臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)及其制備方法，由內(nèi)向外依次為耐火層、隔熱層以及金屬殼體，其所述隔熱層內(nèi)的隔熱層錨固釘固接金屬殼體；耐火層內(nèi)的耐火層錨固釘固接隔熱層，且該耐火層錨固釘延伸穿過隔熱層并與金屬殼體固接。本發(fā)明可以使設(shè)備外壁溫度均勻、減少耐火澆注料施工難度、保證爐襯均勻一致、整體性強、使用壽命長、不會發(fā)生突然性破壞、利于設(shè)備安全運行。
【專利說明】臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及臨氫設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氫氣是重要的清潔能源和化工原料，在石油化工和化學(xué)行業(yè)具有重要的地位。氫氣及含氫方法氣體通常采用高溫高壓方法制取、管道輸送。常用設(shè)備包括制氫裝置的集合管和轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器、甲烷化裝置的甲烷化反應(yīng)器、余熱回收器、高壓過熱器及輸送管道、合成氨裝置一、二段爐之間的集氣管以及二段轉(zhuǎn)化爐等。制取和輸送氫氣及含氫方法氣的設(shè)備金屬殼體長期接觸氫氣容易發(fā)生氫脆、氫腐蝕等，設(shè)備金屬殼體一旦發(fā)生破損，其內(nèi)部的高溫、高壓、可燃、易爆的方法氣體高壓噴出將造成重大安全事故以及不可估量的經(jīng)濟損失。因此必須制作隔熱耐火襯里對金屬殼體進行保護，同時還可以減少能源消耗、改善生產(chǎn)勞動條件。
[0003]目前的臨氫設(shè)備采用厚壁耐熱鋼或特殊鋼做殼體，內(nèi)部制作金屬錨固件固定的雙層隔熱耐火澆注料爐襯，爐襯的隔熱層一般采用體密1.0g/cm3左右的隔熱澆注料，耐火層采用體密3.0g/cm3左右的剛玉質(zhì)澆注料。現(xiàn)有的層臨氫設(shè)備襯里結(jié)構(gòu)存在以下問題:
[0004]1、殼體溫度較高。氫氣是導(dǎo)熱系數(shù)最大的氣體，臨氫環(huán)境下耐火材料的導(dǎo)熱系數(shù)大大增加，加上金屬錨固件造成的熱橋作用，造成外壁溫度較高，局部超溫現(xiàn)象經(jīng)常出現(xiàn)。
[0005]2、抗熱震性差。剛玉質(zhì)澆注料的耐氫氣侵蝕能力強、耐火度高、強度高，是臨氫裝置常用的耐火材料。但是剛玉質(zhì)澆注料的抗熱震穩(wěn)定性差，在溫度變化幅度較大時會發(fā)生剝離掉落。一旦發(fā)生剝落，剝落處的爐襯厚度將減薄，爐殼溫度會上升，影響結(jié)構(gòu)安全，造成嚴(yán)重事故。
[0006]3、裂紋較多。臨氫設(shè)備襯里一般是雙層結(jié)構(gòu)，每層設(shè)有密度較大的金屬錨固釘進行固定。金屬錨固釘在高溫下體積膨脹與周圍剛玉質(zhì)澆注料膨脹相差較大，即使在錨固釘頂部采用預(yù)留膨脹間隙的方法也無法徹底消除膨脹差異，會造成耐火層襯里脫落。兩層襯里材料的膨脹性能相差較大，會造成隔熱層和耐火層局部脫離，尤其是處于頂部的爐襯。在耐火層產(chǎn)生裂紋的情況下，含氫氣體會滲透到隔熱層，造成殼體局部超溫，同時由于耐火層平均溫度的升高使耐火層澆注料的燒后收縮加大、裂紋增大，甚至?xí)斐擅撀?。一般臨氫設(shè)備使用一個周期后裂紋均會增寬、加深，安全使用風(fēng)險增大。
[0007]4、隔熱層材料雜質(zhì)含量太高。臨氫襯里，尤其是溫度大于700°C時，要求低鐵低硅。由于硅遷移會造成爐襯的疏松脫落，還會在余熱回收裝置處沉積降低換熱效率。而常規(guī)臨氫設(shè)備采用的隔熱層材料硅含量一般在40%以上，當(dāng)含氫氣體滲透到隔熱層時會造成大量的硅遷移使?fàn)t襯強度弱化。
