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1第七篇工业炉窑工程工业炉概述在石油化工生产中，有些化学反应需要在高温、高压下，而且还要在有催化剂的条件下才能进行。如烃类裂解制乙烯的裂解反应需在一定的压力和800℃左右的温度下才能进行；蒸汽转化法制合成氨、制氢等生产中转化过程也是这类反应；还有些工艺介质要求加热到较高的温度。这些高温下进行的化学反应，在石油化工生产中一般都在工业炉中进行。各种工业炉是化工生产工程中的关键设备，如一段转化炉、二段转化炉、裂解炉、气化炉、加热炉、煤气发生炉、蒸汽过热炉、焚烧炉等，都是各种物料进行裂解、转化、反应、加热和废物处理的重要设备，是加速化学反应、促进化学变化的重要手段。（内隔热保温）石油化工炉根据作用、结构形式、采用燃料以及加热方式的不同，所分的炉型类别繁多。本章简单介绍乙烯裂解炉、一段转化炉、二段转化炉、蒸汽过热炉、煤气发生炉、废油（气）燃烧炉的相关内容。第一节乙烯裂解炉烃类裂解炉制乙烯、丙烯的方法很多，其中管式炉裂解是目前技术成熟、各国广泛采用的方法。管式裂解制乙烯是以烃类为原料，烃类气体和水蒸汽在高温的炉管中裂解而得。裂解炉结构形式分辐射室、对流室、烟气收集器、弯头箱、烟囱、烧嘴等。由于不同的厂家，不同的设计单位，炉2子结构形式也不同。一、辐射室衬、砌、浇注各种不同的耐火材料结构形式㈠炉底：浇注三层不同牌号不定形耐火浇注料。同钢壳体接触的是一种作为隔热层牌号耐火浇注料；中间层是另一种作为隔热层牌号耐火浇注料；工作层是一种耐火度高、作为耐火层牌号的耐火浇注料。㈡炉墙：是三种不同的耐火材料。一种是隔热保护砖，另一种是浇注不定形耐火材料，工作层是捣打可塑料材料。㈢炉顶：是由一种陶瓷纤维毡层铺的炉顶结构，每层是采用不同厚度多层铺毡，也采用吊挂砖炉顶的。二、对流室衬、砌浇注各种不同的耐火材料结构形式㈠炉底：浇注三层不同牌号不定形耐火浇注料，与辐射室炉底基本相同。㈡炉墙：主要有两种不同结构形式，一种是三种不同的耐火材料组成，有保温块、隔热砖、捣打可塑料。另一种是穿串式耐火砖炉墙，两种不同结构形式结合在一起。㈢辐射室炉顶和对流室炉墙耐火材料结构形式一样，在局部也有层铺陶瓷纤维毡。三、烟气收集器和烟囱一般采用轻质的耐火浇注料，厚度为50毫米左右。四、弯头箱一般采用轻质耐火浇注料，厚度为50毫米左右，也有采用陶瓷纤维衬贴法的。3五、烧嘴是炉子中的一个重要组成部分。烧嘴的结构、性能与炉形的配合，烧嘴数量的选择与炉子热负荷均有关系。裂解炉烧嘴有两种，即侧壁烧嘴和底部油气联合烧嘴，烧嘴采用的耐火材料有耐火砖、浇注不定形耐火材料、捣打可塑料等。第二节一段转化炉一段转化炉是合成氨装置的关键设备，主要由辐射段、过渡段、对流段、辅助锅炉组成。一般是以天然气、油田气、炼厂气、焦炉气为燃料，经蒸汽转化生产合成氨的原料气或生产氢气的热工设备。一段转化炉结构形式：分辐射室、过渡段、对流室、烟道、输气总管和集气室等，由于不同厂家，不同的设计单位，炉子结构形式也不相同。