高铝隔热耐火砖在炼油加热炉中的应用

在双面辐射加热炉中，火焰附着炉墙的卧管炉是炼厂加氢装置中的常见炉型，燃烧器的火焰附墙燃烧，由炽热的炉墙对辐射室内的炉管进行热辐射，从而保证炉管受热均匀。火焰所附着墙面采用耐火砖，普通的耐火砖难于承受附墙火焰的温度和变温操作的热冲击。研究和开发新型附墙燃烧用高铝隔热耐火砖有利于加热炉的平稳操作和运行。

炼油厂加氢装置中的反应进料加热炉是装置中主要的热量来源。加氢反应进料加热炉炉管内多为气-液两相流，工程设计中多采用卧管双面辐射箱式炉。为了保证炉管受热均匀，工程中常选用扁平火焰附墙燃烧的燃烧器，火焰附墙燃烧，再由炽热的炉墙对炉管进行热辐射。但实际生产中发现，炉膛的变温操作对耐火材料产生大的热冲击，荣盛耐材生产的耐火材料具有异的抗热震稳定性，否则将造成炉墙开裂，导致严重的热量损耗，甚至威胁到生产。

1 炼厂常见火焰附着砖墙的衬里结构及问题

1.1 火焰附着砖墙的衬里结构

以加氢反应炉辐射室为例，炉膛侧墙下部有火焰附着燃烧的部位，且直接受火焰冲击，与火焰接触的火墙低温度等级至少为1540℃，受火焰冲击的热面层砖墙，其低温度等级至少为1430℃。在选择衬里材料时，综合考虑炉膛内操作状况、火焰的冲刷环境等多种衬里选择条件，附墙火焰部位的向火面常常选择高铝隔热耐火砖，背衬选择陶瓷纤维毯和硅酸钙绝热板(或陶瓷纤维板)等。

1.2 加氢炉附着火焰砖墙裂纹产生原因

当工艺需变温操作时，火焰所附着炉墙的表面温度发生着剧烈的变化，变温操作对耐火材料产生大的热冲击。耐火砖是以Al2O3、SiO2为主要成分的矿物及工业副产品，其形成的主要晶相为莫来石相，另有残余的其他相体。由于不同相体之间的膨胀系数存在差异，在冷热循环过程中会因为膨胀收缩相互牵制从而产生较大的热应力，导致炉墙砖开裂。此外，耐火砖的原料中含有CaO、MgO、Fe2O3等杂质，在高温烧制的过程中与Al2O3、SiO2以玻璃相的形式残留在终产品中。在高温环境中使用时，这些玻璃相会发生软化，使产品发生变形以致开裂。

1.3砖墙裂纹产生外因

根据装置的工艺操作特点，加热炉在操作中热负荷变化巨大，炉墙的温度也随之发生明显变化。以加氢反应进料加热炉为例，设计工况热负荷可达到某工况热负荷的2～3倍。为了适应工艺的要求，燃烧器放热量的调节比一般取5∶1。在热负荷较低时，附墙燃烧的火焰攀附墙体的面积较小，高度降低;反之高度增高。不同工况之间，炉墙的表面平均温度发生着剧烈的变化，普通的高铝隔热耐火砖难于适应这一苛刻的条件，经常表现为裂纹或断裂。某厂加热炉运行了一个周期后发现的炉墙断裂。

1.4 相关标准

高铝耐火砖的选用和采购主要依据现行标准GB3995—2006《高铝质隔热耐火砖标准》，该标准广泛适用于的各行各业。标准中给出了分类型号、常温耐压强度、加热线变化(≤2%)、导热系数(350℃)的要求，但没有给出抗热震稳定性的要求。而在炼厂加热炉内急冷和急热交变的工况下，炉墙砖容易开裂，该标准用在石化加热炉上，技术要求略显缺失。

结语

1)在炼油加热炉中，对于附墙火焰用高铝隔热耐火砖，在选用和采购时除满足现行的标准外，还应附加抗热震稳定性的要求，通过本次工程实践，提出抗热震稳定性>30次以上的技术要求是可行的。

2)通过控制晶相组成、气孔分布、晶粒尺寸和形貌，对耐火砖进行改进，可获得使用温度达到1540℃以上、抗热震稳定性>30次的抗热震轻质耐火砖。

3)加氢装置中的反应进料加热炉多采用卧管双面辐射立式炉。在使用过程中，附着火焰的高铝隔热砖墙温度变化较大，热震稳定性差的砖墙易产生裂纹甚至断裂。

4)工程应用表明，采用本文所述新技术的轻质耐火砖可在火焰附墙燃烧的加氢装置反应炉和焦化加热炉中推广应用。