我国炼油化工装置设备隔热耐磨衬里技术与国外的差异

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1、摘要：反应器、再生器、旋风分离器、分布板等衬里设备都是石化装置中的核心和关键设备。为了延长暋暋暋这些衬里设备的使用寿命、满足石化装置长周期安全运行的要求，选用科学、合理、先进的衬里材料、锚固形式、施工方案、养护烘干工艺、检测手段、质量控制程序极其重要。关键词：流化催化裂化装置甲醇制烯烃装置隔热耐磨衬里锚固钉衬里施工暋暋暋暋盼盼不论是传统的流化催化裂化（暋暋 FCC）装置和硫磺回收（磺 SRU）装置，还是新近开发的甲醇制烯烃（MTO）装置和煤气化（CGU）装置，这些石化装置在工艺操作上都具有高温、腐蚀、气固两相介质高速流动的特点。这些设备的壳体或内件往往敷设隔热或耐磨衬里，使其能够抵御内部介质的

2、高温或内部介质的腐蚀、或者抵御固相介质的磨损。反应器、再生器、旋风分离器、分布板等都是上述装置中的核心和关键设备。为了延长设备的使用寿命、满足装置长周期安全运行的要求，选用科学、合理、先进的衬里材料、锚固形式、施工方案、养护烘干工艺、检验和检测手段、质量控制程序极其重要。我国是世界上拥有流化催化裂化（、壮窒最多的国家，正在运行的装置多达一百多套，目前新建和拟建的F装置也有十几套。甲亠 FCC醇制烯烃（mtO）装置是使用非石油原料生产烯烃的崭新工艺，国内正在运行的装置已有MTO两套，目前新建和拟建的装置有近二十套。根据近二十年来催化裂化装置的生产实践，引起装置事故停工的原因和装置检修处理的问题中

3、很多都与衬里有直接或间接关系。衬里材料质量的好坏、施工水平的高低对这些工艺装置和设备影响巨大。世纪年代，借着引进工艺和材料2080的机遇，经过广大科研、工程人员的努力和研究开发,我国的衬里材料和技术有过一次进步和飞跃。但近十几年来，由于种种原因，我国的衬里技术基本处于停滞不前的状态，甚至衬里的工程质量还呈现逐渐下滑的状态，由衬里原因引起的设备故障和装置停工越来越多。年就有两套催化2011裂化装置出现严重衬里质量问题，导致关键设备的衬里被迫全部拆除后重新施工。目前国内衬里的技术水平与国外相比较，在衬里材料、施工方法、质量控制、检验检测和研究开发等方面都有较大的差距。1 暋衬里材料的差距1 .1

4、暋高强高耐磨（A 级）衬里材料的差距美国的和英国的是目前国外催化裂化装置和煤制油装置中普遍采沁85用的高强高耐磨（级）衬里材料，广泛使用在旋A风分离器、分布板等设备部件上。表列出了这1两种衬里材料以及两家国外工程公司规范和我国国家标准中相应的性能指标要求。从表可以看岀，国外工程公司的规范和我1国的国家标准对级衬里材料的性能指标要求 A值偏低，国外的衬里材料实物性能指标保证值较高。对于抗折强度，国外材料的先进水平可以达到一GB504742008隔热耐磨衬里技术规范求值的倍以上；对于耐磨性，国外材料的先进水3平可以达到一GB504742008隔热耐磨衬里技术规范要静设备暋暋石油化工设备技术2012

5、,33（3）13PetrogChemicaEqUpmentTechndogy我国炼油化工装置设备隔热耐磨衬里技术与国外的差异冯清晓，闫（中国石化工程建设有限公司涛暋北京100101）求值的倍以上。2材料的实测数据,国内最好的衬里材料与国外先其其其其其其其其其其其棊棊棊棊棊棊棊棊棊棊棊2012 灢 1 灢 7。作者简介：冯清晓，男，年毕业于华南工学院化工机械1984专业，获工学学士学位，主要从事石油化工设备设计管理工作，高级工程师。:进水平相比差距也没有这么大。另外，国内级A衬里材料在易施工性、可施工时间、加水量敏感性等方面也存在一定的差距。仅停留于满足国家标准的低要求和工程项目中一味追求低价中