[0008]以上問題的存在，使臨氫設(shè)備爐襯使用壽命不長，尤其是在溫度超過850°C時，壽命更短。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、抗熱震性好、穩(wěn)定可靠、壽命長的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0011]—種臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為耐火層、隔熱層以及金屬殼體，其隔熱層內(nèi)的隔熱層錨固釘固接金屬殼體；耐火層內(nèi)的耐火層錨固釘固接隔熱層。
[0012]而且，所述耐火層錨固釘延伸穿過隔熱層并與金屬殼體固接。
[0013]而且，所述耐火層的體積密度為2550kg/m3-3000kg/m3，且氧化硅、氧化鐵雜質(zhì)含量應(yīng)分別小于0.5%。
[0014]而且，所述隔熱層的體積密度在1000kg/m3-1700kg/m3，且氧化硅、氧化鐵雜質(zhì)含量應(yīng)分別小于1%。
[0015]而且，所述耐火層中摻入一層陶瓷纖維或/和防爆纖維，層厚度一般大于等于80mmo
[0016]而且，所述隔熱層錨固釘是V型或Ω型，隔熱層錨固釘直徑小于10mm，采用焊接連接或螺栓連接方式與金屬殼體固裝。
[0017]一種臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)的制備方法，其步驟如下:
[0018]⑴安裝錨固釘:在臨氫設(shè)備的金屬殼體上采用焊接或螺紋連接方式安裝隔熱層錨固釘和耐火層下部錨固釘，對隔熱層錨固釘和耐火層下部錨固釘進行熱處理，并給隔熱層錨固釘安裝塑料帽；
[0019]⑵制作隔熱層:在金屬殼體上進行對隔熱層支模澆注或噴涂施工形成隔熱層，澆注成型后進行養(yǎng)護；
[0020]⑶安裝耐火層錨固釘:將耐火層上部錨固釘與耐火層下部錨固釘連接，并在耐火層上部錨固釘上戴好塑料帽；
[0021]⑷制備耐火層:所述耐火澆注料采用自流型或半自流型澆注料，采用木棍輔助流平或機械振搗，振搗應(yīng)均勻，并將一定量的不銹鋼纖維摻入耐火澆注料中一起攪拌均勻；耐火澆注料經(jīng)支模澆注形成耐火層；
[0022](5)成型:經(jīng)過支模澆注形成一個整體的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)。
[0023]而且，所述步驟⑴安裝錨固釘及步驟⑶安裝耐火層錨固釘所述的塑料帽為纏繞塑料布方式制成。
[0024]而且，所述步驟⑴安裝錨固釘中的隔熱層錨固釘之間的間距為300mm至500mm。
[0025]而且，所述步驟⑷耐火層的表面與耐火層上部錨固釘?shù)纳隙瞬康木嚯x為25mm至50mmo
[0026]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
[0027]1、本發(fā)明可以廣泛的應(yīng)用于多種臨氫設(shè)備，包括:制氫裝置的集合管和轉(zhuǎn)化氣蒸汽發(fā)生器；甲烷化裝置的甲烷化反應(yīng)器、余熱回收器、高壓過熱器及輸送管道；合成氨裝置一、二段爐之間的集氣管和二段轉(zhuǎn)化爐等。此種結(jié)構(gòu)還可推廣到高溫管道爐襯中，例如:石化行業(yè)催化裝置斜管、提升管等。本結(jié)構(gòu)尤其適合于使用溫度為500°C -1300°C的高溫臨氫設(shè)備。 [0028]2、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可以使設(shè)備外壁溫度均勻、減少耐火澆注料施工難度、保證爐襯均勻一致、整體性強、使用壽命長、不會發(fā)生突然性破壞、利于設(shè)備安全運行?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明分層結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2為隔熱層錨固釘與金屬殼體的焊接連接方式；
