【摘要】本文結合作者多年工作實(shí)踐和歷年來(lái)隔熱耐磨襯里技術(shù)規范的修訂，回顧了我國石油化工行業(yè)催化裂化裝置用不定形耐火材料的發(fā)展歷史，介紹了催化裂化裝置的基本工藝流程，常用的襯里材料性能要求和發(fā)展趨勢。為今后催化裂化裝置襯里施工及技術(shù)人員提供借鑒。
【關(guān)鍵詞】催化裂化裝置 不定形耐火材料 襯里混凝土 發(fā)展 標準
催化裂化裝置（CCU）是石油化工行業(yè)中重要的二次加工裝置。催化裂化裝置反應再生系統設備區別于一般石油化工設備之處，在于該類(lèi)設備內部均有隔熱耐磨襯里。反應再生系統設備包括提升管反應器、反應（沉降）器、再生器、燒焦罐、外取熱器、外旋風(fēng)分離器、三級旋風(fēng)分離器、四級旋風(fēng)分離器、孔板降壓器、蒸汽過(guò)濾器、輔助燃燒室等帶襯里的設備及與其相連接的管道。襯里工程質(zhì)量是直接影響催化裂化裝置實(shí)現長(cháng)周期（三年一修）運行中的五大問(wèn)題之一，其重要性是顯著(zhù)的。
為了進(jìn)一步提高襯里工程的技術(shù)水平，有必要研究多年來(lái)我國石油化工行業(yè)催化裂化裝置用不定形耐火材料的發(fā)展及標準的變化，并對今后襯里的發(fā)展趨勢作一個(gè)預測。
1 催化裂化裝置工藝流程
催化裂化裝置基本工藝流程為：原料油經(jīng)過(guò)預熱進(jìn)入反-再系統，與高溫催化劑在提升管內在470～530℃和0.1～0.3MPa條件下發(fā)生裂化反應，生成輕質(zhì)原油氣。這些含有催化劑的油氣進(jìn)入沉降器內的旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離。油氣進(jìn)入分餾系統，分離出的催化劑進(jìn)入再生器，在高溫下（670～800℃）進(jìn)行燒焦再生。再生后的催化劑再進(jìn)入提升管反應器參與反應，循環(huán)使用。由于催化劑的再生反應熱量大于原料油裂化反應的吸熱量，為維持兩器熱量平衡，一般設置取熱器。同時(shí)為充分利用多余熱量，建立能量回收系統。再生煙氣高溫取熱爐工藝操作溫度達到1300℃左右。
隨著(zhù)催化裂化工藝的普遍采用。兩器（反應器、再生器）操作溫度不斷提高，催化劑的硬度越來(lái)越大，對襯里用不定形耐火材料提出了更高的要求。
2 我國石油化工行業(yè)催化裂化裝置用不定形耐火材料的發(fā)展及標準的變化
我國從1965年5月在撫順石油二廠(chǎng)建設第一套流化催化裂化裝置（FCCU）以來(lái)，很長(cháng)一段時(shí)期內襯里材料一直按照煉化建703-77的規定生產(chǎn)。襯里材料指標見(jiàn)表1。工程中襯里材料使用散裝襯里原料。在現場(chǎng)根據原料情況進(jìn)行配比、調整、配制。原材料的松散容重、含水率經(jīng)常有波動(dòng)，現場(chǎng)不具備良好的試驗條件，襯里材料的配比很難保持一致。同時(shí)耐磨層襯里采用磷酸鋁做結合劑，需要現場(chǎng)熬制并調料，質(zhì)量難以保證。由于襯里材料中沒(méi)有加入外加劑，強度很低，施工性能比較差。
80年代中后期出現了工廠(chǎng)化生產(chǎn)襯里材料的廠(chǎng)家，在一定程度上解決了現場(chǎng)配料、粉塵污染嚴重、配比不準確的問(wèn)題。但這些廠(chǎng)大都規模小，技術(shù)裝備落后，技術(shù)力量薄弱，工藝技術(shù)陳舊，因此產(chǎn)品質(zhì)量的穩定性和配比的精確性均難以保證。但是，由于種種其他原因，這些產(chǎn)品當時(shí)還占據著(zhù)相當的市場(chǎng)份額。
隨著(zhù)鋼纖維增強單層無(wú)龜甲網(wǎng)襯里技術(shù)的推廣應用，高強度的隔熱耐磨單層襯里材料快速發(fā)展。鋼纖維增強單層無(wú)龜甲網(wǎng)襯里結構簡(jiǎn)單、穩定性好、施工簡(jiǎn)便快捷、工程造價(jià)低以及維修工作量小、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，國內新建裝置的襯里全部或絕大多數采用無(wú)龜甲網(wǎng)襯里。
