焦炭塔披挂式保温局部超温原因分析及对策

王永誉

(中国石油化工股份有限公司九江分公司，江西 九江 332004)

1 焦炭塔保温的特点

焦炭塔保温对焦化装置的操作和焦炭塔寿命的影响至关重要。根据资料介绍，焦炭塔内介质温度每降低5.6 ℃，液体收率将下降1.1%，故不少炼油厂都很重视焦炭塔的保温。同时，对降低能耗，增加企业经济效益也发挥很大作用［1］。但焦炭塔保温要满足某些要求以便适用焦炭塔的工艺和结构特点。

(1)焦炭塔是一种承受低频热循环的压力容器，操作温度高达450～500 ℃，且周期性变化。其生产工艺要求焦炭塔要在20 h 内完成从常温至500 ℃的循环升降，温度的周期性变化，会引发焦炭塔壳体热胀冷缩的周期性变化。

(2)由于焦化装置的大型化，焦炭塔的用材已由20g 改为Cr-Mo 钢。为防止弧坑、咬边、焊点等形成局部应力集中进而在热循环条件下成为裂纹源，经过热处理后的焦炭塔塔壁不允许施焊任何附件，如保温钉、支持圈等。

(3)焦炭塔运行到一定生产周期可能会出现裂纹缺陷，因此每到装置停工大修时都要进行适当检查。除按压力容器有关规定检验外，还需对部分区域做裂纹检查，所以焦炭塔的保温结构应能满足易拆卸和易恢复的要求。

(4)焦炭塔保温结构必须自成一体，不在塔体上焊接生根，做到不因温度周期变化而裂开、破损，具有良好的保温效能［2］。

2 焦炭塔保温结构及局部超温现象

2.1 保温结构及特点

中国石油化工股份有限公司九江分公司(中石化九江分公司)焦化装置有两台焦炭塔，规格为φ8 400 mm×34 100 mm。建成初期，结合焦炭塔保温的特点，外保温采用淄博北岳设备防护工程公司的披挂式保温技术［3］。中石化九江分公司焦炭塔披挂式保温结构示意图见图1，内外背带示意图见图2。

图1 披挂式保温结构示意

图2 内外背带示意

披挂式保温结构，通过采用内外背带组合件承受保温层及其附件的全部重量，与塔体分离，不直接在塔体上施焊任何附件，完全满足焦炭塔轴向、径向热胀冷缩而保温层不破损、不失效的要求，保温层表面温度不能比周围大气温度高50 ℃以上。

披挂式保温结构严格按国家相关保温板(毡、毯)材规范施工、布层合理、搭接缝和塞缝填实，有效的防止热量从保温层搭接缝处扩散。

为防止透气和对流损失，在保温板外面再涂复合硅酸盐涂料(俗称海泡石)，保温板和涂料总保温厚度通常为120～150 mm。

披挂式保温层的外表面加装铝合金瓦楞板保护板，以防止雨水、除焦水或油污水及风的侵袭。选用铝合金瓦楞板而不选用常用的镀锌板做外保护层，主要有以下原因:

(1)瓦楞板比平板更能适应壳体周向的反复胀缩，减少护板连接处的铝铆钉脱落的可能性。

(2)采用镀锌板的缺点是，连接用的铝铆钉孔易腐蚀(包括铁板的腐蚀和Fe-Al 的电偶腐蚀)，铝铆钉在反复胀缩的影响下易脱落。

(3)铝合金瓦楞板与镀锌铁皮瓦楞板总造价相差不大。虽然铝合金瓦楞板的单价是镀锌板的3 倍，但铝的密度约是镀锌板的1/3，且用了铝合金瓦楞板可以省掉外层涂漆作业。

2.2 裙座与锥体连接处保温

当采用堆焊结构时，裙座与锥体连接处由于焊接应力较大，加上温差力的影响，当达到一定的操作周期后，该处极易产生裂纹。为了便于检查，该处的保温结构应是可拆式的。美国石油学会(API)1996 年至1998 年曾对145 台焦炭塔作调查，收集到调查报告的40%主张裙座处的保温应是可拆卸式的，以便于检查裙座裂纹。

