新建裂解爐采用雙爐膛（雙輻射段）單對流段結(jié)構(gòu)，全底部供熱，燒焦氣返回爐膛的設(shè)計。爐運行42 d后，經(jīng)在線燒焦合格后，沒有降溫，繼續(xù)投用；再次運行54 d后，停爐燒焦合格后，降至常溫，打開爐門進爐膛檢查襯里時，發(fā)現(xiàn)爐側(cè)墻下部襯里的部分耐火磚變成淺紫紅色，變色部分表層出現(xiàn)明顯的龜裂和脫落。
裂解爐膛側(cè)墻自爐膛底部以上約5 m的襯里采用復(fù)合磚襯里結(jié)構(gòu)，向火面為28級莫來石輕質(zhì)隔熱耐火磚，直接接觸到爐膛的火焰，最高使用溫度1540℃，爐膛側(cè)墻上部及爐頂襯里為復(fù)合陶瓷纖維模塊襯里結(jié)構(gòu)。裂解爐膛內(nèi)部正常工作溫度最高1200℃
1：采樣分析
取樣剝落的耐火磚，送往第三方檢測機構(gòu)進行成分的全組分分析，分析結(jié)果對比見表1，從表1可見:裂解爐襯里用隔熱耐火磚主要由三氧化二鋁AL2O3（約67%）和二氧化硅SiO2（約30%）組成。從分析結(jié)果可以看出，剝落耐火磚與正常耐火磚的化學(xué)成分有較大差異,主要是:三氧化鋁含量從67%下降到58%，氧化鈉Na2O含量達到了7.36%,相比正常耐火磚中0.16%的含量大幅增加，顯然這一部分Na2O是在使用過程中帶入的。對耐火磚來說Na2O的危害較大，因為其在高溫條件下會形成玻璃相，且在富鈉區(qū)域產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成鋁酸鹽等堿性化合物,從而導(dǎo)致輕質(zhì)磚出現(xiàn)熔損，并產(chǎn)生開裂、剝落現(xiàn)象。
2原因分析
2.1氧化鈉Na2O的來源分析
找到氧化鈉的來源，需對進入爐膛的介質(zhì)進行分析:爐膛內(nèi)正常工作時，是燃料氣和空氣混合物的燃燒，燃料氣大部分是裂解裝置深冷分離出來的甲烷，一部分是外補的燃料氣,主要成分也是甲烷，燃料氣中沒有含有鈉的成分，裂解爐除了正常的工況外，還有兩種工況:一種是爐管燒焦；另一種是裂解爐熱備。這兩種工況都是爐管內(nèi)的氣體通過返爐膛燒焦線進入爐膛，在燒焦過程中，為控制爐管溫度，避免超溫損壞爐管，要連續(xù)向爐管中注入稀釋蒸汽，這些稀釋蒸汽與燒焦氣全部返回到爐膛，燒焦氣再次燃燒,而這些燒焦氣與稀釋蒸汽將與爐膛內(nèi)的襯里充分接觸。燒焦氣大部分為空氣和二氧化碳,小部分一氧化碳，并不存在氧化鈉。
稀釋蒸汽是否含有氧化鈉，要從稀釋蒸汽的流程進行追溯:裂解爐正常運行、設(shè)備及燒焦工況爐管內(nèi)都要注入大量稀釋蒸汽。裂解爐正常運行過程中,為減緩爐管結(jié)焦,延長裂解爐運行周期，需連續(xù)注入少量二甲基二硫(C2HS2)。二甲基二硫在高溫下會生成硫化氫,而裂解爐管內(nèi)壁的積碳與蒸汽反應(yīng)會生成二氧化碳，這兩種氣體溶解到循環(huán)使用的急冷水中，長期積累會造成急冷水的pH值大幅下降，酸性物質(zhì)的增加大幅增強了對下游設(shè)備、塔盤、管線等的腐蝕性。為避免發(fā)生腐蝕,在工藝流程上設(shè)置了連續(xù)注堿點，并根據(jù)在線檢測急冷水pH值的變化調(diào)整注入量，急冷水的pH值一般控制在6.5〜7.5,工藝水的pH值在7.5 -8.5,設(shè)計時采用一定濃度的氫氧化鈉溶液作為急冷水和工藝水的中和劑。因此，中和劑含有的氫氧化鈉會隨之帶到稀釋蒸汽中。在燒焦和熱備過程中，返回爐膛的稀釋蒸中有的氧化分為氧化水,2NaOH→Na2O+H2O部分氧化鈉有可能滲透到襯里,致使在耐火磚熱面產(chǎn)生富鈉區(qū)域。
2.2耐火磚開裂和剝落的原因分析
在裂解爐正常運行期間，燒焦流程的管道處于冷態(tài)，如切換裂解氣大閥的防焦蒸汽有可能滲入到燒焦管道內(nèi),在燒焦管道內(nèi)會產(chǎn)生冷凝水(實際操作中證明了這點:在爐正常運行期間，打開燒焦管道底部的導(dǎo)淋閥，常有水排出)。當從正常生產(chǎn)工況切換至燒焦工況的瞬間，高溫的燒焦氣與稀釋蒸汽一并進入燒焦管道(無輔助的預(yù)熱管道）這部分冷凝水未完全汽化便隨燒焦氣進入高溫的爐膛，直接噴灑到高溫的耐火磚表面,導(dǎo)致耐火磚淬火開裂，稀釋蒸汽中夾帶的NaOH也滲入了裂縫中，在后續(xù)的高溫下分解成Na2O。和水蒸氣,在耐火磚熱面形成富鈉區(qū)域，產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成鋁酸鹽等堿性化合物，從而降低裂縫周邊耐火磚的熔點溫度,在高溫下熔化剝離。
2.3耐火磚表面呈現(xiàn)紫紅原因分析
此裂解裝置為剛投用的新建裝置，返爐膛燒焦線管道材質(zhì)為普通碳鋼，由于建設(shè)期長時間的停放，管內(nèi)壁積有大量的鐵銹,在投產(chǎn)前雖經(jīng)過了吹掃，但由于切換大閥的防焦蒸汽進入可造成此管道長期存在冷凝水，可能又產(chǎn)生了新的鐵銹,其組分主要為三氧化二鐵水合物Fe2O3 • HO和少量的氧化錳，在燒焦氣返爐膛過程中噴曬到襯里的耐火磚上，在耐火磚的表層顯現(xiàn)出紫紅色。由表1得知：隔熱耐火磚剝落層含有0.91%的Fe2O3以及0.1%的MnO,而正常的隔熱耐火磚中Fe2O3含量為0.69%,MnO含量為0,而這兩種組分在特定的情況下均會表現(xiàn)出紫紅色。