我公司1995年在鎮海煉化80萬(wàn)噸/年重油催化裂化裝置的襯里施工中，應用了多種新型隔熱耐磨襯里組合料，歸納起來(lái)可分為五大類(lèi)：第一類(lèi)為高耐磨材料，主要用于旋風(fēng)分離器及類(lèi)似工況的設備，如GDS-IA、TA-218等；第二類(lèi)為耐磨材料，主要用于雙層襯里耐磨層，如GDS-4、BPDI-D、TA-217等；第三類(lèi)為隔熱耐磨材料，主要用于催化裂化裝置兩器殼體及管道單層襯里或隔熱層，如Z-BPDI-Bm、QA-212等；第四類(lèi)為隔熱材料，主要用干催化裂化裝置兩器殼體及管道隔熱層，如ZC-2.ZC-3等；第五類(lèi)為高熱阻制品，主要用于一般磨損要求的雙層襯里的隔熱層，如HL-5等。襯里材料的分類(lèi)是按性能指標劃分的。由于各種材料配方不同，施工要求也不盡相同。
90年代末期，許多煉廠(chǎng)相繼出現了由于器壁溫度過(guò)低造成的再生器露點(diǎn)腐蝕現象。這樣一來(lái)促進(jìn)了高強度、高導熱、低線(xiàn)變形單層襯里材料的開(kāi)發(fā)使用。
《隔熱耐磨混凝土襯里技術(shù)規范》SH3531-1999充分體現了當時(shí)的襯里技術(shù)的最新進(jìn)展。襯里材料性能見(jiàn)表2。
在《隔熱耐磨襯里技術(shù)規范》SH 3531-2003（代替SH3531-1999）中新增了鋼纖維化學(xué)成分和物理性能的要求，具體見(jiàn)SH 3531-2003表4以及襯里料Fe2O3和AL2O3含量、耐磨性的要求，見(jiàn)下表3。襯里混凝土其余指標變化不大，在《隔熱耐磨襯里技術(shù)規范》SH 3531-2003所列的材料中，除AA類(lèi)材料采用磷酸鹽作結合劑外，其他材料均采用鋁酸鹽水泥作結合劑?；炷列阅苤笜艘?jiàn)《隔熱耐磨襯里技術(shù)規范》SH 3531-2003表5。
新要求，相繼開(kāi)發(fā)了新型襯里材料。這類(lèi)新型材料主要有兩類(lèi)：第一類(lèi)具有低殘余線(xiàn)收縮、低熱膨脹率、低氣孔率和低油氣滲透率、低吸水率、高強度和高熱震穩定性，尤其是低氣孔率和低油氣滲透率、對用于沉降器的襯里來(lái)說(shuō)尤為重要。第二類(lèi)是具有施工簡(jiǎn)便化的特征，主要是指滿(mǎn)足催化裂化裝置襯里施工所需要的自流澆注料。與傳統澆注料相比，自流澆注料無(wú)需振動(dòng)施工即可達到攤平、脫氣和密實(shí)化，與振動(dòng)澆注料相比，氣孔少且孔徑小?？蓽p少施工現場(chǎng)的噪音污染，減輕工人的勞動(dòng)強度，高空作業(yè)時(shí)，可進(jìn)行泵送施工，省工省力，非常方便地用于修筑和修補形狀復雜部位處的襯里、薄壁襯里和錨固件布置較密處的襯里。在狹小的施工場(chǎng)所或難以施加振動(dòng)的部位更加具有優(yōu)越性。
在GB 50474-2008《隔熱耐磨襯里技術(shù)規范》中結合催化裂化裝置的工藝要求，對其性能做了調整，具體見(jiàn)GB 50474-2008表4.5.1襯里混凝土類(lèi)別、級別、性能指標。表4.5.1給出了對催化裂化裝置反應再生系統設備所用襯里混凝土性能的最低要求，因為是最低要求故該表中與《隔熱耐磨襯里技術(shù)規范》SH 3531-2003中表5襯里混凝土性能指標數值相比較，除了高耐磨類(lèi)別中三氧化二鋁含量為≥85及隔熱類(lèi)別中級別分別為D1、D2級的材料去掉了815℃的各項指標值外，其余基本相同。隔熱、耐磨混凝土體積密度減小，耐壓強度提高。這體現了襯里材料向輕質(zhì)高強低收縮的方向發(fā)展，調整性能的主導思想是增加隔熱性、耐磨性，并防止隔熱混凝土被掏空的現象發(fā)生。
我公司2012年在施工總承包的上海石化股份有限公司煉油改造工程350萬(wàn)噸/年重油催化裂化裝置反再系統襯里工程中襯里材料有：隔熱襯里D02、隔熱耐磨襯里C02、耐磨襯里B01：這三種襯里材料主要用于沉降器、第一、二再生器和第三級旋風(fēng)分離器；高耐磨襯里AA：主要用于：第一、二再生器和第三級旋風(fēng)分離器等。
隔熱耐磨單層（C級）襯里材料目前只是個(gè)別裝置采用，主要用于當介質(zhì)為油氣或設備直徑較小，反應器、提升管、斜管、煙道等設備。大部分裝置普遍采用隔熱耐磨雙層襯里。
近年來(lái)不定形襯里材料技術(shù)發(fā)展較快，由于外加劑、超微粉的使用，襯里材料的物理力學(xué)性能大大提高。施工方法和工藝也有新的要求。不同品種的不定形襯里材料有不同配方，即使同一產(chǎn)品不同生產(chǎn)廠(chǎng)在配方上也有差異。
