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                化工裝置陶瓷纖維爐襯損壞脫落原因分析及修補措施

                發布時間:2021/01/18 行業新聞 標簽:耐火磚瀏覽次數:172

                  作為一種輕質的耐火材料20世紀60年代起,陶瓷纖維開始應用于工業爐窯的襯里。我國于70年代開始研制陶瓷纖維,到90年代該技術得到迅猛發展,并被廣泛應用在耐火、保溫節能工程中。

                  同傳統的耐火材料,如耐火磚、耐火澆注料相比,陶瓷纖維制品具有一定的優點。耐火磚、耐火澆注料自身大、蓄熱大、施工完后需要烘爐,耗時長。而陶瓷纖維密度小、重量輕、導熱系數小、熱容量低、抗熱震性強、施工簡便、無需烘爐,可適應爐窯快速升溫與冷卻,廣泛應用于冶金、石油、化工、機械、電子、建筑、輕工等行業。石油化工行業中應用最多的就是作為加熱爐爐襯。

                  01陶瓷纖維爐襯的主要結構

                  目前陶瓷纖維應用在煉油化工裝置加熱爐中的爐襯結構主要是陶瓷纖維模塊(簡稱陶纖模塊)和陶瓷纖維背襯組成的復合結構。該復合爐襯結構的形成過程是:

                  首先,對爐壁鋼板進行清理除銹;

                  然后,對爐壁鋼板進行防腐處理;

                  第三,按照設計要求進行放線,確定錨固釘的位置;第四,按照放線位置焊接錨間釘;

                  第五,鋪貼陶瓷纖維毯作為背襯;

                  第六,安裝陶瓷纖維模塊,將陶瓷纖維模塊的中心孔對準焊接好的錨固釘,用專用套筒扳手沿著陶纖模塊的中心孔套管深入模塊內將螺帽擰緊在錨固釘上,待所有陶纖模塊安裝完后,剪去模塊包裝捆扎帶,抽出模塊側面的保護板;最后,拍平模塊表面成型。

                  陶瓷纖維模塊和陶瓷纖維背襯組成的復合爐襯結構形式有2種,分別是拼花式和兵排式。

                  拼花式是相鄰的陶瓷纖維模塊沿折疊壓縮方向成90°交錯排列安裝。全部安裝完剪開捆扎帶后,陶瓷纖維模塊間通過沿不同方向膨脹回彈來填充間隙,最終成型。由于陶瓷纖維模塊生產尺寸誤差以及邊角存在膨脹不均的現象,導致模塊間的角點容易形成縫隙而成為不易處理的死點。因此,拼花式結構應用相對較少。

                  兵排式是陶瓷纖維模塊按照折疊壓縮方向順次排列安裝,在非折疊壓縮方向的兩排模塊間間隙用經折疊壓縮的陶瓷纖維毯進行填充.以補償收縮。其結構如圖3所示。目前該結構形式使用最多。

                  02陶瓷纖維爐襯損壞脫落原因

                  煉油化工裝置加熱爐爐襯常用的高鋁陶瓷纖維和含鋯陶瓷纖維均屬于玻璃態陶瓷纖維,在民期的高溫作用下會發生收縮。這是陶瓷纖維材料本身性質所決定的。在微觀上是由于玻璃態陶瓷纖維在髙溫下發生析晶(晶化)和晶粒長大造成的。玻璃是熔體過冷(急速冷卻)形成的。它的這種狀態不是最低的能量狀態。它具有較晶體高的內能,是一種介穩態。