2.3 局部超温现象

中石化九江分公司两台焦炭塔外保温自2006 年1 月投用到2013 年5 月这段时间里，虽有局部超温现象，但无大面积超温严重现象，总体保温效果良好，在中石化系统内属于保温效果较好的。2013 年5 月延迟焦化车间发现焦炭塔存在局部超温现象，机动处立刻组织人员对焦炭塔的21，27，33 和38 m 平台约100 m2的区域进行热成像测量，选取表面温度集中较高的点进行记录分析，同时对比环境温度(28 ℃)，找出焦炭塔表面温度的分布及高温部位的位置。相关数据记录见表1 和表2。

表1 焦炭塔东塔温度现场测量数据

表2 焦炭塔西塔温度现场测量数据

按照新的标准GB/T 8174—2008《设备及管道绝热效果的测试和评价》中有关规定，保温层表面温度不得大于环境温度+25 ℃，即28 ℃+25 ℃=53 ℃，而上述表格中所测温度普遍高于53 ℃，因此按照规范应当进行保温修复。

那条繁花似锦的宽阔大道果然不见。大道的中间，立着粗砺的水泥墩。它粗暴地从头延伸到尾，仿佛一个个板着面孔的小矮人，生硬而冷漠地拒绝一切行人横过马路。人行横道线自然也是没有了。阿东转了半天，发现果然无奈。所有的路口被封死，主道和辅道全跑汽车。连自行车和三轮车也都没有了自己可行的路径。行人过马路，只能走地下通道。健康人走此路尚且可以，老弱病残却委实难行。至于用轮椅的残障人士，根本就无路可走。阿里推着罗爹爹的确难以顺畅抵达东湖。

3 局部超温原因分析

经现场检查并查阅资料判定，焦炭塔局部超温现象主要有以下原因:

(1)从超温现场来看，焦炭塔表面超温部位呈环状分布，焦炭塔保温材料支撑圈有2.5m 的间距，每层由3 组铝镁质保温棉叠加，通过束紧带固定，焦炭塔在给水给汽的操作时，塔本体振动较大，从而导致内部双层硅酸盐保温材料向下滑落，保温效果变得相对较差。

(2)焦炭塔运行伴随的振动造成部分保温材料变形，导致保温材料联接处缝隙变大;周期性预热和冷塔交替操作，造成焦炭塔本体周期性的膨胀和收缩，加剧了保温层内部的挤压和变形，使得部分保温材料失效。

(3)焦炭塔表面铝合金瓦楞板连接失效，存在雨水渗入，造成保温层内部铝镁质吸水，经过焦炭塔近450 ℃高温烘烤引起铝镁质变质，粉化失效。

4 局部超温对策

针对本次焦炭塔外保温出现的局部超温问题，经讨论决定升级更换保温技术方案。

4.1 主要工程

焦炭塔超温区域铝合金瓦楞板保护层定点拆除更换，焦炭塔保温外背带结构拆除更换，焦炭塔防潮层拆除更换，不锈钢丝网结构拆除更换，保温层拆除更换，内背带结构修复。

4.2 处理步骤

(1)保温层拆除。①铝合金瓦楞板拆除→②外背带拆除→③防水层拆除→④不锈钢丝网结构拆除→⑤保温结构拆除。

(2)保温层安装。①内背带结构修复→②保温结构安装→③不锈钢丝网结构安装→④防水层安装→⑤外背带结构安装→⑥铝合金瓦楞板结构安装。

4.3 主要施工方法和技术要求

焦炭塔保温内外背带钢结构采用零件化预制和现场组对焊接的方法，硅酸铝针刺毯、憎水型复合硅酸盐棉、钢丝网运送到现场后做好围护、遮挡防雨防潮措施。

(1)内背带结构修复。①首先检查项圈的牢固性，并进行加固。②检查支撑板结构的牢固性，并进行加固。③检查保温钉的牢固性，并进行追加及加固。④检查背带的牢固性，并进行加固。⑤拉簧更换。⑥不锈钢束紧带进行束紧。

