整体模块在石化行业的应用

马际娟

摘 要：继陶瓷纤维折叠模块在国内石化行业成功应用数十年后，随着国外先进产品在国内的不断推广及应用，新产品—整体模块也已在国内石化行业成功推广及普遍认可。它完全颠覆了传统折叠模块的生产工艺，利用精密的针刺设备、吸虑系统和旋转压制、水切成型的理念，将陶瓷纤维棉整体针刺，生产线上完成电脑切割。其均匀性、耐热性和保温效果，完全可以满足石化行业客户对更高热效率隔热方案的需求，是工业窑炉和设备耐火、保温的另外一种好的选择。

关键词：整体模块；绝热均匀；石化行业；炉衬

中图分类号：TP273 文献标识码：A

0.前言

继陶瓷纤维折叠模块在石化行业成功应用数十年后，随着国外先进产品在国内的不断推广及应用，新产品—整体模块也已在国内石化行业成功推广及普遍认可。它完全颠覆了传统折叠模块的生产工艺，利用精密的针刺设备、吸虑系统和旋转压制、水切成型的理念，将陶瓷纤维棉整体针刺，生产线上完成电脑切割。其均匀性、耐热性和保温效果，完全可以满足石化行业客户对更高热效率隔热方案的需求。通过近几年公司对该产品的不断研发及探索，整体模块的性能指标已经达到国际领先水平，目前在国内多家石化行业的制氢转化炉、乙烯裂解炉等高温加热炉上已经成功应用。

1.整体模块介绍

整体模块是由两片整体预制棉坯切割块、通过两根远离热面的、横置于模块中的不锈钢插管连接、固定到专用锚固件上组装而成。通过螺栓螺母将锚固件固定到炉壁板，从而将模块固定。模块的冷面能够紧贴炉壁，完全可以维持结构的完整性和锚固件的支撑性能，如图1所示。

2.整体模块性能独特点

作为一种工业窑炉炉衬的新材料——整体模块，具有6个方向均可压缩，也就是六面具有膨胀性，是一种组装、切割及安装非常快速、简易的产品，即适合大面积平面结构，又利于异型部位的切割安装，使用效果良好的耐火、隔热保温产品。

（1）结构新颖，整体性强。全纤维定型，特殊锚固件固定，六面（前、后、左、右、中心两面）均可压缩、均可膨胀。整体纤维材料，易于切割，并适合现场开口及切槽，是窥视孔、炉管密封件、烧嘴砖等特殊形状的部件最理想的基材，尤其适合应用于拐角等异型部位，如图2所示。

（2）体积密度灵活可控。模块体积密度为128kg/m3～240kg/m3。最高可达240kg/m3，比传统折叠模块高出10%～25%，可减缓高温（1300℃）下纤维的收缩，避免块间缝隙的产生，同时抗气流冲刷能力有所提高。采用整体棉坯制作而成的整体模块，每块的体积密度都完全相同，避免了传统的折叠模块因为折叠数的限制而产生的体积密度差。施工后炉衬更加均匀，保温效果提高。

（3）导热系数小，绝热均匀。相比传统的折叠模块而言，整体模块采用整体纤维棉坯切割而成，工艺决定了纤维三维立体分布，明显比折叠模块纤维毯的层状布棉更加合理，导热系数比折叠模块降低10%～15%。

整体模块安装后从热面到冷面的缝隙要少很多。折叠模块通常有8到10个折叠波，每个折叠波的位置都有可能产生纤维收缩缝，从而造成收缩缝隙和外壳温高受损的隐患。整体纤维模块在每一个独立的组件两侧只有一个接缝，并具有压缩性，产生收缩开口的几率明显降低。

（4）抗风蚀性能强，高温下抗粉化。生产过程中加入一种特别的润滑剂。在高温环境下，这种润滑剂会迅速使整体模块从一种相对柔软、容易压缩的大块结构产生硬化，转化成为一种有相当强度、整体无缝的、类似于木质的块砖结构，从而高温下不粉化，更耐气流冲刷，最高可达40m/s～45m/s（气流速度）。特别适用于耐磨损或撕裂损伤严重拐角、贯通立柱、烟道出口等气流冲刷大、异型的部位。

（5）电脑切割，尺寸精确。传统的折叠模块基本采用手工折叠的方式加工，而整体模块引进国外最先进的电脑绘图切割系统，完全实现了自动切割，加工尺寸公差控制在更小的范围内。

（6）施工维修简便。如采用专用的自动熔接枪，无须画线、焊钉及手工安装等烦琐工序，只要手指扣板机即可熔钉、拧紧螺母和检查每一根螺钉焊接质量，提高了施工和维修效率；如需衬里局部维修时，模块更换方便。

