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催化裂化BPDIE无龟甲网衬里及施工技术

舒海涛 王关宝

摘要 针对催化裂化装置再生器隔热耐磨衬里存在的问题,研究了采用新型隔热耐磨衬里材料的机械喷涂工艺,包括衬里材料的选择、保温钉的焊接、施工缝的设置和加水量的控制。解决了大颗粒回弹率高等问题。机械喷涂的衬里经运行考核,证明性能良好,提高了衬里的施工工效,降低了装置的能耗。
关键词 催化裂化 耐磨衬里 机械喷涂 无龟甲网衬里

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

  隔热耐磨衬里是催化裂化装置再生器和反应器内壁的重要组成部分。几年来,随着催化裂化工艺技术的发展,装置负荷加重、操作温度提高,使原有龟甲网衬里越来越不适应装置安全、稳定、长周期运转的要求。其存在的主要问题是结构复杂、施工工序多、施工周期长、造价高、使用寿命短。使用寿命短表现为投用后由于高温下热膨胀的差异,易产生焊缝脱开衬里翘曲、断裂和鼓包,致使衬里的修补工作量大,修补工作较为困难,修补质量难以得到保证,以致不时出现耐磨层脱落,隔热层被冲刷,金属壁超温的现象。这些弊端都与龟甲网结构有关。为此,新型的无龟甲网衬里结构以及相应的衬里材料和施工技术有必要进行开发和推广应用。我们与北京设计院、宜兴张泽耐火电瓷厂等单位共同开展“催化裂化装置机械喷涂BPDIE无龟甲网衬里工业应用的研究,本工作经历了调查研究、选择衬里材料、模拟试验、工业应用和测温跟踪等过程,已取得了满意的结果。

1 材料的选择

  选用宜兴张泽耐火电瓷厂生产的BPDIE隔热耐磨衬里喷涂材料,通过多次实验室小试、中型模拟喷涂试验,能满足使用要求及喷涂工艺要求,其性能指标如表1。
  在原有BPDIE衬里手工涂抹料的技术基础上,为保证原BPDIE衬里的优良性能,适应喷涂工艺的要求,材料上做了较大的改进。
  采用原有BPDIE-G隔热衬里料,经过多次调整颗粒大小及级配,喷涂试验结果表明该衬里料的主要成份为粘土空心球,不适宜做喷涂料。因为它强度高,空心又呈球状且表面有一层光滑的釉,有如乒乓球的弹性,因此回弹率极高。喷前干混合料的筛分结果:大于1.2mm的骨料占45.4%,而喷后只有23.36%~13.56%。也就是说大于1.2mm的骨料回弹损失率达48.5%~70%。

表1 隔热衬里料BPDIE-G和耐磨衬里料BPDIE-D性能指标  

项 目BPDIE-GBPDIE-D
合同指标实测值合同指标实测值
容重/kg.m-3
 110℃1520~16801300~14502720~28802450~2600
 815℃1440~16001200~14502640~28002380~2550
抗折强度/MPa
 110℃≥2.26.5~10
 540℃≥2.25.6~7.0
 815℃2.1~3.5≥2.15.6~8.55~8
 1100℃1.6~2.5
抗压强度/MPa
 110℃10~1565~95
 540℃5.6~7.79~1335~55
 815℃4.2~6.39~1335~5645~70
 1100℃4.2~6.38~12
线变化率/%
 815℃-0.1~-0.3-0.1~-0.25-0.1~-0.2
 1100℃-0.1~-0.3-0.2~-0.25≤-0.6

导热系数/W.m-1.K-1

 540℃0.5≤0.41.56≤1.4
 815℃0.53≤0.451.41
  注:导热系数测定方法是平板法。

  采用大颗粒膨胀珍珠岩,轻质砖砂或陶粒、票珠等代替BPDIE-G衬里料中的粘土空心球,胶结剂矾土水泥不变,适当加入外加剂,考虑喷涂过程中轻质集料的破碎和回弹情况,适当提高了轻质集料的粗颗粒含量,经喷涂模拟试验,其大于1.2mm的骨料回弹损失率仅有15%左右。耐磨层衬里BPDIE-D基本上保持了原材料,考虑矾土熟料质硬,在喷涂过程中回弹损失大,适当提高了粗颗粒含量。为了使喷涂后的混泥土得到正确的配合比,BPDIE-G隔热层及BPDIE-D耐磨层喷涂料适当改变了配合比。通过以上调变,喷涂试验取得了比较满意的结果。