[0031]圖3為隔熱層錨固釘與金屬殼體的螺栓連接方式；
[0032]圖4為隔熱層錨固釘與金屬殼體的另一螺栓連接方式；
[0033]圖5為隔熱層錨固釘與金屬殼體的另一螺栓連接方式。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖并通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳述，以下實施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。 [0035]一種臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)，包括由內(nèi)向外依次固裝直接接觸含氫工業(yè)氣體的耐火層5、采用氧化鋁質(zhì)高純度隔熱澆注料制成的隔熱層3以及金屬殼體1，本發(fā)明的創(chuàng)新點在于:隔熱層通過隔熱層錨固釘2固裝在金屬殼體上；耐火層通過耐火層錨固釘固裝在隔熱層上，且該耐火層錨固釘延伸穿過隔熱層并與金屬殼體固接，結(jié)構(gòu)整體性強，提升結(jié)構(gòu)的抗熱震性能。
[0036]所述隔熱層的材料采用高鋁質(zhì)輕質(zhì)澆注料，其體積密度一般在1000kg/m3-1700kg/m3,隔熱澆注料的氧化硅、氧化鐵雜質(zhì)含量應(yīng)分別小于1%，通常小于0.5%。當(dāng)臨氫設(shè)備操作溫度較低時，即小于700°C時，氧化硅含量可適當(dāng)放寬。
[0037]所述耐火澆注料以高純度剛玉為主材，可以是電熔剛玉或燒結(jié)剛玉，為水硬性，或氣硬性、熱硬性，耐火燒注料的體積密度一般在2550kg/m3-3000kg/m3。該耐火燒注料中摻入不銹鋼纖維6，還可以同時摻入陶瓷纖維或/和防爆纖維，一般為一層，其厚度一般不小于80mm。耐火燒注料的氧化娃、氧化鐵雜質(zhì)含量應(yīng)分別小于0.5%,通常小于0.2%。當(dāng)臨氫設(shè)備操作溫度較低時，即小于700°C時，氧化硅含量可適當(dāng)放寬。耐火澆注料中摻入的不銹鋼纖維應(yīng)該是SUS304、SUS310或SUS330材質(zhì)，應(yīng)該為冷拔型，也可以是熔抽型，其長徑比應(yīng)在60:1-150:1，弓形鋼纖維效果較好，以提升爐襯的抗裂性能、增加韌性并且使環(huán)形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
[0038]所述金屬殼體表面還可以涂刷一層防腐涂料或浙青漆，保護爐殼鋼板不被腐蝕。
[0039]所述隔熱層錨固釘可以采用V型、Ω型等多種形式，直徑小于10mm，材質(zhì)根據(jù)操作溫度確定，可以是SUS304材質(zhì)的，也可以是SUS310材質(zhì)的，在溫度很高時可采用SUS330材質(zhì)。隔熱層錨固釘?shù)拈g距以不大于500mm為宜,但最小應(yīng)大于300mm,以減少熱橋作用；若臨氫設(shè)備臥式放置，則最頂部應(yīng)有錨固釘。
[0040]所述耐火層中不采用或采用極少量的金屬錨固釘，可極大減少熱橋作用。
[0041]所述隔熱層材料采用高鋁質(zhì)輕質(zhì)澆注料，大幅降低氧化硅、氧化鐵含量的同時提高強度，具有與耐火層材料類似的膨脹性能，保證爐襯質(zhì)量均一、整體性強、使用壽命長。
[0042]上述結(jié)構(gòu)的具體制備方法具體如下:
