整體模塊在石化行業的應用

馬際娟

摘 要：繼陶瓷纖維折疊模塊在國內石化行業成功應用數十年后，隨著國外先進產品在國內的不斷推廣及應用，新產品—整體模塊也已在國內石化行業成功推廣及普遍認可。它完全顛覆了傳統折疊模塊的生產工藝，利用精密的針刺設備、吸慮系統和旋轉壓制、水切成型的理念，將陶瓷纖維棉整體針刺，生產線上完成電腦切割。其均勻性、耐熱性和保溫效果，完全可以滿足石化行業客戶對更高熱效率隔熱方案的需求，是工業窯爐和設備耐火、保溫的另外一種好的選擇。

關鍵詞：整體模塊；絕熱均勻；石化行業；爐襯

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

0.前言

繼陶瓷纖維折疊模塊在石化行業成功應用數十年后，隨著國外先進產品在國內的不斷推廣及應用，新產品—整體模塊也已在國內石化行業成功推廣及普遍認可。它完全顛覆了傳統折疊模塊的生產工藝，利用精密的針刺設備、吸慮系統和旋轉壓制、水切成型的理念，將陶瓷纖維棉整體針刺，生產線上完成電腦切割。其均勻性、耐熱性和保溫效果，完全可以滿足石化行業客戶對更高熱效率隔熱方案的需求。通過近幾年公司對該產品的不斷研發及探索，整體模塊的性能指標已經達到國際領先水平，目前在國內多家石化行業的制氫轉化爐、乙烯裂解爐等高溫加熱爐上已經成功應用。

1.整體模塊介紹

整體模塊是由兩片整體預制棉坯切割塊、通過兩根遠離熱面的、橫置于模塊中的不銹鋼插管連接、固定到專用錨固件上組裝而成。通過螺栓螺母將錨固件固定到爐壁板，從而將模塊固定。模塊的冷面能夠緊貼爐壁，完全可以維持結構的完整性和錨固件的支撐性能，如圖1所示。

2.整體模塊性能獨特點

作為一種工業窯爐爐襯的新材料——整體模塊，具有6個方向均可壓縮，也就是六面具有膨脹性，是一種組裝、切割及安裝非常快速、簡易的產品，即適合大面積平面結構，又利于異型部位的切割安裝，使用效果良好的耐火、隔熱保溫產品。

（1）結構新穎，整體性強。全纖維定型，特殊錨固件固定，六面（前、后、左、右、中心兩面）均可壓縮、均可膨脹。整體纖維材料，易于切割，并適合現場開口及切槽，是窺視孔、爐管密封件、燒嘴磚等特殊形狀的部件最理想的基材，尤其適合應用于拐角等異型部位，如圖2所示。

（2）體積密度靈活可控。模塊體積密度為128kg/m3～240kg/m3。最高可達240kg/m3，比傳統折疊模塊高出10%～25%，可減緩高溫（1300℃）下纖維的收縮，避免塊間縫隙的產生，同時抗氣流沖刷能力有所提高。采用整體棉坯制作而成的整體模塊，每塊的體積密度都完全相同，避免了傳統的折疊模塊因為折疊數的限制而產生的體積密度差。施工后爐襯更加均勻，保溫效果提高。

（3）導熱系數小，絕熱均勻。相比傳統的折疊模塊而言，整體模塊采用整體纖維棉坯切割而成，工藝決定了纖維三維立體分布，明顯比折疊模塊纖維毯的層狀布棉更加合理，導熱系數比折疊模塊降低10%～15%。

整體模塊安裝后從熱面到冷面的縫隙要少很多。折疊模塊通常有8到10個折疊波，每個折疊波的位置都有可能產生纖維收縮縫，從而造成收縮縫隙和外殼溫高受損的隱患。整體纖維模塊在每一個獨立的組件兩側只有一個接縫，并具有壓縮性，產生收縮開口的幾率明顯降低。

（4）抗風蝕性能強，高溫下抗粉化。生產過程中加入一種特別的潤滑劑。在高溫環境下，這種潤滑劑會迅速使整體模塊從一種相對柔軟、容易壓縮的大塊結構產生硬化，轉化成為一種有相當強度、整體無縫的、類似于木質的塊磚結構，從而高溫下不粉化，更耐氣流沖刷，最高可達40m/s～45m/s（氣流速度）。特別適用于耐磨損或撕裂損傷嚴重拐角、貫通立柱、煙道出口等氣流沖刷大、異型的部位。

（5）電腦切割，尺寸精確。傳統的折疊模塊基本采用手工折疊的方式加工，而整體模塊引進國外最先進的電腦繪圖切割系統，完全實現了自動切割，加工尺寸公差控制在更小的范圍內。

（6）施工維修簡便。如采用專用的自動熔接槍，無須畫線、焊釘及手工安裝等煩瑣工序，只要手指扣板機即可熔釘、擰緊螺母和檢查每一根螺釘焊接質量，提高了施工和維修效率；如需襯里局部維修時，模塊更換方便。