                  從熱力學上看,它有自發地向低能態轉化的趨勢,原子能自動重新排列,即有析晶的傾向,向晶體態轉化。

                  從動力學上看,由于常溫下玻璃態物質粘度大,內部原子的擴散和重新排列速度小,由玻璃態轉變為晶態的速度非常之慢,使它在常溫下具有很大的相對穩定性,又是一種穩定態。

                  玻璃態陶瓷纖維具有近程有序、遠程無序的特點。隨著溫度的升高,纖維的粘度降低,原子運動加劇,原子擴散和規則化排列速度增大,遠程無序會向有序化排列轉變,即析晶。有序規則排間縮小,從而導致單根陶瓷纖維桿體積收縮。而長時間的高溫作用下,形成的品粒會長大,陶瓷纖維桿表面就出現凸不平,即縮徑。持續不斷的縮徑將導致陶瓷纖維的長度縮短,從而產生整體收縮。宏觀收縮發生后,陶瓷纖維爐襯在長時間的火焰氣氛作用下,會開裂出現縫隙。縫隙出現后,火焰和氣流就趁機竄入縫隙,使縫隙處兩邊的陶瓷纖維直接與火焰和氣流接觸成為工作而。隨著時間的延長,接觸面的陶瓷纖維進步垂直于接觸面向只收縮擴展,造成縫隙越來越大。這樣,竄入的火焰氣流會越來越多,見縫就進,不斷向四周擴散發展。與錨固釘接觸后,錨固釘在長時間的高溫氣流作用下便發生氧化、腐蝕,最終發生斷裂,從而引發陶瓷纖維模塊脫落。同時陶瓷纖維背襯也發生收縮粉化.進而斷裂脫落,最終導致整個陶瓷纖維爐襯損壞脫落。

                  03加快陶瓷纖維爐襯損壞脫落的因素及其應對方法1)材料因素

                  陶瓷纖維模塊材料達不到設計要求的預壓縮比、生產包裝壓縮量不夠、生產尺寸誤差較大,導致陶瓷纖維模塊安裝后,通過膨脹回彈產生的相互擠壓不夠緊。爐襯運行中,在高溫作用下,這會使陶瓷纖維爐襯收縮產生縫隙的時間提前,從而導致爐襯快速損壞脫落,影響爐襯的使用壽命。因此在施工前要對材料進行嚴格驗收、確保材料質量、尺寸符合要求。

                  2)施工因素

                  一是錨固釘焊接不牢固,運行不久即發生脫落,導致陶瓷纖維模塊也隨之脫落。

                  二是放線不準確,錨固釘焊接位置不準、偏差大,造成有的錨固釘間距過大,有的錨固釘間距過小,使安裝后的陶瓷纖維模塊間膨脹回彈不均。間距小的模塊間擠壓密實,間距大的模塊間擠壓松散。爐襯運行中,松散的陶瓷纖維模塊在髙溫作用下因收縮先產生縫隙,從而提前導致陶瓷纖維爐襯損壞脫落。

                  三是施工中,為了省時省力,陶瓷纖維模塊間的補償毯未進行對折壓縮或壓單層,壓縮不緊,達不到設計規定的壓縮比,使得回彈量不足,起不到補償收縮的作用。這會導致爐襯運行中,陶瓷纖維模塊間補償毯因收縮快速產生縫隙,進而導致陶瓷纖維爐襯損壞脫落。

                  四是陶瓷纖維補償毯采取直接對接的安裝方式,未進行處理。這會導致對接點處因收縮先產生縫隙,從而導致陶瓷纖維爐襯損壞脫落。

                  施工因素導致的陶瓷纖維爐襯提早損壞脫落的應對方法為:

                  a)錨固焊接完后,逐個進行錘擊檢查,確保錨固釘滿焊牢固。

                  b)放線按照設計尺寸畫準確。將錨固釘焊在橫豎線的十字交叉處,確保其焊接位置準確,間距合適。如果有的錨固釘的間距還是有些過大,則在陶瓷^^安裝完成后,目視檢査模塊間的間隙是否均勻。對于間隙偏大的.剪開模塊捆扎帶前,先在間隙處填塞一層陶瓷纖維毯再剪捆扎帶抽保護板。

                  c)  施工中,陶瓷纖維補償毯嚴格進行對折壓縮或壓雙層。爐壁爐襯施工要從下向上進行。爐頂爐襯施工從一個方向往另一個方向進行。這樣,施工下排模塊時,可將陶瓷纖維補償毯向一個方向使勁擠壓密實,保證補償毯壓縮比。