[0043]⑴安裝錨固釘:在臨氫設(shè)備金屬殼體上采用焊接或螺紋連接方式安裝隔熱層錨固釘2和耐火層下部錨固釘7，對隔熱層錨固釘和耐火層下部錨固釘進行熱處理，并根據(jù)需要給隔熱層錨固釘安裝塑料帽4 ；[0044]所述隔熱層錨固釘與金屬殼體的連接方式包括焊接和螺栓連接兩種方式:其中焊接連接方式如圖2所示是指將隔熱層錨固釘直接與金屬殼體用不銹鋼焊條焊接在一起，焊接完成后再與金屬殼體一起進行整體熱處理。螺栓連接分成如圖3至圖5所示的三種方式，附圖3所示的螺栓連接指在金屬殼體上焊接一個與金屬殼體同材質(zhì)的或不銹鋼的螺母，隔熱層錨固釘與螺栓事先焊接在一起，螺母焊接并熱處理后爐襯制作前再將隔熱層錨固釘通過螺栓擰入螺母中的連接方式；附圖4所示的螺栓連接指在金屬殼體上焊接一個與金屬殼體同材質(zhì)的或不銹鋼的螺栓，隔熱層錨固釘與螺母事先焊接在一起，螺栓焊接并熱處理后爐襯制作前再將隔熱層錨固釘通過螺母擰到螺栓上的連接方式；附圖5中的螺栓連接指采用Ω型錨固釘時的連接方式，具體為在金屬殼體上焊接一個與金屬殼體同材質(zhì)的或不銹鋼的長螺栓，螺栓焊接并熱處理后爐襯制作前再將隔熱層錨固釘通過上、下兩個螺母和墊片固定到螺栓上的連接方式；
[0045]所述塑料帽可以采用塑料、橡膠材質(zhì)，也可采用纏繞塑料布、刷浙青漆等方式，主要是考慮到金屬件與澆注料膨脹系數(shù)的差異，高溫時塑料帽燒失預(yù)留金屬膨脹間隙，不至于破壞澆注料，塑料帽應(yīng)該與金屬錨固釘釘頭緊密結(jié)合，避免施工時掉落在澆注料內(nèi)，高溫?zé)笮纬煽障叮?br> [0046]⑵制作隔熱層:在金屬殼體上進行隔熱澆注料支模澆注或噴涂施工形成隔熱層，一般不采用手工搗打方法施工，隔熱澆注料的厚度根據(jù)傳熱計算得出，隔熱澆注料可以是一層，也可以是多層。隔熱澆注料可以是水硬性的，也可以是氣硬、熱硬性的；澆注成型后按規(guī)定進行養(yǎng)護；
[0047]⑶安裝耐火層錨固釘:將耐火層上部錨固釘7與耐火層下部錨固釘8連接，并根據(jù)需要在耐火層上部錨固釘上戴好塑料帽；所述塑料帽可以采用塑料、橡膠材質(zhì)，也可采用纏繞塑料布、刷浙青漆等方式，主要是考慮到金屬件與澆注料膨脹系數(shù)的差異，高溫時塑料帽燒失預(yù)留金屬膨脹間隙，不至于破壞澆注料，塑料帽應(yīng)該與金屬錨固釘釘頭緊密結(jié)合，避免施工時掉落在澆注料內(nèi)，高溫?zé)笮纬煽障叮?br> [0048]⑷制備耐火層:所述耐火澆注料采用自流型或半自流型澆注料，可采用木棍輔助流平或機械振搗，振搗應(yīng)均勻，不得過振或漏振，避免耐火澆注料分層或不銹鋼纖維結(jié)團、沉降；將一定量的不銹鋼纖維摻入耐火澆注料中一起攪拌均勻，不得結(jié)團；
[0049](5)成型:經(jīng)過支模澆注形成一個整體的臨氫設(shè)備爐襯，經(jīng)烘爐處理后即可投入使用。
[0050]隔熱澆注料和耐火澆注料在施工時應(yīng)注意采取防止雜質(zhì)混入的措施，可采用干凈的或新的容器、攪拌機等。
[0051]耐火層錨 固釘根據(jù)需要布置，如果設(shè)備直徑較小(小于Φ 1300mm)可不布置,若設(shè)備直徑較大(大于Φ 1300mm)應(yīng)布置。
[0052]隔熱層錨固釘可以是V型、Ω型等多種形式，直徑小于10mm，材質(zhì)根據(jù)操作溫度確定，可以是SUS304材質(zhì)的，也可以是SUS310材質(zhì)的，在溫度很高時可采用SUS330材質(zhì)。隔熱層錨固釘?shù)拈g距以不大于500mm為宜,但最小應(yīng)大于300mm,以減少熱橋作用；若臨氫設(shè)備臥式放置，則最頂部應(yīng)有錨固釘。
[0053]所述耐火層錨固釘為分段式安裝，首先將長螺母與耐火層下部錨固釘連接在一起，然后再與金屬殼體連接，關(guān)鍵是要保證埋入隔熱澆注料中的耐火層下部錨固釘?shù)目傞L度等于隔熱澆注料厚度，以便于隔熱澆注料澆注施工時模板支設(shè)方便。若采用噴涂法施工，則可不受此限制。
[0054]耐火層錨固釘可與隔熱層錨固釘間隔布置，其材質(zhì)與隔熱層錨固釘相同或更高，直徑不宜大于10mm。耐火層上部錨固釘?shù)亩瞬烤嚯x耐火澆注料的表面應(yīng)有25mm以上的距離，操作溫度越高此距離越大，但最大不應(yīng)大于50mm。若耐火澆注料內(nèi)部還要其他直接承受方法氣體的耐火材料時，此距離可不受此限制。
