提高熄焦襯板使用壽命的途徑

門曉亮(承德中灤煤化工有限公司)

當(dāng)前我國(guó)焦化廠主要使用干法熄焦工藝進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)干熄焦在生產(chǎn)中熄焦襯板是重要的使用部件，它貫穿著整個(gè)熄焦生產(chǎn)過程。當(dāng)焦碳出爐時(shí)焦碳溫度會(huì)達(dá)到1100℃，焦碳通過牽引和提升運(yùn)送到熄焦?fàn)t頂部，在這一期間焦罐中的熄焦襯板起到保護(hù)焦罐的作用，所以提高熄焦襯板使用壽命是提高焦罐運(yùn)行效率的基本保證。

一、熄焦襯板的工作狀態(tài)

焦罐主要由結(jié)構(gòu)骨架和襯板組合而成，襯板的主要功能是保證焦碳密封和焦罐結(jié)構(gòu)不被燒壞，所以襯板要保證很強(qiáng)的耐高溫性，在實(shí)際使用的過程中焦罐倒錐部的襯板容易損壞，提高焦罐倒錐部的耐熱應(yīng)力是保證襯板使用壽命的基礎(chǔ)。襯板處于高溫狀態(tài)下時(shí)會(huì)承受大量的熱應(yīng)力，對(duì)溫度場(chǎng)的分析很重要，焦罐在儲(chǔ)焦的過程中溫度在逐漸升高，而襯板的溫度變化則處于一個(gè)瞬間變換的過程。

二、焦罐熄焦襯板常見的問題

熄焦襯板在冷、熱差別較大的環(huán)境下會(huì)出現(xiàn)開裂和變形，造成焦罐的四角內(nèi)部出現(xiàn)損壞，同時(shí)在焦罐的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變形(橫梁、吊耳拉環(huán))。焦罐在固定中也存在較大缺陷，焦罐通常有一個(gè)固定點(diǎn)，這就使連接螺栓和螺母容易出現(xiàn)燒損、融化變形，這些因素會(huì)加劇熄焦襯板損壞。焦罐在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生多種荷載，主要來(lái)自焦炭自重、罐體運(yùn)行、內(nèi)外溫差等方面，這些因素需要通過不同的方法進(jìn)行控制，目前增強(qiáng)焦罐熄焦襯板的主要研究方面是針對(duì)溫差、材質(zhì)方面的研究。

三、溫差對(duì)焦罐結(jié)構(gòu)的影響

在常年高溫環(huán)境下容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)部件的熱疲勞現(xiàn)象，這是由于內(nèi)部所承受的熱應(yīng)力不恒定，隨時(shí)發(fā)生變化所造成的，當(dāng)材料在不同溫差下就會(huì)產(chǎn)生彈性形變的過程，這種變化在經(jīng)過積累就會(huì)形成一種勞損，這就是熱疲勞。在焦罐內(nèi)這種熱疲勞現(xiàn)象是循環(huán)發(fā)生的，熱循環(huán)的最高溫度和最低溫度差別越大，材料強(qiáng)度降低效果就越明顯。例如罐體內(nèi)的框架材料為Q235鋼材，這種材料在長(zhǎng)時(shí)間的500℃溫度中的持久性和熱疲勞效果很明顯。同時(shí)當(dāng)焦炭進(jìn)入罐體內(nèi)時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的自重，這就使結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力不斷加大。由于是熄焦襯板在經(jīng)過彎折后會(huì)被逐漸的釋放最后形成了疲勞開裂。

四、熄焦襯板的改造途徑

首先在材料選擇上要進(jìn)行材料改進(jìn)，建議采用新一號(hào)鋼材作為主體材料，新一號(hào)鋼的機(jī)械性能很強(qiáng)，尤其在耐磨損、耐脆熱、耐高溫、耐腐蝕、脆冷、抗氧化合金鋼鑄件等性能都要比普通材料性質(zhì)高出很多。在針對(duì)熄焦襯板可以使用雙螺栓進(jìn)行改造固定，螺栓和螺母在連接完成要使用電焊焊死，建議螺栓和螺母都使用新一號(hào)鋼材制造。在進(jìn)行襯板改造時(shí)要做到外框架和罐體同時(shí)改造，另外可以在襯板下部和罐體框架間進(jìn)行加陶，通常采用15毫米厚的陶瓷纖維墊(耐熱1250℃2以上)并且使用高溫凝結(jié)劑進(jìn)行粘接。

