焦炭塔披掛式保溫局部超溫原因分析及對策

王永譽

(中國石油化工股份有限公司九江分公司，江西 九江 332004)

1 焦炭塔保溫的特點

焦炭塔保溫對焦化裝置的操作和焦炭塔壽命的影響至關重要。根據資料介紹，焦炭塔內介質溫度每降低5.6 ℃，液體收率將下降1.1%，故不少煉油廠都很重視焦炭塔的保溫。同時，對降低能耗，增加企業經濟效益也發揮很大作用［1］。但焦炭塔保溫要滿足某些要求以便適用焦炭塔的工藝和結構特點。

(1)焦炭塔是一種承受低頻熱循環的壓力容器，操作溫度高達450～500 ℃，且周期性變化。其生產工藝要求焦炭塔要在20 h 內完成從常溫至500 ℃的循環升降，溫度的周期性變化，會引發焦炭塔殼體熱脹冷縮的周期性變化。

(2)由于焦化裝置的大型化，焦炭塔的用材已由20g 改為Cr-Mo 鋼。為防止弧坑、咬邊、焊點等形成局部應力集中進而在熱循環條件下成為裂紋源，經過熱處理后的焦炭塔塔壁不允許施焊任何附件，如保溫釘、支持圈等。

(3)焦炭塔運行到一定生產周期可能會出現裂紋缺陷，因此每到裝置停工大修時都要進行適當檢查。除按壓力容器有關規定檢驗外，還需對部分區域做裂紋檢查，所以焦炭塔的保溫結構應能滿足易拆卸和易恢復的要求。

(4)焦炭塔保溫結構必須自成一體，不在塔體上焊接生根，做到不因溫度周期變化而裂開、破損，具有良好的保溫效能［2］。

2 焦炭塔保溫結構及局部超溫現象

2.1 保溫結構及特點

中國石油化工股份有限公司九江分公司(中石化九江分公司)焦化裝置有兩臺焦炭塔，規格為φ8 400 mm×34 100 mm。建成初期，結合焦炭塔保溫的特點，外保溫采用淄博北岳設備防護工程公司的披掛式保溫技術［3］。中石化九江分公司焦炭塔披掛式保溫結構示意圖見圖1，內外背帶示意圖見圖2。

圖1 披掛式保溫結構示意

圖2 內外背帶示意

披掛式保溫結構，通過采用內外背帶組合件承受保溫層及其附件的全部重量，與塔體分離，不直接在塔體上施焊任何附件，完全滿足焦炭塔軸向、徑向熱脹冷縮而保溫層不破損、不失效的要求，保溫層表面溫度不能比周圍大氣溫度高50 ℃以上。

披掛式保溫結構嚴格按國家相關保溫板(氈、毯)材規范施工、布層合理、搭接縫和塞縫填實，有效的防止熱量從保溫層搭接縫處擴散。

為防止透氣和對流損失，在保溫板外面再涂復合硅酸鹽涂料(俗稱海泡石)，保溫板和涂料總保溫厚度通常為120～150 mm。

披掛式保溫層的外表面加裝鋁合金瓦楞板保護板，以防止雨水、除焦水或油污水及風的侵襲。選用鋁合金瓦楞板而不選用常用的鍍鋅板做外保護層，主要有以下原因:

(1)瓦楞板比平板更能適應殼體周向的反復脹縮，減少護板連接處的鋁鉚釘脫落的可能性。

(2)采用鍍鋅板的缺點是，連接用的鋁鉚釘孔易腐蝕(包括鐵板的腐蝕和Fe-Al 的電偶腐蝕)，鋁鉚釘在反復脹縮的影響下易脫落。

(3)鋁合金瓦楞板與鍍鋅鐵皮瓦楞板總造價相差不大。雖然鋁合金瓦楞板的單價是鍍鋅板的3 倍，但鋁的密度約是鍍鋅板的1/3，且用了鋁合金瓦楞板可以省掉外層涂漆作業。

2.2 裙座與錐體連接處保溫

當采用堆焊結構時，裙座與錐體連接處由于焊接應力較大，加上溫差力的影響，當達到一定的操作周期后，該處極易產生裂紋。為了便于檢查，該處的保溫結構應是可拆式的。美國石油學會(API)1996 年至1998 年曾對145 臺焦炭塔作調查，收集到調查報告的40%主張裙座處的保溫應是可拆卸式的，以便于檢查裙座裂紋。