近年隨著(zhù)操作溫度的提高和催化劑改進(jìn)，尤其是剛玉質(zhì)催化劑對襯里的強力沖刷，加速了襯里的磨損，直接影響到催化裂化裝置的正常運行。，國內襯里廠(chǎng)家研制開(kāi)發(fā)了高耐磨襯里修補料HN-1。這種修補料能和原有基材膠結成牢固的復合體，形成耐高溫、耐磨的堅固殼體。尤其適合在裝置停工檢修時(shí)對于襯里局部磨損的情況下使用。
3 發(fā)展研究
3.1 存在問(wèn)題
近幾十年來(lái)，由于種種原因，由襯里原因引起的設備故障和裝置停工越來(lái)越多。2011年就有兩套催化裂化裝置出現嚴重襯里質(zhì)量問(wèn)題，導致關(guān)鍵設備的襯里被迫全部拆除后重新施工。3.2 發(fā)展研究3.2.1？改進(jìn)襯里結構
根據目前的國情和現狀，逐漸減少龜甲網(wǎng)隔熱耐磨雙層襯里結構，合理擴大隔熱耐磨單層襯里結構形式的范圍。
3.2.2？改進(jìn)襯里施工技術(shù)
隨著(zhù)人們追求高效、高質(zhì)量、省力和HSE環(huán)境等要求。噴涂法、外部振搗器支撐振搗法等自動(dòng)化程度更高的施工形式將逐步使用，襯里施工技術(shù)將逐步向機械化、自動(dòng)化方向發(fā)展。
3.2.3？推廣應用耐火材料新技術(shù)
熱態(tài)下的自流澆注料和壓入料等材料將應用于催化裂化裝置襯里工程中，這種材料適用于滿(mǎn)足緊急搶修工程需要。新型添加劑、結合劑的應用，顯著(zhù)提高了耐火材料產(chǎn)品的質(zhì)量、高溫使用性能及使用壽命。
3.2.4？耐火材料高溫使用在線(xiàn)檢測
在高溫使用時(shí)以提高安全性為目標，對耐火材料進(jìn)行在線(xiàn)檢測，實(shí)現安全化智能化使用，防止漏穿或過(guò)早更換。
3.2.5？耐火材料工業(yè)自身發(fā)展的重點(diǎn)
發(fā)展高效節能耐火材料；發(fā)展耐火材料綜合優(yōu)化配置技術(shù)；發(fā)展環(huán)保生態(tài)綠色耐火材料；實(shí)施用后耐火材料再利用；開(kāi)展新型不定形耐火材料功能添加劑的開(kāi)發(fā)研究，特別是環(huán)保型結合劑的研究開(kāi)發(fā)。研究和開(kāi)發(fā)隔熱效果更好、強度耐磨性更高的先進(jìn)單層襯里材料也是一項重要任務(wù)。
3.2.6？進(jìn)一步提高國家標準
國內A級襯里材料在施工性、加水量敏感性等方面跟國外相比存在一定的差距。僅停留于滿(mǎn)足國家標準的最低要求和工程項目中存在追求低價(jià)中標的現實(shí)，很顯然對確保產(chǎn)品質(zhì)量和鼓勵使用優(yōu)質(zhì)材料不利。因此進(jìn)一步提高國家標準的要求值，激勵科研單位和供貨廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)研制高水平的襯里材料，讓用戶(hù)有使用優(yōu)質(zhì)襯里材料的積極性，這些措施對于提高我國襯里水平、確保襯里設備的質(zhì)量很有必要。
4 結束語(yǔ)
我國催化裂化裝置用襯里材料技術(shù)發(fā)展飛塊，只有根據催化裂化裝置生產(chǎn)特點(diǎn)，積極采用不定形耐火材料領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)、產(chǎn)、學(xué)、研三結合，以自主創(chuàng )新為核心的科技發(fā)展將成為中國耐火材料工業(yè)發(fā)展的主要推動(dòng)力。致力于提高產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)節能減排，促進(jìn)科技發(fā)展。才能創(chuàng )造出優(yōu)質(zhì)的襯里材料。
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作者簡(jiǎn)介
沈美菊（1967—），女，江蘇張家港，大學(xué)本科，工程師?，F任職于中石化寧波工程有限公司技術(shù)中心，從事施工技術(shù)管理工作，職位：中級業(yè)務(wù)主管。主要專(zhuān)業(yè)：防腐、隔熱、襯里、土建。參與主編石油化工行業(yè)標準：《石油化工涂料防腐蝕工程施工技術(shù)規程》SH/3606-2011及《石油化工涂料防腐蝕工程施工質(zhì)量驗收規范》SH/ T3548-2011，參與主審國家標準：《石油化工絕熱工程施工質(zhì)量驗收規范》GB50645-2011，現任中石化施工技術(shù)規范站防腐專(zhuān)業(yè)技術(shù)委員及中石化集團公司防腐、隔熱、襯里、土建方面的評標專(zhuān)家。