2 无龟甲网衬里的试验

2.1 再生器出口烟道上的工业应用试验
  再生器是催化裂化装置的关键设备,在再生器正式采用无龟甲网衬里之前,我们先在类似高温条件的再生器出口φ2200mm烟道水平段进行工业应用试验,对衬里材料的技术性能进行考察。在此水平烟道上,采用手工涂抹方法,应用宜兴张泽耐火电瓷厂生产的BPDIE衬里材料,无龟甲网衬里两层总厚100mm,其中隔热层BPDIE-G60mm,耐磨层BPDIE-D40mm,面积共40m2。使用一年后对其进行检查,烟道内烟气温度600~650℃左右,其外壁表面温度为130℃,而烟道相邻有龟甲网衬里的外壁温度为145℃,而且无龟甲网衬里的所有外壁没有发现局部超温现象。试验证明无龟甲网衬里的结合和使用良好。
2.2 无龟甲网衬里机械喷涂
  机械喷涂是通过喷涂机械,将半干状的粉末物料在压缩空气的作用下,按一定比例与水混合以高速气流的形式喷向施工面,达到密实粘结的目的。我们根据φ9.6m再生器的曲率做了一块弧形钢板,结构如图1(单位:mm)。采用AllentownN-2型喷涂机械,经过研究掌握了BPDIE无龟甲网衬里机械喷涂技术。将试样送交洛阳国家耐火材料质量检验测试中心和华南理工大学无机材料系进行检验[1,2],其导热系数、密度、高温抗折强度、抗压强度和线变化率等指标均满足要求。

3 再生器无龟甲网衬里施工

  在催化裂化装置大修期间,在再生器密相段更换180m2衬里。拆除原来的有龟甲网衬里,机械喷涂无龟甲网新衬里,新衬里下端离装卸孔中心3m,新衬里总高5.5m,见图2。

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图1 机械喷涂衬里试板

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图2 再生器简图

3.1 旧衬里拆除及除锈处理
  用铁凿打掉龟甲网内的耐磨衬里,并露出保温钉端板,用电焊割除龟甲网。拆除隔热层衬里,拆除原有全部保温钉。用铁铲及钢丝刷清理内壁铁锈及附着物。
3.2 保温钉锚固定焊接
  V形保温钉按竖横交叉十字形排列,间距为200mm,局部减小至160mm。焊后要逐个检查焊接质量。
3.3 新旧衬里接口处理
  原有龟甲网衬里厚度100mm,新的龟甲网衬里厚度120mm,新旧衬里交接处有一条接口,接口结构如图3,利用原再生器内壁每间隔0.5m的油气阻挡圈,把接口设置在油气挡圈附近,用30mm×30mm×4mm角钢把龟甲网与油气挡圈焊接在一起,连接角钢每段长600mm,每段上钻出三个φ12mm的孔,使其通过锚固钉焊接在器壁上。新旧衬里耐磨层做成45°斜坡过渡联接。

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图3 新旧衬里接口结构

3.4 施工缝设置及处理
  衬里喷涂从下往上施工,每次喷涂高度1.2m左右,环向设置四条施工缝,只留一条纵向施工缝,施工缝接口做成45°斜坡口,隔热层与耐磨层的施工缝错开200mm以上。
3.5 机械喷涂隔热层衬里
  将矾土水泥与骨料按一定质量比放在搅拌器内搅拌3~5min,搅拌均匀后加6%~7%清洁水,使干料不起粉尘即可。这种半干拌料须在60min内用完,严禁二次加水搅拌再用。在此同时,作好喷涂前一切准备工作,将半干拌料装入喷涂机料缸内至满,操机手在装卸孔平台,喷枪手在再生器内,两者联系和配合,开机后即喷涂,每次喷涂的宽度为1.2~1.5m,高度为1.2m,喷枪距工作面约1m左右,在确保衬里喷涂密实的前提下,为减少喷涂回弹量,喷涂出口压力控制在0.2MPa左右,加水量靠喷枪手熟练掌握,一般以回弹量少又不出现流淌现象为好,喷涂机要保持连续供料,大约每3min装一次料,为控制隔热层衬里厚度,施工前先在V形锚固钉上作好标记,当隔热层喷至所要求的厚度为70mm时要进行找平,喷涂时,喷枪要不断地移动,禁止在某点停留时间过长。
3.6 机械喷涂耐磨层衬里
  隔热层喷涂完成后养护8min,外观检查合格,并把V形钉露出部分的隔热层物料清除干净,才能喷涂耐磨层。
  将纯铝酸钙水泥与骨料按质量比放在搅拌机内搅拌3~5min,搅拌均匀后加入少量清水,使干料不起粉尘。然后以干拌料为基准,加入3%不锈钢钢丝纤维,一边进行干搅一边用刷子均匀加入钢纤维,搅拌8~10min直至均匀,这种半干料须在45min内用完,严禁二次拌和使用。将半干料装入喷涂机料缸内连续地进行开机喷涂,喷涂技术同前所述,耐磨层衬里厚度可在喷涂过程中用插钉检查控制,使衬里厚度误差控制在±3mm,当喷涂达到所要求的厚度50mm时即可找平抹光。耐磨层衬里要做到表面平整,无贯通裂纹,无鼓包及脱块现象。完成喷涂施工后,用喷雾器淋水养护48h,然后自然养护至少5天,可以转入开工前的烘炉工序。