[0055]盡管為說明目的公開了本發(fā)明的實施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解:在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的，因此，本發(fā)明的范圍不局限于實施例和附圖所公開的內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)，由內(nèi)向外依次為耐火層、隔熱層以及金屬殼體，其特征在于:所述隔熱層內(nèi)的隔熱層錨固釘固接金屬殼體；耐火層內(nèi)的耐火層錨固釘固接隔熱層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述耐火層錨固釘延伸穿過隔熱層并與金屬殼體固接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述耐火層的體積密度為2550kg/m3-3000kg/m3，且氧化硅、氧化鐵雜質(zhì)含量應(yīng)分別小于0.5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述隔熱層的體積密度在1000kg/m3-1700kg/m3，且氧化硅、氧化鐵雜質(zhì)含量應(yīng)分別小于1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述耐火層中摻入一層陶瓷纖維或/和防爆纖維，層厚度一般大于等于80mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述隔熱層錨固釘是V型或Ω型，隔熱層錨固釘直徑小于10mm，采用焊接連接或螺栓連接方式與金屬殼體固裝。
7.—種權(quán)利要求1所述的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:步驟如下: ⑴安裝錨固釘:在臨氫設(shè)備的金屬殼體上采用焊接或螺紋連接方式安裝隔熱層錨固釘和耐火層下部錨固釘，對隔熱層錨固釘和耐火層下部錨固釘進行熱處理，并給隔熱層錨固釘安裝塑料帽； ⑵制作隔熱層:在金屬殼體上進行對隔熱層支模澆注或噴涂施工形成隔熱層，澆注成型后進行養(yǎng)護； ⑶安裝耐火層錨固釘:將耐火層上部錨固釘與耐火層下部錨固釘連接，并在耐火層上部錨固釘上戴好塑料帽； ⑷制備耐火層:所述耐火澆注料采用自流型或半自流型澆注料，采用木棍輔助流平或機械振搗，振搗應(yīng)均勻，并將一定量的不銹鋼纖維摻入耐火澆注料中一起攪拌均勻；耐火澆注料經(jīng)支模澆注形成耐火層； (5)成型:經(jīng)過支模澆注形成一個整體的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述步驟⑴安裝錨固釘及步驟⑶安裝耐火層錨固釘所述的塑料帽為纏繞塑料布方式制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述步驟⑴安裝錨固釘中的隔熱層錨固釘之間的間距為300mm至500mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的臨氫設(shè)備耐火爐襯結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述步驟⑷耐火層的表面與耐火層上部錨固釘?shù)纳隙瞬康木嚯x為25mm至50mm。
【文檔編號】C01B3/02GK103964377SQ201310040900
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月1日
【發(fā)明者】蘇彥彬, 郭成強 申請人:天津振普筑爐襯里工程有限公司