6、标的现实,很显然对确保产品质量和鼓励使用优质材料不利。因此进一步提高国家标准的要求值，激励科研单位和供货厂商开发研制高水平衬里材料,让用户有使用优质衬里材料的积极性，这些措施对于提高我国衬里水平、确保衬里设备的质量很有必要。P.-00.-00.-00.常温（c曑3曑4曑6曑5曑6Al2O含量曒8曒8曒6曒8含量,Fe2O3%曑 1.0 曑 1.0 曑 1.0 曑 1.01 .2 暋隔热耐磨单层（C 级）衬里材料的差距隔热耐磨单层（级）衬里材料是一种既能隔C热又有一定耐磨性的衬里材料。国内的催化裂化装置中，当介质为油气或设备直径较小时，反应器、提升管、斜管、烟道等设备壳体都普遍采用隔热耐磨双层衬

7、里，个别装置也采用隔热耐磨单层衬里。在国外的催化裂化装置中，反应器、再生器、三旋、提升管、斜管、烟道等设备壳体，都普遍采用隔热耐磨单层衬里，很少采用隔热耐磨双层衬里。这是目前国内外催化裂化装置在衬里结构形式选择上的一个很大区别。目前国外常用的隔热耐磨单层（级）衬里材C料的性能如表所示。2从表可以看岀，国外各种隔热耐磨单层2级）衬里材料性能指标的差别较大，从强度指（C标和导热系数指标上看，这些材料相当于涵盖了04742008 隔热耐磨衬里技术规范标准级、级和级的衬里,区别在于我们国内BCDB级和级衬里是配合使用的，不会单独作为隔热耐磨单层衬里使用。国外催化裂化装置不同设备、不同部位的衬里材料的选

8、用通常遵循以下原则：（1）提升管和斜管等设备，由于其内部介质催化剂浓度高、流速高，通常会选用诸如Actchem和这些强度很高、耐磨性4很好、导热系数较高的衬7里材料,接受较高的设备壁温，衬里厚度通常为00125mm；（2）反应器、再生器等设备的密相段，由于其内部介质催化剂浓度高且为流态化操作，通常会选用和RESCOCAST17EMGKao 灢 Tuff这些强度较高、耐磨性较好、导热110C&110G系数中等的衬里材料，衬里厚度通常为100125mm;（3）反应器、再生器等设备的稀相段，由于其内部介质催化剂浓度低、流速低，通常会选用诸如温Re公ABG体积110290252256曑35 28129

9、2425曑2耐压119651 881118456曒6抗折112251M.81301210线变11-0表 1 暋高强高耐磨（A 级）衬里材料性能对比815 曟）T和这些强度较RESCOCAST9PLIGUNLWI22低、导热系数较低的衬里材料，衬里厚度通常为100mm。国内反应器和再生器的壳体衬里往往不再区分密相和稀相，而是笼统地选用两者兼顾的一种衬里，而且衬里厚度也保持一致。很显然，国外的这些衬里选材和设计原则值得我们研究和借鉴。表 2 暋隔热耐磨单层（C 级）衬里材料性能对比ActRESRESRESKacKaoPLI温45171791111LWVbViGuGuViGuGu体积密1102202

10、191822214910454B.D81522020817342137166166耐压110909.741.44.65424.5C.C81510056214.237.44.5抗折110158.210.1.4545.0.M.O815124.9125.55.51.0线变1100.00.00.00.00.0540.0P.81-00.-0-0-0-00.0常温耐曑5.曑10曑20915915E.AI2曒曒曒曒曒曒曒Fe曑曑曑曑曑曑导热W1.1.0.0.0.0.0.T.C.（540 曟）龟甲网隔热耐磨双层衬里结构形式和无龟甲暋隔热耐磨单层衬里结构形式相比，前者存在施工步骤较多、施工工程量更大、自动化程度

