浅谈焦炭塔的保温
中石化工程建设公司
顾一天
SEI第二届延迟焦化年会论文(6)
浅谈焦炭塔的保温
顾一天
(中国石化工程建设公司 100101)
1. 焦炭塔保温的特殊性
(1)焦炭塔是一种低周循环的热疲劳容器,操作温度 高达450～500℃,且周期性变化,即48小时之内,从常温至500℃左右,再降至常温.操作温度 的周期性变化,引起壳体热胀冷缩的周期性变化.以φ8800焦炭塔为例,壳体的轴向膨胀量为195毫米,直径膨胀量为60毫米,塔体周向膨胀量为200毫米.保温结构应能适应这些膨胀量.
(2)由于焦炭塔材料一般都是Cr-米o钢,且经过热处理,壳体不允许随意焊接各种附件;焦炭塔是热疲劳压力容器,任何附件的焊接都将形成壳体的很大的局部峰值应力.所以塔体上不允许焊任何保温钉或保温支持圈.
(3)由于焦炭塔使用一定周期后会出现裂纹等缺陷,须定期检查,所以相应部位的保温应是可拆的,以便于检查.
由于焦炭塔具有以上特殊性,焦炭塔保温的材料及结构必须适应这些特殊性,才能保证保温效率和寿命.好的保温结构寿命一般能达10年以上.
2. 焦炭塔保温结构的特点
(1)由于壳体上不允许焊保温钉和保温支持圈,所以应参考加氢反应器的保温,采用背带式保温结构,在背带上焊保温支持圈和保温钉(保温钉长度 和支持圈宽度 应小于保温厚度 ).但不同于加氢反应器保温的是要适应塔体的周期性变化的热胀冷缩.例如保温支持圈应分块均布,各部份之间应用弹簧连接等.见图1.
(2)因为塔体周向膨胀较大,保温材料应分多层铺设,多层接缝之间应交错布置,交错量应大小200毫米,以免热量从保温接缝处直接外泄.
(3)为了 减少空气对流的热损失,在保温毡的保温层外表面再包一层不锈钢丝
6-1
网,钢丝网上再涂一层复合硅酸盐保温涂料(俗称海泡石),总保温厚度 一般为120～150毫米.见图2.
(4)在保温层外侧再设保护板以防水和防风.因为保温层外侧温度 低,内侧温度 高,内外膨胀量不一致,所以保护板不应与保温钉或保温支持圈直接连接,而在保温层外,再设置背带(俗称外背带),保护板直接与外背带连接,这样就减少了 保护板受壳体膨胀的影响.为了 适应塔体轴向较大的膨胀,外背带下端必须用拉簧固定在裙座的碳钢部份上.
(5)保护板应采用铝合金瓦椤板,主要有以下考虑:
a 瓦椤板比平板更能适应壳体周向的反复胀缩,减少护板连接处的铝铆钉脱落的可能性.
b 采用镀锌铁皮板的缺点是,连接处的铆钉孔易腐蚀(包括铁板的锈蚀和Fe-Al的电化学腐蚀),铝铆钉在反复胀缩的影响下易脱落.
c 铝合金瓦椤板与镀锌铁皮瓦椤板相比,其价格差不多.因为铝合金瓦椤板的单位重量价格是后者的三倍,但铝的比重是铁的1/3,且用了 铝合金瓦椤板不需要再涂一层银粉漆.
(6)裙座与锥体连接采用堆焊结构时,该处保温应是可拆式的.
裙座与锥体连接处当采用堆焊结构时,由于焊接应力较大,加上温差应力的影响,当达到一定的操作周期后,该处极易产生裂纹.为了 便于检查,该处的保温应是可拆式的.美国石油学会(API)1996～1998年曾对145台焦炭塔作调查,收集到的调查报告的40％主张裙座处的保温应是可拆式的,以便于检查裙座裂纹.
裙座与锥体连接处当采用整体锻焊结构时,如果这种锻焊结构能提供无裂纹寿命,则该处的保温可不必采用可拆式结构.
3. 焦炭塔保温对保温材料的特殊要求
(1)因为操作温度 较高,必须采用耐高温且导热系数低的保温材料,其内层保温材料应能耐500℃.