一、辐射室衬、砌、浇注各种不同的耐火材料结构形式㈠炉底：由两层砖砌筑，一种是保温块做为隔热层，另一种是工作耐火砖砌筑。㈡炉墙：由两层砖砌筑，一种保温砖（块）做为隔热层，另一种工作面为耐火砖砌筑。㈢炉顶：是吊挂砖炉顶，由于炉顶有200个烧嘴和378根转化管穿过，结构较为复杂，异型砖多达18种。二、对流层（包括过渡段）衬、砌、浇注各种不同的耐火材料结构形式㈠炉底：有两层结构，一层砌保护块，另一层是耐火浇注料组成。4㈡炉墙：一般有砖砌炉墙、耐火浇注料炉墙。㈢炉顶：对流室炉顶为隔热耐火浇注料。过渡段炉顶为隔热浇注料。第三节二段转化炉二段转化炉是合成氨生产的关键设备之一。它是经一段转化炉的转化气，通过输气总管到二段转化炉。二段转化炉，在长期运行中要经受高温、中压及强气流的冲刷，这些气体均为强还原性气体。因此衬里结构必须均匀，致密、线变形小、化学稳定性好的纯铝酸钙水泥耐火浇注料衬里，该材料施工要求高，浇注时必须连续施工，不能留施工缝。二段转化炉炉体高13.32米，直径3.81米，衬里后内径3.28米。该炉内由下锥体、中间筒体、上锥体、颈部和连接接头、底部球拱等部分组成。筒体内衬为纯铝酸钙水泥重质耐火浇注料，厚度为267—305毫米，包括上锥体、中间筒体、下锥体，总工程量为28.5立方米。（参考数）。筒体外侧有水夹套，为氧化铝空心球轻质耐火浇注料。底部球拱为低硅刚玉砖，球拱为支承触媒用。触媒层的上面有一层低硅刚玉六角砖，作为触媒保护层。第四节蒸汽过热炉蒸汽过热炉是将蒸汽进一步加热至500℃左右的加热炉。它一般为箱形炉，分辐射室、对流室、集管箱、烟气收集器、通风室等部分。结构形式一般为耐火浇注料炉衬。5第五节煤气发生炉煤气发生炉是以固体燃料为原料生产合成氨原料气的主要设备。炉内操作温度为700～800℃。有时可达1000℃左右，是采用间歇气化法生产半水煤气的热工设备。炉衬要承受冷热温差和气流冲刷浸蚀作用。炉衬结构有采用耐火砖砌体和耐火浇注料整体浇注两种结构形式。第六节废油（气）燃烧炉废油（气）燃烧炉是石油化工炉中较常见的炉体。是用于将生产中排出的废气、废油、废水等焚烧处理的加热炉。一般以卧式圆筒炉或立式圆筒炉较为常见。炉内温度在1000℃以上。炉的结构形式有多层耐火砖砌体和多层浇注料炉衬，以及耐火可塑料炉衬等。筑炉常用材料（分定性、不定型两大类）第一节耐火砖及耐火泥浆一、耐火砖耐火砖又称定型耐火材料，具有强度高，施工简单、用途广泛、取材容易的优点，适用于各种工业炉窑的砌筑。经常使用的耐火砖有：粘土质耐火砖、高铝质耐火砖、硅质耐火砖、高铝质隔热耐火砖、刚玉砖。二、耐火泥浆6耐火泥浆用来填充耐火砌体间的缝隙，使砌体形成整体，并保证砌体的强度、气密性及高温性能。砌筑耐火制品的泥浆，其耐火度和化学成份应与耐火制品的耐火度和化学成分相适应。有粘土质耐火泥、高铝质耐火泥、磷酸盐耐火泥、磷酸铝耐火泥、水玻璃耐火泥等。耐火泥按颗粒组成可分为细粒耐火泥、中粒耐火泥、粗粒耐火泥，应根据砖缝厚度选用。