摘 要：文章针对焦炭塔披挂式其保温的结构和特点,结合某企业焦炭塔(C2101/2)现场保温整体下沉的现象,通过现场实际检查和红外扫描分析得出其保温普遍超温的原因,并提出了相应的解决措施。同时,还对焦炭塔披挂式保温安装施工全套工艺流程的有关技术进行了分析和探讨。采用改进后的实施工程技术对该塔保温进行折除、更换后,超温现象得到了有效治理,保障了焦炭塔系统长周期、高效、安全、平稳运行。该案例可为焦炭塔披挂式保温实施工程质量的提升提供参考。
某石化企业有焦炭塔两台(C2101/2),为装置的关键设备,规格为φ8 800 mm×38 764 mm,容积1 907 m3,总质量2 647 267 kg,操作介质为渣油、油气、焦炭、冷焦水。焦炭塔外部保温采用整体披挂背带式。该塔工艺条件苛刻,操作工况复杂,温度从环境和温度升至495 ℃再降到常温,变化范围大且频繁。经计算,焦炭塔内温度达到495 ℃时,纵向膨胀量为150～200 mm,横向膨胀量为53～60 mm。焦炭塔的生产的基本工艺对其保温的要求比较高,而焦炭塔本体经过热处理后,塔体本身不能再进行任何焊接操作。因此,其保温安装实施工程技术对实施工程质量的影响十分显著,直接决定着焦炭塔的保温效果和热能耗损失,甚至影响其使用寿命。
焦炭塔保温采用披挂式保温技术,塔体无保温钉、无任何焊接点。披挂式保温与结构包括内背带、保温层、补强层、整形层、防水层、外背带和外观层。其中,内背带由钢圈、纵向钢带、支撑圈、保温钉和卡簧等组成,外背带由钢圈、纵向钢带、横向围带、拉簧、固定钩和保温支撑板组成。内、外背带承受保温层及其附件的全部总重,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、径向热胀冷缩要求。保温层、补强层、整形层和防水层在内、外背带之间,最外层为外观层【1-2】,如图1所示。
2020年初发现焦炭塔(C2101/2)保温存在整体下沉、开裂等现象,同时经过现场红外扫描检测发现都会存在超温现象,如图2(a)～图2(b)所示。每个平台上东西南北四个方位的红外测温结果如表1所示。
按照GB/T 8174—2008《设备及管道绝热效果的测试和评价》的规定,保温层表面温度小于环境和温度+25 ℃,取环境和温度27 ℃,即保温层温度不允许超出25 ℃+27 ℃=53 ℃。经过现场实际测量,保温层温度普遍高于53 ℃,因此按照标准应对该焦炭塔保温来更换【3】。
经现场检查、红外扫描和查阅资料分析认为,焦炭塔C2101/2保温普遍超温现象主要有以下原因:
1) 从现场检查情况去看,外观层铝合金瓦楞板在焦炭塔8层、7层、5层、4层的保温层都会存在连接失效问题,导致雨水渗入,长时间渗水使得防水层逐渐失效,保温层硅酸铝纤维保温毯和憎水型复合硅酸盐板不断吸水,再经过生焦期间塔体500 ℃高温烘烤,导致铝保温材料内部镁质变质,粉化失效【4-5】。
2) 从红外扫描结果来看,表面超温部位呈环状分布。该塔保温自2006年安装,已使用14年,鉴于披挂式保温与结构的特点,以及焦炭塔在长时间运行期间存在的塔体振动和变形、周期性的膨胀和收缩等现象,导致内部双层硅酸盐保温材料整体下沉,保温效果变得相对较差。
由此可见,外观层的连接失效、保温层内部材质变质、保温层材料整体下沉是导致焦炭塔保温都会存在超温现象的原因。
2021装置大检修期间,将焦炭塔(C2101/2)保温整体进行拆卸,塔外面搭拆满堂红脚手架,由外至内逐步进行拆卸,如图3所示。
