張永梅，徐曉鵬，梁維維，趙秀艷

（1. 遼寧石油化工大學 遼寧 撫順 113001； 2. 中國石油撫順石化公司， 遼寧 撫順 113008）

催化裂化裝置襯里冬季施工實踐

張永梅1，徐曉鵬2，梁維維2，趙秀艷2

（1. 遼寧石油化工大學 遼寧 撫順 113001； 2. 中國石油撫順石化公司， 遼寧 撫順 113008）

分析了催化裂化裝置襯里的受凍機理，同時對施工所用的襯里料作了受凍試驗。通過合理選用襯里材料、采取可靠的保溫措施、嚴格控制襯里養(yǎng)護期的環(huán)境溫度、加強襯里施工的質(zhì)量控制，催化裂化裝置襯里冬季施工是完全可行的。

催化裂化裝置；襯里；冬季施工；再生器；沉降器；溫度；受凍

目前催化裂化裝置襯里膠結材料使用最廣泛的有兩種，一是磷酸鹽類、二是鋁酸鹽類[1,2]。磷酸鹽膠結料雖為氣硬性材料，材料本身含有一定水分，但攪拌過程中需要加入適量水，增加其和易性。后一類材料為水硬性材料，水化反應效果決定襯里強度等物理性能[3]。正如硅酸鹽水泥硬化過程一樣，襯里施工中環(huán)境溫度保證在正溫條件下，水化反應才能夠正常進行，國標《隔熱耐磨襯里技術規(guī)范》GB50474-2008（以下簡稱“襯里規(guī)范”）中要求，襯里施工環(huán)境溫度低于5 ℃時，應采取冬季防凍措施。

由于北方煉廠冬季室外環(huán)境最低溫度都在 5℃以下，襯里施工需要保溫措施，這就增加了襯里冬季施工難度，質(zhì)量也不易控制，成本相應增加，因此催化裝置檢修時間一般都要避開冬季。

撫順石化公司石油二廠150萬t/a重油催化裝置于2000年建成投產(chǎn)，裝置開汽至今經(jīng)歷了四次大檢修，一次改造。2010年撫順石化公司決定對石油二廠重油催化裝置再次進行一次大改造。再生器、沉降器旋風更換，再生器主風部分改造，提升管反應器更換，半再生斜管更換。襯里施工面積達800多平方米。施工期從10月10日至11月20日，共42天。從歷史記錄看撫順地區(qū)天氣，10月下旬最低氣溫在-5 ℃左右，11月份最低氣溫在-15 ℃以下。襯里施工已進入冬季狀態(tài)，如何保證襯里冬季施工質(zhì)量，是這次檢修成敗的關鍵。

1 襯里受凍機理分析及受凍試驗

1.1 襯里受凍機理分析

襯里的凍害問題可以分為兩類：其一是襯里早期凍害問題；其二是已經(jīng)充分硬化的襯里經(jīng)受正負溫度交替變化，導致后期強度損失。從施工工藝角度考慮，襯里在水化過程中的保溫措施是必須要做的，即襯里澆筑、涂抹、搗打以及養(yǎng)生期間必須保證環(huán)境溫度在5 ℃以上進行，因此襯里早期凍害不作為研究的方向。

常溫[注]下硬化襯里是由未水化的鋁酸鹽水泥、水化產(chǎn)物、集料、水、空氣共同組成的氣- 液- 固三相平衡體系，當襯里處于負溫下時，其內(nèi)部孔隙中的水分將發(fā)生從液相到固相的轉(zhuǎn)變。在襯里硬化初期襯里中的水分存在形式主要有：結晶水、吸附水、毛細孔水及游離水；有研究表明結晶水與吸附水不可能結冰，而毛細孔水和游離水可結冰，可見襯里凍害是由于游離水和孔徑較大的毛細水結冰造成的 。水由液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)體積約增大 9% ，若硬化襯里孔隙中的游離水達到飽和，則會在襯里內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應力，使襯里結構發(fā)生破壞。 但襯里受凍破壞的機理遠遠不止這么簡單，影響襯里受凍破壞的原因很多，其機理相當復雜。

綜上所述，襯里受凍破壞主要是一種力學行為，即水的運動對襯里結構產(chǎn)生影響。襯里中游離水和孔徑較大的毛細水在結冰時體積膨脹而產(chǎn)生了靜水壓、滲透壓、水分遷移，進而促使結構破壞。