（7）使用寿命长。特殊的安装工具，确保了安装的牢固性；特殊的结构形式，确保了安装时每块模块的压缩比例；整体结构确保了炉衬高温不产生缩放；更延长了炉衬的使用寿命和抗风蚀效果。

（8）使用范围广。整体模块由高纯度的原材料制造而成，分为中温级纤维（氧化铝—氧化硅）、高温级纤维（氧化铝—氧化硅—氧化锆）。可满足热工设备从600℃至1350℃不同温度档次的保温隔热使用要求。

3.整体模块在石化行业应用

随着国内节能减排各项政策的出台，石化行业也陆续展开新型节能炉衬的设计及选用，考虑以节能降耗为理念，将外壁平均温度要求从传统的小于80℃降到75℃（或70℃）以下。其中在陶瓷纤维模块衬里的基础上，引入导热系数更小的保温材料——整体模块，组合成新型的陶瓷纤维复合衬里就是其中的一项关键措施。国内石化行业的设计院对整体模块也比较认可。目前整体模块，已经连续成功应用在国内石化行业的多种加热炉作为衬里材料使用。

（1）石化加热炉拐角部位应用。拐角部位为炉内烟气最为集中的部位，温度不低于炉膛温度，并且高温气流冲刷严重。为满足该部位保温及结构整体性和耐风蚀等要求，衬里结构推荐采用整体模块，结构优势如下：

①形拐角结构新型锚固件固定，整体性强，结构牢固，如图3所示。

②将整体模块拐角部位加工成半圆弧形，以便降低对烟气的阻力。

③当润滑剂烧除后，整体模块变硬，并使炉衬几乎成为一个整体结构，大大提高衬里抗气流冲刷能力。

（2）在石化行业整台加热炉衬里上的应用。整体模块属于陶瓷纤维棉坯制作，其导热系数比传统的折叠模块小很多，作为整台炉子的炉衬使用，正是选用其导热系数小的优势，对于降低炉体外壁温度能起到很好的作用。采用整体模块与采用传统的折叠模块的全纤维炉衬相比，外壁温度能降低4℃～6℃。

整体模块已经在国内某大型制氢转化炉上实现了全炉应用的实例，如图4所示。该项目也属于国内全整体模块的第一个应用业绩，这是整体模块作为整体模块在推广应用上的重大里程碑。

（3）在石化加热炉看火孔部位应用。石化行业加热炉，看火孔结构通常为倒四棱台型，以便于观察炉内加热物料的加热程度。多年来，看火孔一直停留在耐火砖、浇注料预制块、真空成型块等重质材料的原始结构上，并在一定时期起到了不同的作用。但传统结构的看火孔抗热震性差、与四周纤维衬里连接易出现贯通缝及保温效果差等一直无法解决。

在充分了解看火孔外形结构、使用工艺、所处环境的气氛和特征的基础上，结合整体模块所具有的特点和性能，将看火孔结构确定为纤维毯平铺和模块的复合结构。复合结构具有很好的温度等级梯度，能更好地降低看火孔外侧钢板的表面温度，延长炉衬的使用寿命。

（4）在石化加热炉烧嘴部位应用。目前在石化行业加热炉的侧壁和炉顶烧嘴砖普遍存在体积密度大，使用寿命短，散热损失高等一系列问题，成为制约石化加热炉衬里寿命和节能降耗的薄弱环节，市场上需要一种更加轻质高效节能的新型材料取代原先的重质烧嘴砖。

烧嘴块由容重240kg/m3的整体模块组成，中间安装烧嘴管挖出一个孔，孔周边与纤维走向垂直。孔内套用一个真空成型圆环套。模块与真空成型圆环套可选择不同温度等级和规格尺寸。这种烧嘴块，具有重量轻、隔热、抗热冲击等特点。

结语

目前国内生产的整体模块已经达到国际公司产品性能。整体模块的性能指标已经达到国际领先水平，整体模块凭借导热系数小、整体性好、抗风蚀性好等优点，在国内多家石化行业的制氢转化炉、乙烯裂解炉等高温加热炉上已经成功应用。为国内石化行业工业窑炉定制化的工程解决方案提供了新的选择，满足了客户更高热效率隔热方案的需求，进而可以帮助终端用户在降低经营成本的同时提高生产效率。

与此同时，整体模块的问世及成功应用，也从另一面表明国内陶瓷纤维行业不断成熟发展创新的决心和力度，为陶瓷纤维行业的革新和发展、为工业窑炉节能和降耗工程的推进、为国家的环保和减排政策提供了新的力量。

参考文献

[1] SHT 3128-2002，一般炼油装置火焰加热炉陶瓷纤维衬里[S].