2.3 局部超溫現象

中石化九江分公司兩臺焦炭塔外保溫自2006 年1 月投用到2013 年5 月這段時間里，雖有局部超溫現象，但無大面積超溫嚴重現象，總體保溫效果良好，在中石化系統內屬于保溫效果較好的。2013 年5 月延遲焦化車間發現焦炭塔存在局部超溫現象，機動處立刻組織人員對焦炭塔的21，27，33 和38 m 平臺約100 m2的區域進行熱成像測量，選取表面溫度集中較高的點進行記錄分析，同時對比環境溫度(28 ℃)，找出焦炭塔表面溫度的分布及高溫部位的位置。相關數據記錄見表1 和表2。

表1 焦炭塔東塔溫度現場測量數據

表2 焦炭塔西塔溫度現場測量數據

按照新的標準GB/T 8174—2008《設備及管道絕熱效果的測試和評價》中有關規定，保溫層表面溫度不得大于環境溫度+25 ℃，即28 ℃+25 ℃=53 ℃，而上述表格中所測溫度普遍高于53 ℃，因此按照規范應當進行保溫修復。

那條繁花似錦的寬闊大道果然不見。大道的中間，立著粗礪的水泥墩。它粗暴地從頭延伸到尾，仿佛一個個板著面孔的小矮人，生硬而冷漠地拒絕一切行人橫過馬路。人行橫道線自然也是沒有了。阿東轉了半天，發現果然無奈。所有的路口被封死，主道和輔道全跑汽車。連自行車和三輪車也都沒有了自己可行的路徑。行人過馬路，只能走地下通道。健康人走此路尚且可以，老弱病殘卻委實難行。至于用輪椅的殘障人士，根本就無路可走。阿里推著羅爹爹的確難以順暢抵達東湖。

3 局部超溫原因分析

經現場檢查并查閱資料判定，焦炭塔局部超溫現象主要有以下原因:

(1)從超溫現場來看，焦炭塔表面超溫部位呈環狀分布，焦炭塔保溫材料支撐圈有2.5m 的間距，每層由3 組鋁鎂質保溫棉疊加，通過束緊帶固定，焦炭塔在給水給汽的操作時，塔本體振動較大，從而導致內部雙層硅酸鹽保溫材料向下滑落，保溫效果變得相對較差。

(2)焦炭塔運行伴隨的振動造成部分保溫材料變形，導致保溫材料聯接處縫隙變大;周期性預熱和冷塔交替操作，造成焦炭塔本體周期性的膨脹和收縮，加劇了保溫層內部的擠壓和變形，使得部分保溫材料失效。

(3)焦炭塔表面鋁合金瓦楞板連接失效，存在雨水滲入，造成保溫層內部鋁鎂質吸水，經過焦炭塔近450 ℃高溫烘烤引起鋁鎂質變質，粉化失效。

4 局部超溫對策

針對本次焦炭塔外保溫出現的局部超溫問題，經討論決定升級更換保溫技術方案。

4.1 主要工程

焦炭塔超溫區域鋁合金瓦楞板保護層定點拆除更換，焦炭塔保溫外背帶結構拆除更換，焦炭塔防潮層拆除更換，不銹鋼絲網結構拆除更換，保溫層拆除更換，內背帶結構修復。

4.2 處理步驟

(1)保溫層拆除。①鋁合金瓦楞板拆除→②外背帶拆除→③防水層拆除→④不銹鋼絲網結構拆除→⑤保溫結構拆除。

(2)保溫層安裝。①內背帶結構修復→②保溫結構安裝→③不銹鋼絲網結構安裝→④防水層安裝→⑤外背帶結構安裝→⑥鋁合金瓦楞板結構安裝。

4.3 主要施工方法和技術要求

焦炭塔保溫內外背帶鋼結構采用零件化預制和現場組對焊接的方法，硅酸鋁針刺毯、憎水型復合硅酸鹽棉、鋼絲網運送到現場后做好圍護、遮擋防雨防潮措施。

(1)內背帶結構修復。①首先檢查項圈的牢固性，并進行加固。②檢查支撐板結構的牢固性，并進行加固。③檢查保溫釘的牢固性，并進行追加及加固。④檢查背帶的牢固性，并進行加固。⑤拉簧更換。⑥不銹鋼束緊帶進行束緊。

