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1、2 4 2 全国气体净化信息站2 0 0 6 年技术交流会论文集 全硅酸铝纤维内衬在净化中温变换炉中的应用 谢伦宏 ( 湖南金信化工公司湖南冷水江4 1 7 5 0 6 ) 合成氨生产过程中加压变换流程的中温变换炉 ( 以下简称中变炉) ，其炉内工作压力为2 0 5M P a 、 工作温度为3 2 0 5 0 0 、工作介质为高温变换气。 为使中变炉的钢结构炉体能在高温条件下安全使 用，其内壁通常要内衬绝热材料以降低壁温。我公 司过去一般采用耐火轻质隔热混凝土，不仅容量 重、炉衬厚、隔热效果差，还常因耐火层龟裂造成 炉内高温气体窜人炉壳，使壁温升高，耐炉壳的安 全运行构成严重影响，为减少中变炉
2、散热、减薄炉 衬以增加催化剂装填量，在净化系统的中变炉上推 广应用了新技术、新材料、新工艺全硅酸铝纤 维内衬： 经生产实践证明，这种炉衬具有炉衬壁薄且隔 热性好的优点，对中变炉的节能降耗取得了满意效 果。总结如下。 1 中变炉基本情况 中变炉的基本技术特性如下： 规格：垂32 0 0 m m X 3 2 m m 1 59 4 2 m m ； 材质：简体1 6 M n R ，中间封头1 5 C r M o R ； 工作温度：3 2 0 5 0 0 ，壁温3 0 0 ； 工作压力：2 0 5 M P a ； 工作物料：半水煤气、变换气、水蒸汽； 新设计使用的炉内衬：硅酸铝纤维砖，厚 1 0 0 m
3、 m ； 装填催化剂：4 8m 3 。 2 硅酸铝纤维的性能 硅酸铝纤维又称陶瓷棉，是一种具有绝热、耐火 双功能的人造无机纤维材料，目前国、内外称之为第 三代耐火材料。它具有各种耐火砖、耐火混凝土等 所无可比拟的优点。 2 1 容量轻 一般耐火砖的容量为20 0 0k g m 3 ，耐火混凝土 为l8 0 0 19 0 0k g m 3 ，水泥珠岩砖为3 5 0 4 0 0k g 订，而硅酸铝纤维制品仅1 5 0 2 0 0k g m 3 ，这可给 施工和设备吊装带来方便。 2 2耐温高 目前我国生产的普通硅酸铝纤维制品( A I z O s 含量约4 3 5 4 ) 持续使用温度为11 0
4、0 ，如为 高铝纤维或含铬硅酸铝纤维，其使用温度则可提高 到13 0 0 以上； 2 ，3 熬系数低 黏土质耐火砖的导热系数为0 7 2 + 0 0 0 05 3 t c p ，当加热到10 0 0 时，系数为5 2 3 35 l 【J ( m h ) ；轻质隔热混凝土为0 6 4 + 0 0 0 06 t c p f 普通 硅酸铝纤维制品l1 0 0 时为0 4 5 13 0 4 0 61 - I O ( m h ) ，6 0 0 时为0 2 7 971 【J ( r i l h ) 。 因此用硅酸铝纤维制品做内衬时，厚度可以减薄，且 大大降低炉壁处皮温度。 2 4比热小 黏土耐火砖在10
5、0 0 时的比热为1 1 0 11k J ( m h - ) ，而硅酸铝纤维制品在9 0 0 10 0 0 时 的比热为0 9 6 30k J ( m h ) 。由于它容重轻， 故同体积的比热要比粘土耐火砖小l O 多倍，特别是 间歇性生产的炉子可以大幅度地降低蓄热量的损 耗，另一方面由于其热客小，可加快升温速度，提高 炉子有效使用时间 2 5 隔音性能好 普通硅酸铝纤维能降低频率大于l0 0 0H z 的 高频噪声，有时也可吸收一点低频嗓声； 2 6可承受一定的气流冲击性 普通硅酸铝耐火纤维用甲基纤维素作粘合剂， 常温抗气流冲刷可达5 0m s ，9 0 0 时达3 0m s 。 如果用乳胶
