用創(chuàng)造了施工技術(shù)條件。
?。?）在再生器襯里的更換中，開發(fā)了新舊襯里接口的新結(jié)構(gòu)，為逐步更換無龜甲網(wǎng)新襯里開辟了途徑。
?。?）機械噴涂無龜甲網(wǎng)襯里，與手工施工相比不但可減輕勞動強度，而且加快施工速度，縮短檢修周期，提高工效40％以上。
?。?）機械噴涂BPDIE無龜甲網(wǎng)襯里，經(jīng)一年多生產(chǎn)運行考驗，沒有發(fā)現(xiàn)超溫現(xiàn)象，可以滿足催化裂化裝置長周期生產(chǎn)的要求。 |