文档介绍：化工装置二段转化炉耐热衬里的施工
摘要通过二段转化炉工艺条件的描述、分析,使对二段炉衬里结构形式及衬里材料的特点有更深入的理解;同时,通过对施工工艺及方法的详情介绍,引伸出施工中保证衬里质量的各种手段与技术措施,也提出对二段炉衬里的施工缝留置、模板制作、搅拌温度控制、浇注组织等施工技术问题的独到认识。
关键词二段转化炉、衬里结构、材料特性、浇注工艺、温度控制、施工操作、养护及烘炉
1 二段转化炉基本情况(概况)
。在生产流程里,经一段转化炉第一次转化后的原料气自输气总管输入二段转化炉顶部,与从二段炉顶部或颈部加入的预热空气和过热蒸汽混合,在二段转化炉的上锥部区发生放热反应(CO+H2OCO2+H2),温度进一步升高后的混合气流穿过触媒框顶的六角砖,进入触媒层,尚未转化的原料气在触媒的作用下继续完成转化(CH4+2H2OCO2+4H2),转化后的工艺气流穿过二段转化炉底部球拱、锥拱或集气网,从二段转化炉下部的出口管进入废热锅炉。
以合成氨装置KELLOGG专利中的二段转化炉为例,其正常操作温度(球拱部位):1093℃;操作压力: MPa;设计瞬间温度:1204℃;设计压力: MPa;顶封头温度:510℃;壳体温度:205℃。这些设计参数已充分说明。
工艺条件决定了二段转化炉壁的耐热衬里在装置的运行中长期经受高温、中压和强气流冲刷。
,由于从炉顶部加入的空气和过热蒸汽比来自输气总管的原料气温度(870℃)低很多,反应后温度又在触媒框上的二段炉上锥体部位迅速升高,使炉衬有可能受冷热交替的混合气流作用。
,气体对炉衬也有腐蚀作用,工艺气体的成份见表01--《炉内工艺气体组成情况》。
表01 二段转化炉内工艺气体组成情况
成份名称
N2
A
H2
CO
CO2
CH4
H2O
重量比%
,炉衬材料必须机械强度高、抗热震性能好,正常情况下能承受1093℃、特殊情况1204℃下能承受3小时(对于中化肥的二段转化炉,炉内正常操作温度即达1230℃),同时要求具有抵抗还原气体腐蚀的能力。
℃、设计的壳体温度是205℃(有水夹套)或60℃(壳体外露),那么相应选择的炉衬材料必须能承受高温、有较好的绝热性能、满足工艺要求的高温稳定性能、抗热变化性、线变形小以及较好的抗裂性能。
不难理解,高温状态下,如炉衬上存在有较大裂隙,一方面会有部分混合气体通过阻力相对较小的裂隙、形成通道,部分气体绕过触媒直接降低转化效率,影响出口混合气体的纯度;同时,高温混合气流在贯通炉衬材料的裂隙中通过,携带的热量使该部位的炉壳温度升高,对有水夹套的二段炉,壳体外部的水夹套内虽然有流动水流带走部分热量,保护壳体在一定温度范围,但当内衬裂隙发展到一定程度、壳体某一带的温度超过一极限,与之接触的水迅速气化,在裂隙部位的壳体表面形成一蒸汽带,这一蒸汽带如一隔热保温垫,限止了水夹套内流动的低温水流快速带走传导和辐射到炉钢外壳的热量,导致裂隙部位温度迅速升高,过高的温度必然造成炉壳强度的损失,这是十分危险的,也是绝对不容许发生的。
从这一方面讲,又要求二段转化炉耐热衬里的浇注材料密实、结构均匀、干燥时基本不收缩、同时线变形小。
、原料气的强还原气氛,使衬里材料中的二氧化硅(SiO
2)会与工艺气体作用而析出硅,首先在后段温度降低的废热锅炉热交换管内沉积,逐步堵塞管子,影响废锅甚至系统的正常运行(法国资料介绍,在强还原气氛中,耐火材料在800℃时会析出硅,即SiO2+H2→SiO+H2O,SiO成气态出现;当温度小于700℃时,SiO又氧化成SiO2,2SiO+O2→2SiO2呈垢样沉积在管道或设备内壁。)。所以要求用于二段炉的衬里材料中的SiO2含量尽量低、%,同时为保证炉内铬镍触媒的活性,对衬里材料中Fe2O3的含量也限止在1%以内。
,二段转化炉选用耐火度高、体积密度大、线变形小、化学稳定性好的高纯度高氧化铝材料作为内衬材料。目前国内通常配套采用低硅刚玉耐热浇注料和刚玉砖,工艺要求较低的二段转化炉也见采用纯铝酸钙水泥莫来石浇注料。
炉壳直接暴露于大气的二段转化炉,常在高纯度高氧化铝材料浇注料与壳体之间加衬一层高铝轻质耐热浇注料,以增强炉衬的隔热性能、降低传导到钢壳体的温度。