11、低、耗费的人力和时间较多、质量不容易控制等缺点。仅锚固件的焊接就要包括柱形钉焊接、端板焊接和龟甲网焊接三个环节。另外，龟甲网的成形、把龟甲网送入设备内部、衬里要分两次进行人工捣打成形，这些都增加了衬里施工的难度、时间和成本,而且在使用中有时会发生龟甲网的鼓包和开裂。但是龟甲网隔热耐磨双层衬里结构形式也有其优点，如与介质接触的外侧采用耐磨衬里强度高、耐磨性好；不与介质接触的内侧采用隔热衬里导热系数低、隔热效果好。两种衬里材料各司其职,各尽其责暠充分发挥了各自的性能优势。国外由于人工时的成本比较高，普遍选用焊接工程量少、自动化程度高的喷涂或振捣浇注施工的单层衬里结构形式。单层衬里结构形式要兼顾隔热

12、和耐磨两种性能，很显然对衬里材料的要求就很高,要求衬里材料既要隔热效果好，又要强度和耐磨性高。从数据和使用效果看，国外的单层衬里材料在兼顾隔热和耐磨两种性能上确实比国内先进一些。在隔热和耐磨性能的选择上，国外的设计理念更倾向于选择强度更高、耐磨性更好而适当损失一些隔热效果暠的材料，通过不同部位选用不同厚度、不同类型的单层衬里材料暠来尽量减少散热的损失。根据目前的国情和现状，完全放弃使用龟甲网隔热耐磨双层衬里结构形式并无必要，但可以逐渐减少龟甲网隔热耐磨双层衬里结构形式的使用范围，合理扩大隔热耐磨单层衬里结构形式的使用范围，积极推广使用自动化程度更高、质量更稳定的施工形式，不断丰富我们的施工手段

13、和方法。针对不同部位、不同结构，进行精细设计，采用不同的衬里材料和施工方案。同时，研究和开发隔热效果更好、强度耐磨性更高暠的先进单层衬里材料也是一项重要任务。2 暋施工方法的差距2 .1 暋国内常用的施工方法GB504742008鬲热耐磨衬里技术规范标暋 333准中规定和推荐的几种衬里施工方法如表所示。表 3 暋国内衬里施工方法施工衬里手工支模喷涂（级A级B级C级曪D 曪在标准列岀的种施工方法中，常使用的是捣制法和支模振捣法（内部振捣棒）,喷涂法在近二十年内已基本不再使用。2 .2 暋国外常用的施工方法国外衬里结构的种类不多，主要以高耐磨单层衬里和隔热耐磨单层衬里为主，双层衬里已基本不再使用。

14、但国外衬里施工采用的方法和手段却很多，根据国外衬里的规范和我们了解的一些国外装置的施工情况，目前国外常用的施工方法如表所示。4对于不同的设备、不同的内件、不同的部位,国内外使用的衬里施工方法如表所示。5表4暋国内外衬里施工常用的方法手工支模喷涂自流衬里施橡胶锤气动或外部内部干法或湿法自流动国内普遍基本基本普遍基本基本基本国外较少普遍普遍较少普遍较少特殊表 5 暋不同设备国内外使用的衬里施工方法对比设备国内国外内部橡胶锤手工捣制法暋反应器壳体、再生器壳体、三旋壳体、大直暋径烟道“内部振捣棒支模振捣法暋普遍采外部旋风分离器、提升管、斜管、中小直径暋烟道普遍采用橡胶锤手工捣制法暋部振捣棒支模振捣法,

15、个别由表可见，目前国内外衬里施工方法上有暋暋 5很大的区别和差距。外部振捣器支模振捣法和喷涂法是自动化程度最高、效率最高、连续性最好、最省时省力的两种施工方法，国外普遍使用，而国内却极少采用。施工方法应该是目前国内外衬里存在的主要差距，我们应该积极研究和学习国外先进的理念，取长补短，积极探索和实践喷涂法、外部振捣器支模振捣法等自动化程度高的施工形式,不断丰富我们的施工手段和方法，改变目前国内衬里材料落后、施工方法单一、整体质量欠佳和低质低价竞争的现状。3 暋衬里材料性能、检验方法和施工方法中几个问题的探讨3 .1 暋 B2 级衬里材料的性能指标在一GB504742008隔热耐磨衬里技术规范表中