1.2 受凍試驗

按現(xiàn)行襯里規(guī)范要求，襯里施工作業(yè)環(huán)境溫度宜為5～35 ℃，在此次撫順石化石油二廠重催改造工程中，襯里施工采用了蒸汽管線對施襯部位加熱，并且用硅酸鹽保溫氈將該部位覆蓋保暖的方法，收效顯著，基本滿足了襯里從澆注到養(yǎng)護整個過程的溫度要求，但是能耗大，而現(xiàn)行規(guī)范中并沒有規(guī)定施工完畢后何時撤銷保暖措施，那么如果能在保證襯里澆注料滿足各項性能的前提下，盡早縮短保暖時間，不但有利于節(jié)能降耗，還能縮短工期，意義重大[5]。

為此，對本次工程中所用的襯里料做了受凍試驗，來檢驗襯里料在養(yǎng)護3 d的前提下，再將其在負溫下放置7 d后的各項物理性能變化。

試驗采用大連金耐襯里材料廠生產(chǎn)的DLBWH-3A隔熱耐磨快干修補料和DWL-6高強度耐磨料，試樣配比（質(zhì)量比）見表1。

表1 兩種襯里料試樣配比（質(zhì)量比）Table 1 Two kinds of lining material sample ratio (mass ratio)

在常溫條件下，按上述配比分別將兩種干料用強制攪拌機攪拌2 min，再加水攪拌8 min，然后分別倒入三聯(lián)模中，制成40 mm×40 mm×160 mm的試塊； DLBWH-3A、 DWL-6各兩組試塊（1組3塊試塊），再將制好的試塊放入正在施工的第二再生器內(nèi)養(yǎng)護 3 d，當時測得容器內(nèi)的溫度走向區(qū)間為6.5～20 ℃；第4天時將試塊分成兩組，1組仍留在容器內(nèi)繼續(xù)養(yǎng)護，另1組放置在室外進行凍融循環(huán)7 d，當時測得室外溫度走向區(qū)間為-10 ℃～9 ℃。

到養(yǎng)護期限后，將所有試塊送到遼寧省耐火材料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心進行性能檢測。放入干燥箱中，經(jīng)110 ℃×24 h干燥，再進行540 ℃×3 h、815 ℃×3 h熱處理。

1.3 試驗結果

DLBWH-3A試樣和DWL-6試樣的試驗結果如表2和表3所示。

表2 DLBWH-3A試樣的試驗結果Table 2 DLBWH-3A sample test results

表3 DWL-6試樣的試驗結果Table 3 The DWL-6 sample test results

通過表2、表3的試驗結果可以發(fā)現(xiàn)：

（1） 對于同一養(yǎng)護齡期的試樣，經(jīng)過凍融循環(huán)養(yǎng)護的試樣 110 ℃干燥后和 540 ℃熱處理后的抗折強度、耐壓強度較正常養(yǎng)護的試樣都有一定幅度的降低，可以理解為，僅養(yǎng)護3 d的試樣并未完全完成水化反應，試樣內(nèi)未發(fā)生反應的游離水和孔隙水在負溫下結成冰，經(jīng)過一系列應力的復雜變化，進而導致試樣內(nèi)部結構的部分破壞，試樣的強度降低。

（2） 經(jīng)過凍融循環(huán)養(yǎng)護的試塊110 ℃干燥后和540 ℃熱處理后的抗折強度、耐壓強度都比基準值高。可以認定，澆注料只要保證施工的環(huán)境溫度和足夠的正溫養(yǎng)護時間，即使再經(jīng)過凍融循環(huán)類似的過程，對其性能的影響并不大，基本能滿足規(guī)范要求。

（3） 對于同一養(yǎng)護齡期的試樣，815 ℃熱處理后，正溫養(yǎng)護試樣的永久線變化率較受凍試樣要小，說明受凍對試樣的體積穩(wěn)定性會產(chǎn)生一定影響。

實驗證明，冬季施工時正溫條件下硬化的襯里成品養(yǎng)護時間應控制在7 d以上?？紤]到現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境復雜，試塊同襯里實際成品的差別、襯里施工質(zhì)量的影響等因素，實際施工中襯里成品正溫養(yǎng)護時間確定兩個時間段。局部小面積修補處，襯里養(yǎng)護時間保證7 d以上，大面積更換襯里處為保險起見襯里養(yǎng)護直到開汽烘爐停止。