第二节不定型耐火材料常用的不定形耐火材料，主要用于工业炉迎火面层及隔热层内衬。不定型耐火浇注料与耐火砖相比其优点是：工艺简单（取消了复杂的烧成工艺），成本低，使用方便，具有可塑性和整体性。（包括浇注料、捣打料、耐火纤维三大类）不定型耐火材料是由耐火骨料、粉料和胶结料或另掺外加剂，按一定比例组成的混合物。使用时具有一定的可塑性。一般采用浇注、捣打、涂抹、喷涂等方法施工，经过养护或烘干后成为强度高、耐火性能好的整体炉衬。一、常用的胶结料有：硅酸盐水泥、高铝水泥、纯铝酸钙水泥、水玻璃、磷酸。二、耐火骨料和粉料耐火骨料起着骨架作用，用量最多，能显著影响不定型耐火材料的高温性能。耐火粉料则起着填充空隙、改善施工7和易性和提高密度的作用。不定型耐火材料的骨料和粉料必须与所用胶结料的化学性质一致，有足够的耐火度和一定强度，并且级配合理。不同的施工方法对骨料的粒径有不同的要求；一般采用振动成型的骨料最大粒径不超过15毫米，捣打施工不超过10毫米，喷涂、涂料施工不超过5毫米。常用的耐火骨料和粉料有：矾土熟料、粘土熟料、刚玉、陶粒、膨胀珍珠岩等。三、耐火浇注料耐火浇注料，又称为耐火混凝土，是利用胶结料加上骨料、粉料及一些外掺剂制成的散装的混合料。加水或其它结合剂拌合后具有一定流动性，通常采用浇注方法施工。根据胶结料不同分以下几类：㈠高铝水泥耐火浇注料高铝水泥耐火浇注料，具有快硬、高强度、耐高温的特点，可广泛用于无酸碱侵蚀的一般工业炉窑的高温衬里。㈡水玻璃耐火浇注料水玻璃耐火浇注料，其热稳定性良好，高温强度减低，适用于在1000℃、介质呈酸性的炉窑衬里。但不得用于经常有水和水蒸汽作用的部位。水玻璃耐火浇注料是以水玻璃为胶结剂，用工业氟硅酸钠作促凝剂，拌合料及骨料的技术要求与普通耐火浇注料相同。8㈢磷酸盐耐火浇注料磷酸盐耐火浇注料的使用温度不超过1450-1600℃。磷酸盐耐火浇注料热稳定性好，耐腐蚀性强，耐高温，适用于工业炉的高温区域及燃烧室高温部位的衬里。磷酸盐耐火浇注料，是以磷酸或磷酸盐溶液为胶结料与耐火粉料、骨料按一定比例配制而成。常加氢氧化铝粉和高铝水泥作促凝剂，使其常温下具有一定的机械强度。㈣纯铝酸钙耐火浇注料使用温度不高于1650℃，由于其二氧化硅、三氧化二铁含量低，有良好的化学稳定性，因此有足够的耐火度和高温强度，适用于在还原性气氛下工作。纯铝酸钙耐火浇注料，是以纯铝酸钙水泥为胶结料，以高铝矾土熟料、烧结氧化铝或刚玉等，为耐火骨料和粉料配制而成的耐火浇注料。四、轻质耐火浇注料轻质耐火浇注料是以硅酸盐水泥、高铝水泥、纯铝酸钙水泥、水玻璃、磷酸铝等为胶结料，以陶粒、蛭石、膨胀珍珠岩、轻质砖砂、氧化铝空心球等轻质材料为骨料和粉料配制而成的耐火浇注料。轻质耐火浇注料，常用的有：㈠硅酸盐轻质浇注料9使用温度不高于900℃，一般用于作对流段低温区、烟道衬里、吊顶、烟囱内衬。㈡高铝轻质浇注料因配比材料不同，其使用温度为850-1200℃。用于隔热、耐热部位及承重结构。