[发明专利]临氢设备耐火炉衬结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及临氢设备领域，尤其是一种临氢设备耐火炉衬结构及其制备方法。

背景技术

氢气是重要的清洁能源和化工原料，在石油化工和化学行业具有重要的地位。氢气及含氢方法气体通常采用高温高压方法制取、管道输送。常用设备包括制氢装置的集合管和转化气蒸汽发生器、甲烷化装置的甲烷化反应器、余热回收器、高压过热器及输送管道、合成氨装置一、二段炉之间的集气管以及二段转化炉等。制取和输送氢气及含氢方法气的设备金属壳体长期接触氢气容易发生氢脆、氢腐蚀等，设备金属壳体一旦发生破损，其内部的高温、高压、可燃、易爆的方法气体高压喷出将造成重大安全事故以及不可估量的经济损失。因此必须制作隔热耐火衬里对金属壳体进行保护，同时还可以减少能源消耗、改善生产劳动条件。

目前的临氢设备采用厚壁耐热钢或特殊钢做壳体，内部制作金属锚固件固定的双层隔热耐火浇注料炉衬，炉衬的隔热层一般采用体密1.0g/cm³左右的隔热浇注料，耐火层采用体密3.0g/cm³左右的刚玉质浇注料。现有的层临氢设备衬里结构存在以下问题：

1、壳体温度较高。氢气是导热系数最大的气体，临氢环境下耐火材料的导热系数大大增加，加上金属锚固件造成的热桥作用，造成外壁温度较高，局部超温现象经常出现。

2、抗热震性差。刚玉质浇注料的耐氢气侵蚀能力强、耐火度高、强度高，是临氢装置常用的耐火材料。但是刚玉质浇注料的抗热震稳定性差，在温度变化幅度较大时会发生剥离掉落。一旦发生剥落，剥落处的炉衬厚度将减薄，炉壳温度会上升，影响结构安全，造成严重事故。

3、裂纹较多。临氢设备衬里一般是双层结构，每层设有密度较大的金属锚固钉进行固定。金属锚固钉在高温下体积膨胀与周围刚玉质浇注料膨胀相差较大，即使在锚固钉顶部采用预留膨胀间隙的方法也无法彻底消除膨胀差异，会造成耐火层衬里脱落。两层衬里材料的膨胀性能相差较大，会造成隔热层和耐火层局部脱离，尤其是处于顶部的炉衬。在耐火层产生裂纹的情况下，含氢气体会渗透到隔热层，造成壳体局部超温，同时由于耐火层平均温度的升高使耐火层浇注料的烧后收缩加大、裂纹增大，甚至会造成脱落。一般临氢设备使用一个周期后裂纹均会增宽、加深，安全使用风险增大。

4、隔热层材料杂质含量太高。临氢衬里，尤其是温度大于700℃时，要求低铁低硅。由于硅迁移会造成炉衬的疏松脱落，还会在余热回收装置处沉积降低换热效率。而常规临氢设备采用的隔热层材料硅含量一般在40%以上，当含氢气体渗透到隔热层时会造成大量的硅迁移使炉衬强度弱化。

以上问题的存在，使临氢设备炉衬使用寿命不长，尤其是在温度超过850℃时，寿命更短。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构科学合理、抗热震性好、稳定可靠、寿命长的临氢设备耐火炉衬结构。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种临氢设备耐火炉衬结构，由内向外依次为耐火层、隔热层以及金属壳体，其隔热层内的隔热层锚固钉固接金属壳体；耐火层内的耐火层锚固钉固接隔热层。

而且，所述耐火层锚固钉延伸穿过隔热层并与金属壳体固接。

而且，所述耐火层的体积密度为2550kg/m³-3000kg/m³，且氧化硅、氧化铁杂质含量应分别小于0.5%。

而且，所述隔热层的体积密度在1000kg/m³-1700kg/m³，且氧化硅、氧化铁杂质含量应分别小于1%。

而且，所述耐火层中掺入一层陶瓷纤维或/和防爆纤维，层厚度一般大于等于80mm。

而且，所述隔热层锚固钉是V型或Ω型，隔热层锚固钉直径小于10mm，采用焊接连接或螺栓连接方式与金属壳体固装。

一种临氢设备耐火炉衬结构的制备方法，其步骤如下：

⑴安装锚固钉：在临氢设备的金属壳体上采用焊接或螺纹连接方式安装隔热层锚固钉和耐火层下部锚固钉，对隔热层锚固钉和耐火层下部锚固钉进行热处理，并给隔热层锚固钉安装塑料帽；

⑵制作隔热层：在金属壳体上进行对隔热层支模浇注或喷涂施工形成隔热层，浇注成型后进行养护；

⑶安装耐火层锚固钉：将耐火层上部锚固钉与耐火层下部锚固钉连接，并在耐火层上部锚固钉上戴好塑料帽；