PDF《了解火焰加热器中耐》

了解火焰加热器中耐 火材料的失效 SK 能源与摩根先进材料联合指南 目录 概要…3 指定适当的耐火材料…4 七种常见的耐火材料失效概述…5 1.

纤维模块从顶部脱落或出现缝隙…5 2.砖壁出现故障――变形或倒塌…6 3.桥壁/洞壁倾斜或变形…7 4.浇注料开裂…7 5.地面开裂/隆起…8 6.对流段的对流浇注料/托臂损坏…8 7.配套不同材料…8 如何应对耐火材料失效…9 结论…10 概要 耐火材料和内衬可靠性是提高各行业的火焰加热器、 焚化炉、窑炉和反应器性能的关键. in the development and application of advanced 适当的耐火内衬不仅可以提高产量并最大限 度降低能源成本,而且可以在耐火内衬

20 余 年的整个生命周期内确保熔炉具有稳定的高 性能. 耐火材料最终失效并不罕见, 这可能导致能源 浪费、 性能下降, 在某些极端情况下还会造成 火焰加热器完全停机. 停机, 特别是计划外的 停机,可能导致最终用户每天有超过

100 万 美元的生产损失. 耐火内衬可能只占整个火焰 加热器的 5%左右,因此,要密切注意材料、设计、安 装等整体耐火内衬质量,这是非常有意义的. 全球最大的私营炼油公司之一――SK 能源, 以及先进材料技术开发和应用领域的世界领 先企业――摩根先进材料 (摩根先进材料的热陶 瓷部门) ,已经确定火焰加热器的许多耐火材料 失效都是可以避免的.对于最终用户来说,火焰 加热器耐火材料的大多数问题通常都可以归因 于材料、设计或安装中的细小问题. 尽管 API 和ASTM 都制定了耐火材料和耐火材料 测试程序的明确标准, 但是这些规范无法涵盖确 保耐火材料最佳可靠性和最长使用寿命所需的 所有细节. 最终用户和耐火材料供应商进行深思 熟虑和相互协作将有助于所有相关方更好地了 解显著降低耐火材料失效可能性所需的细节. 在 本文中,SK 能源和摩根检测了一些最常见的耐 火材料失效原因, 以及工程师可以采取哪些措施 来解决问题,并在将来避免这一问题. 有一个常见的误解是:简单地指定最适当的 耐火材料足以完全避免失效.虽然这个过程 对于在火焰加热器耐火内衬的生命周期内确 保其最佳性能和可靠性至关重要,但这一点 不足以确保不会发生失效.工程师在监测耐 火材料的性能时需要时刻留意,并在发现异 常情况时迅速采取行动.然而,充分了解最 终用户的操作条件,进而选择适当的耐火材 料和内衬设计,应该是降低耐火材料失效风 险的第一个也是最合乎逻辑的步骤. 最终用户与耐火材料供应商之间的合作是非 常关键.对于耐火材料来说,每种应用的操 作条件都会是独一无二的.适当的耐火材料 应该具有抗温度应力和其他由操作参数引起 的物理现象.必须对温度、启动/关闭、烟道 气或工艺气体化学成分、所需的热损失等进 行评估.耐火材料供应商通常能够提供自己 的建议,但是买家根据自己的独特需求和经 验进行详细说明也十分重要. 例如,运行中的熔炉会有各种不同的参数, 耐火材料需要能够耐受这些参数.因此,非 常重要的一点是为耐火材料设计师提供关 于特定应用的操作条件的最完整准确的信 息,以便做出最佳选择.选择适当的耐火材 料时,更多的是将最佳材料和系统与特定应 用的操作条件相匹配,但是时间和成本当然 也要考虑在内. 与提供必要的材料和项目支持服务的耐火 材料设计师合作也很重要.尽管大多数使用 火焰加热器的最终用户将会在现场拥有一 名具备丰富材料知识的人员,但是潜在的耐 火材料失效和失效机制可能会超出其专业 领域.在这种情况下,来自耐火材料供应商 /设计师的响应支持有助于避免计划外的火 焰加热器停机.