16、列出了衬里混凝土类别、级别、性能指标，其中级和级衬里混凝土的性能指一一 B2C1标如表所示。从表中数值对比来看，级衬66B2里的密度、耐磨性、三氧化二铝含量等指标都明显比级衬里要高，但级衬里的耐压强度和抗C1B2折强度指标却比级衬里低。这从衬里级别的C1划分上和衬里材料性能规律上讲都不合理，疑似有误。3 .2 暋多种结合形式共存衬里烘炉制度GB50474 一 2008隔热耐磨衬里技术规范节列出了衬里烘炉制度，在条列出的8.28.2.1整个装置系统烘炉制度中和条列出的单台8.2.2设备进炉烘衬制度中，多种结合形式共存衬里烘炉时的升温速度都远远低于水硬性结合衬里和化学结合衬里分别烘炉时的升温速度，

17、而不是取水硬性结合衬里和化学结合衬里各自升温速度的低值。这种多种结合形式共存衬里的烘炉制度在合理性、必要性和可操作性上都值得商榷。目前，国外工程公司和衬里生产厂商提供的衬里烘炉制度中推荐的升温速度都远大于国内标准的要求值。GB504742008隔热耐磨衬里技术规范节列出了衬里工程试样的制作和检测要求,6.6明确要求工程试样的尺寸为申160mm140mm 暳40mm 暠和工程试样的制作、养护应与衬里工程同条件悬目前国内普遍采用手工捣制法来制作支模振捣浇注料的产品试块和工程试块，这种方法既不合理也不准确。国外的衬里规范和工程实践中普遍采用完全按照现场施工条件和方法进行较大（或足够大）面积的模拟施工

18、和养护模拟施工和养护后的大块衬里上割取满足尺寸要求的工程试样进行检测暠很显然，国外衬里工程试样的制作和检测更加合理、科学，更能相对准确地体现衬里现场施工和养护后真实的质量情况。目前，国内往往岀现衬里材料岀厂前各项检验完全合格，但衬里的实际施工质量却较差暠的问题，这与不正确的施工方法有关，也与衬里材料行工程试样检测、工程试样制作不科学不真实作和检测环节控制不严、弄虚作假暠有关。3.4 暋钢丝纤维的规格和加入量GB504742008隔热耐磨衬里技术规范节列岀了衬里钢丝纤维的各项要求。其中4 .3 条要求弓形钢纤维直径宜为4 .3.20,20.4的钢丝纤 mm 暠笔者认为，直径 0.20.3mm 维

19、太细，根本无法起到应有的作用，建议在工程实际中选用直径的钢丝纤维。国标0.350.5mmGB504742008 隔热耐磨衬里技术规范.3.4条要求每立方米衬里混凝土钢纤维的掺入量宜为_一一4050kg 暠国外规范中建议不同的施工方法选用不同的钢纤维掺入量,手工捣制法和支模振捣法一般要求加入 2%3%（重量比）喷涂法一般要求加入般要求加入 3%4%（重量比）。可见，当采用手工捣制法和支模振捣法施工时，对于级衬里的一 C钢纤维掺入量，国内外标准的要求值基本一致；当采用手工捣制法施工时，对于级衬里（非龟甲A网锚固）的钢纤维掺入量,国内外标准的要求值相差近一倍。根据笔者的计算和工程经验，建议今后国内衬