其次高性能鋼材能適應(yīng)各種環(huán)境，尤其可以根據(jù)不同的環(huán)境進(jìn)行操作性調(diào)整，罐體內(nèi)框架、外框架都不要低于Q235-A的鋼材進(jìn)行焊接。襯板四角開裂問題也是影響鋼材使用壽命的主要因素之一，所以新的襯板可以使用熱彎型鋼代替軋制角鋼，這樣不僅能夠提高材質(zhì)的耐熱性還可以根據(jù)不同材料參數(shù)的抗彎模量、材料的高溫強(qiáng)度，來(lái)進(jìn)行減輕襯板局部受力的改造。針對(duì)框架的局部變形可以使用增加框架數(shù)量的，可以將單排角鋼設(shè)計(jì)改為雙排設(shè)計(jì)，通過增加截面的方法提高截面的抗彎模量，使罐體的剛性可以得到增強(qiáng)。

最后解決焦罐的偏載問題也是延長(zhǎng)襯板使用壽命的有效手段，我們可以通過通過改進(jìn)推焦機(jī)，加大了罐口的尺寸，使問題得到了改善。以上改進(jìn)措施通過生產(chǎn)實(shí)踐，取得了一定效果，延長(zhǎng)了焦罐的使用壽命，使焦罐壽命由投產(chǎn)開始的不到1年提高到改造后的2—5年以上。但是，還存在一些問題，建議今后進(jìn)行以下內(nèi)容的改造：

由于造成焦罐損壞的原因主要是熱應(yīng)力，因此應(yīng)多考慮提高材料的高溫機(jī)械性能。還應(yīng)考慮焦罐圍護(hù)結(jié)構(gòu)——村板的保護(hù)性能，即增大襯板熱阻，選用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料，以降低焦罐結(jié)構(gòu)的工作溫度，提高結(jié)構(gòu)疲勞極限。改進(jìn)焦罐的結(jié)構(gòu)，將現(xiàn)在的由四角部角鋼聯(lián)接，改為封閉框架結(jié)構(gòu)型式，同時(shí)將方架梁的截面由J型梁改為H型截面。這樣，材料在相同截面下每米重量可由38.86kg減為35.88k(減少約3kg)，而截面慣性矩由1.57×107mm4提高到2.033x107mm 4，提高約29%；截面矩由182176mm3提高到192666mm 3，提高約6%。即在同樣載荷下，將梁的最大應(yīng)力減少6%，而剛性可提高29%。

五、提高熄焦襯板使用壽命的具體做法

XX焦化廠焦?fàn)t型號(hào)為JN 60型干焦產(chǎn)量為110萬(wàn)噸。罐內(nèi)溫度一般在1000攝氏度左右，這使罐內(nèi)熄焦襯板發(fā)生破裂和卷邊的現(xiàn)象同時(shí)襯板后部的框架結(jié)構(gòu)上掛鉤在爐體工作時(shí)容易脫落，同時(shí)因?yàn)橄ń拱迤茡p出現(xiàn)整體脫落，嚴(yán)重影響了熄焦系統(tǒng)的正常運(yùn)行，使排焦出現(xiàn)故障問題。經(jīng)過以上分析我們決定對(duì)熄焦襯板進(jìn)行改造，首先在襯板安裝上進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，在原掛鉤的位置添加兩根螺栓，在利用白鋼墊板進(jìn)行加固最后使用15Hm的螺拴將墊片和襯板同時(shí)固定在焦罐上，通過改造我們發(fā)現(xiàn)襯板的使用壽命被大幅度延長(zhǎng)，同時(shí)在檢修的過程中可以對(duì)其他固定螺栓進(jìn)行全面的檢查，使墊板發(fā)生碎裂、卷邊等狀況也不會(huì)出現(xiàn)脫落。

結(jié)束語(yǔ)

干熄焦罐在工作中承受了巨大的熱荷載，尤其是熄焦襯板處于易損的狀態(tài)下，延長(zhǎng)襯板的壽命，可以降低生產(chǎn)成本提高焦罐的工作效率，盡量做到熄焦生產(chǎn)環(huán)節(jié)污染物的零排放，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、增效的目的。

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