（7）使用壽命長。特殊的安裝工具，確保了安裝的牢固性；特殊的結構形式，確保了安裝時每塊模塊的壓縮比例；整體結構確保了爐襯高溫不產生縮放；更延長了爐襯的使用壽命和抗風蝕效果。

（8）使用范圍廣。整體模塊由高純度的原材料制造而成，分為中溫級纖維（氧化鋁—氧化硅）、高溫級纖維（氧化鋁—氧化硅—氧化鋯）。可滿足熱工設備從600℃至1350℃不同溫度檔次的保溫隔熱使用要求。

3.整體模塊在石化行業應用

隨著國內節能減排各項政策的出臺，石化行業也陸續展開新型節能爐襯的設計及選用，考慮以節能降耗為理念，將外壁平均溫度要求從傳統的小于80℃降到75℃（或70℃）以下。其中在陶瓷纖維模塊襯里的基礎上，引入導熱系數更小的保溫材料——整體模塊，組合成新型的陶瓷纖維復合襯里就是其中的一項關鍵措施。國內石化行業的設計院對整體模塊也比較認可。目前整體模塊，已經連續成功應用在國內石化行業的多種加熱爐作為襯里材料使用。

（1）石化加熱爐拐角部位應用。拐角部位為爐內煙氣最為集中的部位，溫度不低于爐膛溫度，并且高溫氣流沖刷嚴重。為滿足該部位保溫及結構整體性和耐風蝕等要求，襯里結構推薦采用整體模塊，結構優勢如下：

①形拐角結構新型錨固件固定，整體性強，結構牢固，如圖3所示。

②將整體模塊拐角部位加工成半圓弧形，以便降低對煙氣的阻力。

③當潤滑劑燒除后，整體模塊變硬，并使爐襯幾乎成為一個整體結構，大大提高襯里抗氣流沖刷能力。

（2）在石化行業整臺加熱爐襯里上的應用。整體模塊屬于陶瓷纖維棉坯制作，其導熱系數比傳統的折疊模塊小很多，作為整臺爐子的爐襯使用，正是選用其導熱系數小的優勢，對于降低爐體外壁溫度能起到很好的作用。采用整體模塊與采用傳統的折疊模塊的全纖維爐襯相比，外壁溫度能降低4℃～6℃。

整體模塊已經在國內某大型制氫轉化爐上實現了全爐應用的實例，如圖4所示。該項目也屬于國內全整體模塊的第一個應用業績，這是整體模塊作為整體模塊在推廣應用上的重大里程碑。

（3）在石化加熱爐看火孔部位應用。石化行業加熱爐，看火孔結構通常為倒四棱臺型，以便于觀察爐內加熱物料的加熱程度。多年來，看火孔一直停留在耐火磚、澆注料預制塊、真空成型塊等重質材料的原始結構上，并在一定時期起到了不同的作用。但傳統結構的看火孔抗熱震性差、與四周纖維襯里連接易出現貫通縫及保溫效果差等一直無法解決。

在充分了解看火孔外形結構、使用工藝、所處環境的氣氛和特征的基礎上，結合整體模塊所具有的特點和性能，將看火孔結構確定為纖維毯平鋪和模塊的復合結構。復合結構具有很好的溫度等級梯度，能更好地降低看火孔外側鋼板的表面溫度，延長爐襯的使用壽命。

（4）在石化加熱爐燒嘴部位應用。目前在石化行業加熱爐的側壁和爐頂燒嘴磚普遍存在體積密度大，使用壽命短，散熱損失高等一系列問題，成為制約石化加熱爐襯里壽命和節能降耗的薄弱環節，市場上需要一種更加輕質高效節能的新型材料取代原先的重質燒嘴磚。

燒嘴塊由容重240kg/m3的整體模塊組成，中間安裝燒嘴管挖出一個孔，孔周邊與纖維走向垂直。孔內套用一個真空成型圓環套。模塊與真空成型圓環套可選擇不同溫度等級和規格尺寸。這種燒嘴塊，具有重量輕、隔熱、抗熱沖擊等特點。

結語

目前國內生產的整體模塊已經達到國際公司產品性能。整體模塊的性能指標已經達到國際領先水平，整體模塊憑借導熱系數小、整體性好、抗風蝕性好等優點，在國內多家石化行業的制氫轉化爐、乙烯裂解爐等高溫加熱爐上已經成功應用。為國內石化行業工業窯爐定制化的工程解決方案提供了新的選擇，滿足了客戶更高熱效率隔熱方案的需求，進而可以幫助終端用戶在降低經營成本的同時提高生產效率。

與此同時，整體模塊的問世及成功應用，也從另一面表明國內陶瓷纖維行業不斷成熟發展創新的決心和力度，為陶瓷纖維行業的革新和發展、為工業窯爐節能和降耗工程的推進、為國家的環保和減排政策提供了新的力量。

參考文獻

[1] SHT 3128-2002，一般煉油裝置火焰加熱爐陶瓷纖維襯里[S].