                  d)陶瓷纖維補償毯的對接由直接通縫對接改為階梯形對接,或者對接處進行一定的壓縮對接。避免因高溫收縮快速出現縫隙,導致火焰氣流進入損壞爐襯。

                  3)人為因素

                  一是陶瓷纖維爐襯的安裝、修補一般需要搭拆腳手架。作業人員若只顧自己作業、不注意保護爐襯,就會使架桿碰到或插入到陶瓷纖維爐襯中,損壞爐襯。

                  二是在日常爐管的安裝檢修過程中,作業人員不注意保護陶瓷纖維爐襯,使陶瓷纖維爐襯損壞脫落。

                  因此,在進出爐內或進行其他作業時,應要求作業人員認真做好對爐襯的保護,盡量避免破壞陶瓷纖維爐襯。

                  04陶瓷纖維爐襯的修補

                  陶瓷纖維爐襯丙長時間的高溫作用出現收縮縫或者損壞脫落都要及時進行修補處理,以延長整體爐襯的使用壽命,保障生產的安全運行。

                  1)收縮縫的修補

                  陶瓷纖維爐襯出現5mm以上寬的縫隙1:1就要進行修補。修補采用同等級的陶瓷纖維毯進行填塞。填塞陶瓷纖維毯要盡可能往縫隙里面塞,直到擠不動為止.確保縫隙填塞、擠壓密實,不能只塞表面,否則運行不久又會脫落。

                  2)陶瓷纖維模塊脫落的修補

                  a)標準型陶瓷纖維模塊脫落的修補

                  標準型陶瓷纖維模塊損壞脫落以后,采用同樣尺寸大小的陶瓷纖維模塊進行修補。在原錨固釘位置處重新焊接錨固釘,鋪貼陶瓷纖維毯背襯,并安裝陶瓷纖維模塊。在非折疊壓縮方向的兩排模塊間壓縮陶瓷纖維毯,以補償收縮。對于更換模塊區與四周未更換模塊間的較大間隙,用陶瓷纖維毯填充。

                  b)異型陶瓷纖維模塊脫落的修補

                  異型陶瓷纖維模塊(如拐角模塊、弧形模塊等)損壞脫落以后,采用層鋪陶瓷纖維毯的方式進行修補。即焊接長形錨固釘,然后一層一層鋪貼陶瓷纖維毯,其鋪貼的厚度與原爐襯一致,最后在面層用陶瓷杯進行固定。之所以改用層鋪陶瓷纖維毯的方式進行修補,一方面是因為異型陶瓷纖維模塊損壞脫落后一般沒有相應的異型模塊備料.另一方面是因為其損壞脫落后,未脫落的異型模塊經長時間的高溫作用,也發生了收縮、失彈,如果按原結構使用相同的異型模塊進行修補,會導致其與更換的異型模塊接觸處擠壓不夠密實,又成為隱患點。高溫運行后,快速收縮出現縫隙,又會導致爐襯損壞脫落。而采用層鋪陶瓷纖維毯結構,可將陶瓷纖維毯裁剪得比損壞脫落的區域大,這樣,在與未脫落的異型模塊接觸處可留出壓縮量進行壓縮鋪貼,即解決了上述問題。某石化廠裂解爐爐頂拐角模塊和苯乙烯裝置蒸汽過熱爐吊裝孔拐角模塊脫落后,就是采用層鋪結構進行了修補。修補后,運行效果良好。

                  結語

                  1)陶瓷纖維爐襯在高溫作用下會發生收縮。這是由其本身性質所決定的,是在高溫下發生析晶和晶粒長大造成的。高溫收縮導致爐襯出現開裂,形成縫隙,最終在長時間的高溫火焰氣流作用下損毀脫落。

                  2)陶瓷纖維材料本身的尺寸、質量誤差、施工的質量缺陷和人為因素均能加速其損壞脫落,影響其使用壽命。因此,在安裝、檢維修施工中要引起重視。

                  3)陶瓷纖維爐襯損壞脫落后,能按原結構進行修補的應按原結構進行修補,對于沒有原型號材料的,可采用層鋪陶瓷纖維毯結構進行修補。

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