4 人们往往会将耐火材料失效归因于材料质量问题.要想了解耐火材料为何失效,有时可能需要对许多相互 关联的因素进行复杂的根本原因分析: 材料与操作环境不匹配, 选择的材料质量较差, 耐火材料设计不当, 安装技术不当.最终用户不会热衷于关停系统并进行这种分析,因此工程师和操作员获取关于耐火材料疲 劳和失效的早期迹象方面的知识至关重要.一些最常见的耐火材料失效及其原因如下: 1. 纤维模块从顶部脱落或出现缝隙 这种情况可能是由许多原因造成的,并且通常涉及材料、设计或安装.首先,查看相关问题区域,并注意 内衬的状况.受影响的是单个模块还是较大的区域?模块或锚固系统的任何部分是否仍然附着在顶部?周 围的模块是否完好,几乎没有明显的缝隙?脱落到下面的碎片是什么样的?记住,事出皆有因. 如果一切都不见了(包括纤维和所有金属部件) ,那么可能是出现了安装问题,螺柱焊接不充分.也可能 是由于潜在的杂质(例如硫或锈)腐蚀了外壳.在安装前不对外壳进行防腐蚀保护,使这两个问题变得越 来越普遍.如果螺柱仍然存在,但是没有螺母,那么可能是因为螺母没有拧紧. 如果大部分或所有纤维都不见了,但是支架锚固件仍然是完整的,那么其原因可能是机械损伤.两种可能 性分别是在安装过程中发生损坏或者由于水的原因导致纤维承受过多重量.水不会影响纤维,但水的重量 会影响纤维.如果设备正在架设或停机维护,且密封不良,那么周围环境里的水可能会泄漏到设备中.由 于纤维的孔隙率为 90%以上,因此纤维可以吸收比自身重量大得多的水.检查下面的纤维,观察是否被锚 固件扯掉,或者出现水渍迹象.在某些情况下,即使是最仔细的检查也可能漏掉由水造成的损坏. 确定纤维中是否存在过大的缝隙.如果是的话,这些缝隙是什么样子的?有些是直线,有些分布在模块周 围,有些位于一定的区域内.热点是否与这些缝隙有关?对于任何明显的缝隙,最好首先检查纤维的化学 状况和设计. 如果其中任何一项都没有得到充分的确定, 那么随着时间的推移, 将会出现多米诺骨牌效应, 使更多模块受到影响.如果化学状况和设计符合要求,那么就要查看安装、操作问题等其他情况.在所有 失效情况下,重要的是快速行动,确定根本原因,使最终用户恢复可靠的操作和生产 七种常见的耐火材料失效概述

5 2. 砖壁出现故障――变形或倒塌 隔热耐火砖 (IFB) 在许多火焰加热器中都很常见, 特别是在较低的火焰冲击墙体中.IFB 内衬自

20 世纪

30 年代以来一直存在.然而,由于它们导 热性低、低蓄热性、和抗机械损伤的能力,它们 可能仍然是最佳内衬选择.火焰加热器的砖壁区 域通常是最高温度区域,需要高质量的材料和设 计. 遇到 IFB 墙体问题时,需要注意几个关键点.和 任何其他耐火内衬一样,该系统需要良好的材料、 设计和安装.良好的设计指的是锚固件选择(冶 金性能和尺寸) ,并考虑到 IFB 的可逆热膨胀.对 于任何与耐火材料有关的问题,首先要收集事实, 并对内衬状况和事实进行分析. 从设备外部观察是否存在热点.从内部观察时, 墙体是否完好?如果是的话,可能备用内衬有问 题.许多老旧内衬产品例如使用有机粘合剂粘合 在一起的矿棉块作为后备内衬.经过多年的使用, 粘合剂会烧尽,使板材变薄.操作过程产生的正 常振动可能导致这些纤维塌陷,并形成空隙或热 点.可以使用热点修复材料来修复这些空隙.热 点修复材料可以从操作设备外部泵送,或者根据 需要,通过泵送和/或喷射,在设备内部使用. 看设备内部时,要观察砖的正面.是开裂还是熔化?这 可能表明熔炉运行温度较高, 或者正在使用错误等级的 砖.燃料燃烧时可能含有较高百分比的氢气,从而提高 了火焰温度.此外,并非所有 IFB 都是相同的.相同温 度等级的产品会有显著不同的配方和燃烧进度. 这会使 高温砖的性能产生很大的差异.理解这一点很重要,这 有助于对比 IFB,并选择成........