2 冬季施工保溫措施

以此次撫順石油二廠重催檢修改造為例，詳細介紹不同部位的襯里在冬季施工過程中采取的保溫保暖措施。

2.1 再生器、沉降器冬季施工保溫措施

首先將所有與再生器、沉降器連接的空洞、斜管出入口用保溫棉封閉，人孔通道采用棉門簾遮蔽，以保證容器內(nèi)為密閉空間。然后分別在第一、第二再生器、沉降器外壁延縱向按300 mm的間距安裝DN20 的無縫鋼管，組成兩組循環(huán)系統(tǒng)。考慮到器壁溫度不應超過 35 ℃度，同時要保證再生器內(nèi)環(huán)境溫度在5 ℃以上，通過簡單的熱工計算得出，器壁溫度在 20～35 ℃度之間可以滿足上述要求。為保證器壁溫度在 20～35 ℃之間，通過實驗得出作為熱源的DN20的無縫鋼管應同容器外壁保持3～5毫米的縫隙，以避免器壁局部超溫。

在管線外粘貼 100厚復合硅酸鹽板作為保溫層，同時保溫層外纏繞兩層玻璃絲布作為保護層（見圖1）。通入3 MPa蒸汽后，從每天施工現(xiàn)場采集的溫度數(shù)據(jù)可知（見圖2），施工環(huán)境溫度滿足了規(guī)范要求的。

圖1 再生器保溫措施示意圖Fig.1 Heat insulation measures of regenerator

圖2 施工現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)Fig.2 Date of temperature in construction field

2.2 接口處理

再生器、沉降器上封頭環(huán)縫接口處以及各類斜管接口環(huán)縫處采取在環(huán)縫施襯部位纏繞蒸汽膠帶，并在膠帶上粘貼100厚復合硅酸鹽板作為保溫層，保溫層上再纏繞兩層玻璃絲布作為保護層。

2.3 局部小面積襯里處理

對于隱蔽項目小面積襯里，在采取支設封閉空間的條件下，用電加熱帶和電熱毯進行采暖。

2.4 特殊措施

（1）為了保證襯里攪拌用水的溫度符合標準，現(xiàn)場采用溫度為20 ℃的溫水進行攪拌。

（2）為了保證襯里料的入模溫度符合要求，在施工作業(yè)區(qū)域就近設置攪拌站，以縮短運距，減少熱量損失。運送襯里料通道處搭設暖棚，設置暖氣保溫。

（3）襯里材料堆放區(qū)域設置暖蓬，用以防水、防潮。

3 使用情況

石油二廠150萬t/a重油催化裝置檢修改造結束后，于2010年11月開汽至今歷時1年多時間，期間兩次停工小修，對襯里外觀及強度檢查未發(fā)現(xiàn)異常，可見此次檢修襯里冬季施工是成功的。

4 結 語

撫順石化公司石油二廠150萬t/a重油催化裝置冬季襯里施工的經(jīng)驗說明：

（1）采取可靠的保溫措施、嚴格控制襯里養(yǎng)護期的環(huán)境溫度、加強襯里施工的質(zhì)量控制，催化裝置襯里冬季施工是完全可行的。

（2）通過試驗確定襯里保暖養(yǎng)護時間，可以減少蒸汽使用量，從而減少施工成本。

注釋：文章中的常溫是指襯里施工環(huán)境溫度在5～35 ℃之間。

［1］ GB201-2000,鋁酸鹽水泥 [S].

［2］謝田華.襯里料在催化裂化裝置中的應用與研究[D].大連理工大學,2006.

［3］顧一天,黃容臻,等.延長催化裂化設備襯里壽命的措施[J].煉油設計,2002(3):37-41.

［4］邸長友,蘇彥彬.耐火澆注料襯里受凍實驗研究[J].耐火材料,2002(6):346-348.

［5］徐曉鵬,劉玉英,等.催化裝置檢修襯里施工的幾點建議[J].當代化工,2008(4):363-366;370.

The FCCU Lining Construction Practices in the Winter

ZHANG Yong-mei1, XU Xiao-peng2, LIANG Wei-wei2, Zhao Xiu-yan2
（1. Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China；2. PetroChina Fushun Petrochemical Company, Liaoning Fushun 113008，China）

Cold mechanism of FCCU lining analyzed and the cold test on the lining material used in construction was made. The reasonable lining material, reliable insulation measures were suggested. Strict control on the environment temperatures of the lining conservation of the, and strengthening the lining construction quality made it feasible for the FCCU winter lining construction.

FCCU；Lining；Winter construction；Regenerator；Sedimentation；Temperature；Cold

TQ 175.79

A

1671-0460（2012）09-0902-03

2012-04-10

張永梅（1968-），女，副高，遼寧石油化工大學在讀工程碩士。E-mail: 0413-8822718@163.com。

徐曉鵬（1966-），男，工程師，從事煉廠裝置檢修研究。E-mail: xp6675@126.com。