(2)保温结构的安装。①50 mm 硅酸铝针刺毯铺设，拼缝，使缝隙控制在2 mm 以内(规范GB50126—2008《工业设备及管道绝热工程施工规范》要求为不大于5 mm)。②50 mm 憎水型复合硅酸盐板材分2 层进行铺设，做到同层错缝，且缝隙控制在2 mm 以内，上下层压缝，搭接长度为200 mm。③硅酸铝针刺毡和憎水型复合硅酸盐板从支撑板开始，自下而上拼装，同时各层表面要进行找平和严缝处理。

(3)不锈钢丝网和束紧带安装。不锈钢丝网应紧贴保温层敷设，接缝处用钢筋钩拧花。松动处使用钢筋钩处理平整。检验合格后使用30 mm×0.5 mm 不锈钢带按照间距1.5 m 逐层环向敷设捆扎，并用打包扣锁紧。

(4)防潮层的安装。①防潮层施工前应确保保温层外表面清理干净、保持干燥、平整均匀，不得有凸角、凹坑等现象。②保温棉外表面逐层缠绕玻璃丝布，防水剂涂抹结构所采用的玻璃纤维布选用经纬度为10 ×10 根，胶泥涂抹厚度为2～3 mm。③玻璃丝布的环向缠绕搭接宽带为300 mm。

(4)保护层的安装。①金属保护层的材料，采用铝合金板，厚度δ=0.75 mm;封头为平板，筒体为瓦楞板。②铝合金瓦楞板下料，应按设备外形的尺寸进行排版拼样。应采用机械切割，不得用火焰切割。③设备的绝热层，其金属保护层应自下而上进行敷设，预留100 mm 的膨胀量。环向接缝宜采用搭接，尺寸50 mm。纵向接缝搭接尺寸应为一个波谷。④使用抽芯铝铆钉固定在背带上，钉间距为200～400 mm。⑤封头采用瓜瓣下料。⑥封头处短管与封头保温做好搭接顺水处理。

5 实施后效果

对焦炭塔局部超温区域实施升级更换保温技术以后，超温区域温度显著下降并达到规范要求。两台焦炭塔外保温局部超温区域升级更换保温前后表面最高温度对比见表3 和表4(环境温度:20 ℃)。

表3 东塔超温区域升级保温前后表面温度

表4 西塔超温区域升级保温前后表面温度

按照标准GB/T8174—2008《设备及管道绝热效果的测试和评价》中相关条款的要求，认定表面温度应不高于环境温度+25 ℃，即20 ℃+25 ℃=45 ℃。通过表3、表4 可看出，超温区域保温升级更换后，表面最高温度满足标准要求，达到了设备防护的效果。

6 结束语

焦炭塔披挂式保温结构是一种为焦炭塔量身打造的较为成功的保温结构，但由于实际的运行工况的特殊性，仍会出现局部超温现象，需要我们不断地从实践中寻找解决、完善的方法。针对九江分公司两台焦炭塔保温局部超温的现象，实行的超温区域保温升级改造，以较为经济、合理的方式解决了局部超温的问题，为企业的降本增效发挥了一定的作用。

［1］孙诗琨，郭敏铎，李锋.新型背带式保温技术在焦炭塔上的应用［J］.石油化工设备技术，2005，26(3):22-25.

［2］顾一天，贾桂茹，赵现峰，等.焦炭塔的新型保温结构［J］.石油化工设备技术，2005，26(2):7-9.

［3］沈炳岳，吴谆修，李镇，等.大型铬钼钢塔器背带式保温结构:中国，01243692.1［P］.2002-04-03.