(2)保溫結構的安裝。①50 mm 硅酸鋁針刺毯鋪設，拼縫，使縫隙控制在2 mm 以內(規范GB50126—2008《工業設備及管道絕熱工程施工規范》要求為不大于5 mm)。②50 mm 憎水型復合硅酸鹽板材分2 層進行鋪設，做到同層錯縫，且縫隙控制在2 mm 以內，上下層壓縫，搭接長度為200 mm。③硅酸鋁針刺氈和憎水型復合硅酸鹽板從支撐板開始，自下而上拼裝，同時各層表面要進行找平和嚴縫處理。

(3)不銹鋼絲網和束緊帶安裝。不銹鋼絲網應緊貼保溫層敷設，接縫處用鋼筋鉤擰花。松動處使用鋼筋鉤處理平整。檢驗合格后使用30 mm×0.5 mm 不銹鋼帶按照間距1.5 m 逐層環向敷設捆扎，并用打包扣鎖緊。

(4)防潮層的安裝。①防潮層施工前應確保保溫層外表面清理干凈、保持干燥、平整均勻，不得有凸角、凹坑等現象。②保溫棉外表面逐層纏繞玻璃絲布，防水劑涂抹結構所采用的玻璃纖維布選用經緯度為10 ×10 根，膠泥涂抹厚度為2～3 mm。③玻璃絲布的環向纏繞搭接寬帶為300 mm。

(4)保護層的安裝。①金屬保護層的材料，采用鋁合金板，厚度δ=0.75 mm;封頭為平板，筒體為瓦楞板。②鋁合金瓦楞板下料，應按設備外形的尺寸進行排版拼樣。應采用機械切割，不得用火焰切割。③設備的絕熱層，其金屬保護層應自下而上進行敷設，預留100 mm 的膨脹量。環向接縫宜采用搭接，尺寸50 mm。縱向接縫搭接尺寸應為一個波谷。④使用抽芯鋁鉚釘固定在背帶上，釘間距為200～400 mm。⑤封頭采用瓜瓣下料。⑥封頭處短管與封頭保溫做好搭接順水處理。

5 實施后效果

對焦炭塔局部超溫區域實施升級更換保溫技術以后，超溫區域溫度顯著下降并達到規范要求。兩臺焦炭塔外保溫局部超溫區域升級更換保溫前后表面最高溫度對比見表3 和表4(環境溫度:20 ℃)。

表3 東塔超溫區域升級保溫前后表面溫度

表4 西塔超溫區域升級保溫前后表面溫度

按照標準GB/T8174—2008《設備及管道絕熱效果的測試和評價》中相關條款的要求，認定表面溫度應不高于環境溫度+25 ℃，即20 ℃+25 ℃=45 ℃。通過表3、表4 可看出，超溫區域保溫升級更換后，表面最高溫度滿足標準要求，達到了設備防護的效果。

6 結束語

焦炭塔披掛式保溫結構是一種為焦炭塔量身打造的較為成功的保溫結構，但由于實際的運行工況的特殊性，仍會出現局部超溫現象，需要我們不斷地從實踐中尋找解決、完善的方法。針對九江分公司兩臺焦炭塔保溫局部超溫的現象，實行的超溫區域保溫升級改造，以較為經濟、合理的方式解決了局部超溫的問題，為企業的降本增效發揮了一定的作用。

［1］孫詩琨，郭敏鐸，李鋒.新型背帶式保溫技術在焦炭塔上的應用［J］.石油化工設備技術，2005，26(3):22-25.

［2］顧一天，賈桂茹，趙現峰，等.焦炭塔的新型保溫結構［J］.石油化工設備技術，2005，26(2):7-9.

［3］沈炳岳，吳諄修，李鎮，等.大型鉻鉬鋼塔器背帶式保溫結構:中國，01243692.1［P］.2002-04-03.