将预制好的保温内支撑根据现场情况做组装。首先将28根内背带沿塔顶顺下至塔底裙座,塔顶用2套φ40 mm钢圈把28根内背带连接扣紧;28根背带等分后焊接,搭接长度为30 mm以上。支撑圈沿纵向均匀分布,间距为2 450 mm,紧靠塔壁。支撑圈之间用卡簧连接,使整个内保温支撑连为一体,每层支撑圈用不锈钢带束紧。内保温支撑每间隔500 mm交叉焊接“u”形保温钉和“异形”保温钉。保温钉采用三点式焊接在内背带上,锥体内保温支撑焊接在裙座内的热腔板和锥体底下的保温支撑板上,紧贴锥体外壁,背带上每间隔500 mm交叉焊接“u”形和“异形”组合保温钉【6】。保温内支撑安装见图4。
保温层采用硅酸铝纤维保温毯和憎水型复合硅酸盐板,总厚度150 mm,包括1层厚度为50 mm 的耐火纤维针刺毯和2层厚度为50 mm的憎水性复合硅酸盐板材。每层之间用高温粘合剂粘贴,第一层为横板,第二层为竖板,第三层为竖板,同层错缝,上下层压缝,各层应均匀连续,层间不得有缺角现象。保温层对接缝隙应进行严缝处理,采用同一种材料填缝。保温材料紧贴焦炭塔本体,每层保温材料应用镀锌铁丝捆扎2道。保温层的安装见图5(a)。
补强层采取不锈钢龟甲网裹紧保温材料,每间隔1 000 mm从下至上均匀捆扎不锈钢束紧带1道,并打好包扣。每间隔500 mm均匀捆扎镀锌铁丝1道。不锈钢龟甲网接口搭接处尺寸为30～50 mm,并用钢筋钩拧紧。补强层的安装见图5(b)。
整型层采用硅酸盐涂料,依附补强层增加附着挂靠力。涂料应涂抹均匀,以保证圆弧度和光滑度。整型层可以使保温层和补强层施工完成后的保温缝隙填满,逐渐增强保温效果。整型层的安装见图5(c)。
防水层采用高分子防水涂料,可大大降低雨水对焦炭塔保温的侵蚀。施工全套工艺流程先缠绕玻璃丝布2道,然后再均匀喷涂高分子防水涂料。玻璃丝布上、下搭接100 mm。封头部分的玻璃丝布从上向下粘接,并与筒体玻璃丝布搭接100 mm。高分子防水涂料喷涂晾干后,若喷涂防水效果不理想,可再进行1遍喷涂,直至达到理想的防水效果为止。防水层示意见图6。
将预制好的保温外支撑及构件做组装,其32根纵向背带上端与φ36 mm钢圈相连;钢圈挂在塔口上,下端用拉簧与安装在保温支撑板上的固定钩相连,确保保温整体结构跟随塔体膨胀冷缩。水平围带每间隔2 950 mm围1道,从切点以下均匀分布。纵向背带搭接长度为30 mm以上。纵向背带、水平围带连紧焊接,焊肉要饱满。水平围带束紧后再焊接,不允许中间有空隙【7】。保温外支撑层安装示意见图7。
外观层采用铝合金瓦楞板和铝合金平板制作。自裙座第一道外围带开始,由下向上安装铝合金瓦楞板。铝合金瓦楞板与水平围带用钻尾自钻螺栓连接,瓦楞板之间用抽芯铝铆钉连接,板上下搭接50 mm。瓦楞板应紧贴外背带,用不锈钢带束紧。因焦炭塔本身有热胀冷缩现象,所以铝合金瓦楞板应加长200 mm以上。锥体自下而上前2 000 mm用不锈钢薄板连接,2 000 mm以上部位用铝合金平板连接。不锈钢束紧带自下而上间隔1 250 mm设置1道,全部设置完成后束紧。抽芯铝铆钉间距150～200 mm。外观层安装见图8。
即单个内背带项圈至少可承受18 071 kg载荷。由此可知,2个内背带项圈至少可承受36 142 kg载荷。
焦炭塔保温更换后,经过现场实际测量,其外保温防护铝皮各处温度普遍低于40 ℃,满足相关标准要求。
随着工业化水平的加快速度进行发展,焦炭塔披挂式保温的实施工程技术也得到不断的改进和完善,不断学习披挂式保温的安装施工的新技术和成功经验,可逐步提升焦炭塔保温实施工程质量。本文所述实施工程的方案解决了焦炭塔保温局部超温等问题,对装置的降本增效及节能起到了一定的作用【8】。
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