6、磷酸铝复合攫制作粘结荆，9 0 0 时可 达4 0 m S o 2 7弹| 生较好 能根据需要加工成不同形状的制品，施工时不 受条件局限。使用方便。硅酸铝耐火纤维与其他耐 火绝热材料性能比较见表1 。 全国气体净化信息站2 0 0 6 年技术交流会论文集 2 4 3 裹1常用绝热材科技术性能比较 3 中变炉硅酸铝耐火纤维内村结构殛施工工艺 3 1炉内衬结构 中变炉硅酸铝耐火纤维内衬结构县图l 图1 中温变换炉内衬结构示意 1 一变换炉壳悼1 2 一硅酸铝纤维砖f 3 一钢板保护套1 4 一耐热棍凝土 其简体部分、顶封头内壁及中部的无折边球形 封头外壁，用高温粘结荆将规格为2 3 0 1 0 0
7、 6 5 6 0 的硅酸铝纤维砖粘砌并抹面，后贴衬l 层3m m 厚钢板保护，以防止衬里层直接被气流冲刷，以免脱 落，其炉底封头及中部无折边球形封头内壁捣制耐 热混凝土，厚1 5 0m m 。 3 2 施工方案及步骤 该炉衬施工需按照基层表面处理、涂刷底胶、牯 贴硅铝纤维砖、涂刷面胶、烘炉及拼焊钢板等程序进 行。主要施工工艺及步骤如下： a ) 表面处理：设备内壁用不着钢刷，砂布除锈并 擦试干净，这是整个枯砌工作的基础，要认真做好f b ) 在筒体及顶封头内壁，中部球形封头外壁用 毛刷均匀涂上1 层高温粘结剂，厚0 3m m ； c ) 在底封头及中部球形封头内分别捣嗣耐热混 凝土，厚1 5
8、0 m m ，自干燥4 8h 后用电炉升温干燥； d ) 简体、顶封头内壁及中部球形封头外壁粘贴 l 层1 0 0 m m 厚的2 3 0 1 0 0 X 6 5 6 0 硅酸铝纤维砖， 逐段由下往上砌筑f e ) 硅铝纤维贴好后，用电炉按硅酸铝砖工艺升 温曲线进行烘炉以使炉内材料干燥； f ) 在砌体表面涂抹5m m 厚高温涂料作为保护 层，分4 次涂抹，涂抹1 次后，自然干燥6h 后抹第 二次，自然干燥2 4h 后进行烘炉1 次，再依次涂抹 第三、四次，烘炉至干燥，以形成1 层坚固的硬壳，保 护松软的纤维不受损伤f g ) 贴村钢板保护套。钢板要先在炉外成型好， 然后分块由人孔放入炉内组焊
9、，相对应的人i L 、卸料 孔，热电偶等接管处要预先开孔，以便催化剂及热电 偶插人。 3 3施工注意事项 a ) 粘砌硅纤砖时，砌块要向炉壁挤压，使与炉壁 接触紧密，同时每砌3 4 层砖后要在侧面沿内周挤 压紧密1 次，使每块砖内壁压缩，增强内衬内表面 强度I b ) 砌筑完毕后，村里表面要全面整理，凹凸不 平处须用板打平，砖缝较大处要用纤维棉补好，使内 衬表面平整严密l c ) 内村烘炉要严格按升温曲线控制升温速度与 温度； d ) 钢板衬里必须在内衬施工、烘干验收合格后 方可进行施工； 擘 2 4 4 全国气体净化信息站2 0 0 6 年技术交流会论文集 e ) 在炉内施焊钢板衬里时，要避
10、免捶打或用其 他器械敲击、矫正变形，以免击坏衬里层。 4 中变炉硅酸铝耐火纤维内衬应用效果评价 我公司老系统的2 台内激式换热中变炉( 1 # ，2 # ) 内衬采用矾土水泥、陶粒砂、膨胀石等材料按比 例浇注而成，并用3m m 钢板保护，衬里厚2 0 0m m ； 设计壁温3 6 0 ，实际生产中为3 0 0 3 2 0 ，热损 失大由于内衬厚；由于炉膛容积小，一般只能装填催 化剂3 lm 3 。1 # ，2 # 中变炉在使用过程中，还多次 发生因耐火层龟裂造成炉内高温气体窜人炉壳，使 壁温升高的事故，对炉壳的安全运行构成严重影响。 采用全硅酸铝耐火纤维内村的3 # 中变炉衬里 厚i 0 0 m m ；设计壁温3 0 0 。实际生产中为1 5 0 2 0 0 ，炉壁温度大大降低。减少了散热损失；其内村 使用多年从未发生炉内高温气体窜人炉壳，使壁温 升高的事故，有效地保护了中变炉的安全运行；由于 内衬仅1 0 01 3 3 n i 只需老炉的i 2 厚度就可达到同等 效果，对同体积的炉子而言，因加大有效空间而可增 加1 0 余立方米催化剂装填量，提高了单炉生产能 力，满足了生产系统的需求。综上所述，中变炉采用 新型硅酸铝耐火纤维内村，使用效果令人满意，值得 借鉴。新老炉衬参数比较见表2 。 表2中温变换炉新( 3 # 妒) 、老( I # 2 # ) 炉妒村参数比较
