提高熄焦衬板使用寿命的途径

2022-09-12

当前我国焦化厂主要使用干法熄焦工艺进行生产, 同时干熄焦在生产中熄焦衬板是重要的使用部件, 它贯穿着整个熄焦生产过程。当焦碳出炉时焦碳温度会达到1100℃, 焦碳通过牵引和提升运送到熄焦炉顶部, 在这一期间焦罐中的熄焦衬板起到保护焦罐的作用, 所以提高熄焦衬板使用寿命是提高焦罐运行效率的基本保证。

一、熄焦衬板的工作状态

焦罐主要由结构骨架和衬板组合而成, 衬板的主要功能是保证焦碳密封和焦罐结构不被烧坏, 所以衬板要保证很强的耐高温性, 在实际使用的过程中焦罐倒锥部的衬板容易损坏, 提高焦罐倒锥部的耐热应力是保证衬板使用寿命的基础。衬板处于高温状态下时会承受大量的热应力, 对温度场的分析很重要, 焦罐在储焦的过程中温度在逐渐升高, 而衬板的温度变化则处于一个瞬间变换的过程。

二、焦罐熄焦衬板常见的问题

熄焦衬板在冷、热差别较大的环境下会出现开裂和变形, 造成焦罐的四角内部出现损坏, 同时在焦罐的内部结构也会发生变形 (横梁、吊耳拉环) 。焦罐在固定中也存在较大缺陷, 焦罐通常有一个固定点, 这就使连接螺栓和螺母容易出现烧损、融化变形, 这些因素会加剧熄焦衬板损坏。焦罐在运行中会产生多种荷载, 主要来自焦炭自重、罐体运行、内外温差等方面, 这些因素需要通过不同的方法进行控制, 目前增强焦罐熄焦衬板的主要研究方面是针对温差、材质方面的研究。

三、温差对焦罐结构的影响

在常年高温环境下容易产生结构部件的热疲劳现象, 这是由于内部所承受的热应力不恒定, 随时发生变化所造成的, 当材料在不同温差下就会产生弹性形变的过程, 这种变化在经过积累就会形成一种劳损, 这就是热疲劳。在焦罐内这种热疲劳现象是循环发生的, 热循环的最高温度和最低温度差别越大, 材料强度降低效果就越明显。例如罐体内的框架材料为Q235钢材, 这种材料在长时间的500℃温度中的持久性和热疲劳效果很明显。同时当焦炭进入罐体内时会产生很大的自重, 这就使结构件的应力不断加大。由于是熄焦衬板在经过弯折后会被逐渐的释放最后形成了疲劳开裂。

四、熄焦衬板的改造途径

首先在材料选择上要进行材料改进, 建议采用新一号钢材作为主体材料, 新一号钢的机械性能很强, 尤其在耐磨损、耐脆热、耐高温、耐腐蚀、脆冷、抗氧化合金钢铸件等性能都要比普通材料性质高出很多。在针对熄焦衬板可以使用双螺栓进行改造固定, 螺栓和螺母在连接完成要使用电焊焊死, 建议螺栓和螺母都使用新一号钢材制造。在进行衬板改造时要做到外框架和罐体同时改造, 另外可以在衬板下部和罐体框架间进行加陶, 通常采用15毫米厚的陶瓷纤维垫 (耐热1250℃2以上) 并且使用高温凝结剂进行粘接。

其次高性能钢材能适应各种环境, 尤其可以根据不同的环境进行操作性调整, 罐体内框架、外框架都不要低于Q235-A的钢材进行焊接。衬板四角开裂问题也是影响钢材使用寿命的主要因素之一, 所以新的衬板可以使用热弯型钢代替轧制角钢, 这样不仅能够提高材质的耐热性还可以根据不同材料参数的抗弯模量、材料的高温强度, 来进行减轻衬板局部受力的改造。针对框架的局部变形可以使用增加框架数量的, 可以将单排角钢设计改为双排设计, 通过增加截面的方法提高截面的抗弯模量, 使罐体的刚性可以得到增强。

最后解决焦罐的偏载问题也是延长衬板使用寿命的有效手段, 我们可以通过通过改进推焦机, 加大了罐口的尺寸, 使问题得到了改善。以上改进措施通过生产实践, 取得了一定效果, 延长了焦罐的使用寿命, 使焦罐寿命由投产开始的不到1年提高到改造后的2—5年以上。但是, 还存在一些问题, 建议今后进行以下内容的改造:

由于造成焦罐损坏的原因主要是热应力, 因此应多考虑提高材料的高温机械性能。还应考虑焦罐围护结构———村板的保护性能, 即增大衬板热阻, 选用导热系数低的材料, 以降低焦罐结构的工作温度, 提高结构疲劳极限。改进焦罐的结构, 将现在的由四角部角钢联接, 改为封闭框架结构型式, 同时将方架梁的截面由J型梁改为H型截面。这样, 材料在相同截面下每米重量可由38.86k g减为35.88k (减少约3k g) , 而截面惯性矩由1.57×107mm4提高到2.033x 107mm 4, 提高约29%;截面矩由182176mm3提高到192666mm 3, 提高约6%。即在同样载荷下, 将梁的最大应力减少6%, 而刚性可提高29%。

五、提高熄焦衬板使用寿命的具体做法

XX焦化厂焦炉型号为JN60型干焦产量为110万吨。罐内温度一般在1000摄氏度左右, 这使罐内熄焦衬板发生破裂和卷边的现象同时衬板后部的框架结构上挂钩在炉体工作时容易脱落, 同时因为熄焦板破损出现整体脱落, 严重影响了熄焦系统的正常运行, 使排焦出现故障问题。经过以上分析我们决定对熄焦衬板进行改造, 首先在衬板安装上进行结构改造, 在原挂钩的位置添加两根螺栓, 在利用白钢垫板进行加固最后使用15Hm的螺拴将垫片和衬板同时固定在焦罐上, 通过改造我们发现衬板的使用寿命被大幅度延长, 同时在检修的过程中可以对其他固定螺栓进行全面的检查, 使垫板发生碎裂、卷边等状况也不会出现脱落。