20、里的钢纤维掺入量参考以下原则：对于级和级衬里（非龟甲网锚固），钢纤维掺入量AB可选级和级衬里（手工捣2%（重量比）；对于 CD制法和支模振捣法），冷拔弓形钢纤维掺入量可选2 %（重量比），融抽直形钢纤维掺入量可选 25%级衬里（喷涂法），冷拔弓形钢（重量比 L；对于 c 纤维掺入量可选3%（重量比），融抽直形钢纤维掺入量可选3.5%（重量比）。3 .5 暋衬里搅拌时钢丝纤维的掺入时机GB504742008隔热耐磨衬里技术规范条要求掺入钢纤维时,钢纤维分布应均544匀，不得有成团现象暠/SH/T36092011石油化工隔热耐磨衬里施工技术规程条要求7.6.5钢纤维应在加水前随干料一起搅拌，钢纤维

21、分布应均匀，不得有成团现象暠很显然，钢纤维分布应均匀，不得有成团现象暠是基本质量和要求，衬里搅拌时钢纤维掺入不均匀，会严重影响衬里的质量，笔者就曾经在某装置刚投用不久就疏松脱落的设备衬里中发现了大量成团成簇暠钢纤维。SH/T36092011石油化工隔热耐磨衬里施工技术规程中要求钢纤维应在加水前随干料一起搅拌暠根据国外资料和笔者的经验，建议钢纤维应在干料搅拌即将结束、加水前秒均匀掺3060入并随干料一起搅拌暠钢纤维在干料中搅拌时间过长或在湿料阶段才掺入都会导致分布不均匀和成团现象，因此掌握好钢丝纤维的掺入时机和（下转第2012 暋暋选用 2 个曄 160/100mm 暳 0mm 角钢截几何特性如

22、下：A=2 暳 25.32=50.64cm26 暋几点说明体自据度在罐设十絨全结构设计过程中，未考虑罐I2x=2 暳 668.69=1337.38cmI、，31337383,flf1=255cm=W15 .24rx=5.14cm杆的长细比(2)主桁架下弦杆和承重三角架支撑杆是与罐底板间断连接的，且罐底板与罐体是整体。为了简化计算，罐底板是按纯负荷考虑的，设计偏安全；可考虑中间承加拉杆架支撑杆便减小偏角心钢型偏大；实际中毰=NW=100000 暳 50.64=1.993110000255查稳定系数氄暋暋氄=0.18所需截面面积SH/T36092011 石油化工隔热耐磨衬里施工技术规程中要求侧拉环

23、隔热耐磨单层衬里应采用手工捣制的施工方法。在此想补充说明以下几点：和焊接；双层侧拉环的柱钉应确保垂直器壁安装大型油罐整体搬迁技术上是可行的、_,采用本工艺技术同时可以间接解决罐底板防腐问题；(3)大型油罐整体搬迁是在搬迁距离不太远,且搬运路线无障碍时才能实现，在较大的工程项目施工中，同时实施大型油罐的整体搬迁，可加快工程进度,节约施工费用L暋毸=rxOx600=116.7毸=1505.14(满足要求)截面验算：按偏心受力杆计算，它的相对偏心率部应做加强吊计位置存在弯矩，使用中吊耳位置局应做补5充7 暋结语支撑结构节点详图本文未给岀，使用中。(2)双层侧拉环的环钉和柱钉除了螺纹拧好外还应进行点焊

24、；(3)虽然 SH/T36092011石油化工隔热:里施工技术规程中要求侧拉环隔热耐磨，但是实际上更多用户倾向于选择支模振捣的施工方法。侧拉环隔热耐磨单层衬里可以选择支模振捣的施工方法，但建议施工前针对侧拉环锚固钉的布置形式、振捣棒的规格和振捣方法、衬里材料的充分填充等问题进行模拟试验，寻找到能确保施工质量的一整套方案和程序后再进行正式施工。今后的衬里规范中也应根据试验结果和工程经验补充相关内容。4 暋结语目前国内衬里材料的技术与国际先进水平相比，还存在较多的问题和较大的差距。广大科研人员、工程设计人员和材料厂商应做一些技术开发和研究工作，加强衬里材料、锚固形式、施工方法、检测手段和质量控制等环节中的基础研究、科学试验、工程探索和经验总结，争取把我国的衬里研究和衬里应用提高到一个新的高度。