(2)因为塔体周期性热胀冷缩,所以必须采用软质保温材料.
常用保温材料为:复合硅酸盐板材、复合硅酸盐涂料、硅酸铝纤维毡.外层温度
6-2
较低,为了 节约投资也可用岩棉毡.保温材料主要性能列表如下:
保温材料 ZSFG－9571 复合硅酸盐板材 硅酸铝纤维毡 岩棉毡 ZSFG-9572 复合硅酸盐保温涂料
4. 焦炭塔新保温结构的开发
旧焦炭塔的保温大多采用一般塔类容器的保温结构,没有考虑或很少考虑焦炭塔的特殊性:
(1)塔体上焊保温钉和保温支持圈,不但热损失大,而且塔体的热应力大,峰值应力高,焊缝容易开裂;
(2)保护铁皮直接和保温钉连接,随着壳体的热胀冷缩,保温铁皮的自攻螺钉或铆钉容易脱落,保温铁皮容易损坏.
所以,旧保温结构不但热损失大,而且保温结构易损坏,寿命短,塔体易产生裂纹. 随着我国Cr-米o钢大型焦炭塔投入使用,对保温的要求更高,我院和齐鲁石化公司所属的淄博北岳设备防护公司一起从焦炭塔保温的特殊性出发,在实践中不断创新,开发了 适用于焦炭塔的背带式保温结构,并申请了 专利,“大型铬钼钢塔器背带式保温结构”,专利号:ZL01243629.1,经过上海石化、上海高桥、济南、镇海、吉林、齐鲁、锦西石化、武汉、茂名炼油厂以及苏丹炼油厂的约40多台焦炭塔的施工实践,取得了 很好的保温效果,积累了 丰富的施工经验.目前该技术正在不断推广使用,它将进一步推动焦炭塔保温技术的不断发展.
5. 焦炭塔保温的重要性
焦炭塔保温的好坏对焦化装置的操作和焦炭塔寿命至关重要.据资料介绍,焦炭塔内介质温度 每降低5.6℃,液体收率将下降1.1%,故不少炼厂都很重视焦炭塔的保
70－120 80～150 ＜260 1000 250 600 密度 (千克/米3) 90－110 最高使用温度 ℃ 600 导热系数(w/米·k) ＜0.06(实测0.035) (350℃) 0.096(500℃) 0.047～0.052(50℃) ＜0.1(350℃) 6-3
温.锦西石化公司原有4台φ6000焦炭塔采用旧式结构保温.去年为了 扩大处理量又增加了 2台φ6000Cr-米o钢焦炭塔,采用了 背带式保温专利技术.新旧焦炭塔操作条件相同,结果旧塔的予热时间4小时而新焦炭塔予热时间仅为2小时.该厂焦化装置的工程师们对新旧保温技术深有体会,决定对旧塔保温进行更新,采用背带式保温专利技术.
最近我们在西北某炼厂对2台φ5400焦炭塔保温外表面温度 进行了 实侧,(采用红外线测温仪).
时间:2004年8月20日12:00气温约28℃,风速2～3级.镀锌铁皮保护层外表面大部份是42～60℃,不少部位特别是保温铁皮接缝处为70～110℃,个别部位达100～130℃;有一处迎风面为135℃,背风面达158℃,不少部位镀锌铁皮因热烤而变色.操作间DCS系统显示塔底为493℃,中部417℃,塔顶为403℃.作为比较,济南炼油厂2台φ6800焦炭塔采用背带式保温的专利技术,护板外表面温度 实测为30～40℃,最高点为51℃,用手模,手感温暖.操作间DCS系统显示的焦炭塔温度 顶部440℃,中间453℃,底部495℃.也就是说,原料油从底部495℃入塔,因热损失到塔顶为440℃.克拉玛依老焦化装置焦炭塔原料油入塔温度 493℃和济南塔差不多,塔顶只有403℃,比济南焦炭塔低37℃.可见保温效果差,热损失大,相应的液体产品收率较低.建议对该塔保温进行改造更新.
6-4
图1 内外背带示意图 图2 新保温结构示意图
参考文献:
1、炼油装置技术标定丛书:延迟焦化装置技术标定程序. 2、1996 API Coke Dru米 SURVEY Final report July21,1998.
6-5