㈢纯铝酸钙轻质浇注料使用温度1400℃。适用于高温炉窑的隔离层，二段转化炉的隔热衬里层，一段转化炉的转化管隔热衬里等。五、耐火喷涂料耐火喷涂料分有轻质耐火喷涂料和重质喷涂料两种。两者的划分标准是以喷涂料的容重为划分标准。按国家标准划分，容重大于1.45吨/立方米为重质耐火喷涂料，容重小于1.45吨/立方米为轻质喷涂料。耐火喷涂料具有整体性好、耐火材料与炉体结合紧密、机械强度高、施工速度快的优点。可用于结构复杂、施工面大的炉子。六、耐火可塑料、耐火捣打料㈠耐火可塑料耐火可塑料是一种气硬性材料，它是以耐火骨料和粉料为主，加入适当的结合粘土或化学胶结料，以及少量的外加剂，加水经充分混合，制成胶粘状砖坯或泥团物料，在规定有效期内具有良好的可塑性，适用于各种工业炉窑内衬上。可塑料在施工中至烘炉前应防止浸水和受潮。可塑料在捣打拆模后，应立即对其表面进行修整，切割膨胀缝，扎排10气孔。㈡耐火捣打料捣打料一般采用风镐或气锤捣打。施工工序为捣打料配制、模板安装、捣打、修整拆模和养护。但拆模后不需要扎孔、刮毛、切割膨胀缝。第三节隔热材料及耐火纤维隔热材料是对炉体进行保温绝热，从而防止炉内热量和冷量的损失，一般常用的隔热材料有：硅藻土质隔热材料、石棉制品、膨胀珍珠岩制品。耐火纤维是一种耐高温绝热耐火材料，是第三代耐火材料。耐火纤维在工业炉中的使用，促进了工业炉结构和工艺的改革。耐火纤维的规格品种较多，有毡板、管壳及散状纤维，可根据设计需要选用。砌筑工程第一节砌体的类别划分一、特类砌体砖缝厚度不大于0.5mm；二、Ⅰ类砌体砖缝厚度不大于1mm；11三、Ⅱ类砌体砖缝厚度不大于2mm；四、Ⅲ类砌体砖缝厚度不大于3mm。五、Ⅳ类砌体砖缝厚度大于3mm，小于5mm。第二节一般筑炉的施工步骤箱形炉、立式圆筒炉为先炉墙、次炉顶、最后是炉底。烟囱及预制件根据安装先后穿插在中间。卧式圆筒炉则先底后顶，从一端向另一端倒退施工。第三节膨胀缝的留设和填充炉子加热时，由于温度的影响炉衬要膨胀。当炉体不大时，通常依靠砖缝泥浆和空隙的压缩来补偿这部分的膨胀。但长期高温作用的大型炉衬，单以灰缝的压缩补偿是不够的，必须留设适当的膨胀缝来防范。通常在设计炉衬结构时，设计人员根据计算给予考虑。留设膨胀缝时，应符合以下规定：一、砌体内外层的膨胀缝不应相互贯通，上下层宜互相错开。二、浇注料的膨胀缝可采用预留，即在施工中用分割条在浇注前埋设，也可在浇注达到一定强度时用砂轮机切割。三、可塑料在墙面上均匀扎排气孔。炉子各部位膨胀缝的砌筑，不允许降低气体强度，而且要保证砌体不渗漏。为了达到这一目的，膨胀缝内必须用石12棉绳或耐火纤维塞紧。炉衬内的金属锚固件周围也应留设膨胀缝。金属件四周用石棉绳、石棉板或耐火纤维包裹或隔开，使其受热时能自由膨胀。圆形墙与金属外壳之间留设膨胀缝时，一般缝内填充散状隔热材料。如珍珠岩、石棉泥、石棉粉等。第四节涂料、填料涂料是用颗粒较小的骨料、粉料和胶结剂，按比例调制成的膏状或浆状体，以涂抹方法施工。涂料一般用在使用温度较低，构造较复杂和