4 再生器无龟甲网衬里的应用效果

  在再生器无龟甲网衬里更换前后,对其外壁的表面温度共进行了5次测量,测量部位在再生器密相段衬里更换处的1-1、2-2、3-3截面(见图2),圆周上分12个区域(见图4),测量数据见表2。

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图4 圆周12个区域均布图

  由表2可见,有龟甲网衬里,外壁的平均温度在运转早期就偏高,达148.8℃,7个月后外壁的平均温度升高28.4℃。这表明有龟甲网衬里由于结构上存在先天不足的弊病,在高温使用过程中,容易产生翘曲、断裂和鼓包等缺陷。这既可以从壁升增高来说明,也可从大修时设备的外观检查得到证实。对于无龟甲网衬里来说,由表2可见,其外壁平均温度均较低。其中局部温度高达179℃和172℃,是由于测温时再生器与升气管之间的斜管内部有龟甲网衬里脱落,斜管表面温度剧增至600℃左右,以致影响与其靠近的4区再生器外壁表面温度。即使在这种情况下,7个月后再生器外壁平均温度升高7.1℃,8个月后升高7.5℃。考虑两种不同测温方式存在的误差,可以说再生器外壁平均温度的变化很少,无龟甲网衬里的运行稳定,能够适应催化裂化装置周期运行的要求。

表2 再生器外壁表面温度测量数据

 运转
时间/月
红外测 
温仪器 
圆周12个测区表面温度/℃平均
温度/℃
123456789101112
有龟甲网0热像仪*150.1151.3147.0154.1143.7148.4147.0148.8
 衬里7测温仪174.0176.0206.0175.0178.0176.0167.0156.0166.0193.0197.7161.3177.2
无龟甲网0测温仪122.5140.5151.5107.5106.5144.5133.5125.0138.0156.5119.5133.0131.5
 衬里7热像仪**126.6140.0157.0179.0144.5135.5135.1127.2132.6144.7122.2118.1138.6
 8热像仪**125.9141.7158.8172.0148.8139.0135.3127.2133.3146.2119.5120.0139.0
  *委托茂名石化公司测量;**委托华南理工大学测量。

  无龟甲网衬里与有龟甲网衬里比较,前者的外壁表面平均温度较低,节能效果显著。根据华南理工大学无机化学系提供的计算结果,新衬里综合导热系数为11.84W/(m2.℃),如相应旧衬里也取此系数,计算环境温度皆以20℃考虑,则新旧衬里平均单位面积散热量分别为1404.2 W/m2和1525.0W/m2,单位面积节省能量120.8W/m2。当再生器全部更换为无龟甲网衬里后,衬里面积按1000m2计算,每小时节省能量约0.43GJ,每年折合燃料油83吨。

5 结论

  (1)在催化裂化装置再生器密相段大面积成功地采用机械喷涂国产BPDIE无龟甲网衬里,这表明无论是材料的技术性能,还是衬里的施工技术都取得了突破性进展。
  (2)机械喷涂无龟甲网衬里的主要技术性能如热系数、高温抗折强度等达到或超过厂家指标。
  (3)通过机械喷涂试验以及现场施工实践,解决了BPDIE无龟甲网衬里的机械喷涂中大颗粒回弹等技术问题,为今后大面积推广应用创造了施工技术条件。
  (4)在再生器衬里的更换中,开发了新旧衬里接口的新结构,为逐步更换无龟甲网新衬里开辟了途径。
  (5)机械喷涂无龟甲网衬里,与手工施工相比不但可减轻劳动强度,而且加快施工速度,缩短检修周期,提高工效40%以上。
  (6)机械喷涂BPDIE无龟甲网衬里,经一年多生产运行考验,没有发现超温现象,可以满足催化裂化装置长周期生产的要求。

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