книги из ГПНТБ / Завелев Г.И. Неметаллические футеровки для аппаратуры нефтяной и нефтехимической промышленности

териалом оказался асбоцемент, который начал применяться в Англии для изоляции корпусов колонн синтеза аммиака. Асбо­ цементная изоляция применялась с 1931 г. также в Германии для футеровки колонн гидрирования. Асбоцементная изоляция вы­ полнялась двумя способами: заливкой и трамбовкой. Изоляцион­ ная асбоцементная масса заливалась или утрамбовывалась между корпусом вертикально поставленной колонны и внутренней ме­ таллической перфорированной трубой (опалубкой). Этот цилиндр образовывал внутреннюю стенку изоляции и оставался в аппа­ рате во время эксплуатации. Для облегчения процесса трамбо­ вания асбоцементной массы перфорированную трубу изгото­ вляли из отдельных сегментов. Во время сушки футеровки вода испарялась через отверстия, находящиеся в трубе. При нанесе­ нии асбоцементной футеровки необходимо равномерно смешивать ее составные компоненты и тщательно утрамбовывать или за­ ливать массу. Неплотное заполнение массой пространства между корпусом колонны и опалубкой приводило к образованию в фу­ теровке пустот, нарушающих монолитность и ухудшающих ка­ чество изоляции.

Изолирующую массу загружают в аппарат с высоты 12—18 м, поэтому асбоцемент уплотняется под влиянием собственного веса и только при загрузке двух верхних поясов его утрамбовывают. Для изготовления асбоцементной массы применяют асбест, глино­ земистый цемент и воду. Соотношение между компонентами изме­ няется в зависимости от способа выполнения изоляции. Приме­

Из опробованных асбестов: змеевикового (белого асбеста), амозита (желтого асбеста) и амфиболита-крокидолита (голубого асбеста), последний наиболее пригоден, так как он при нагреве имеет малую усадку вследствие незначительного содержания гидратной воды, большую прочность и наиболее высокую температуроустойчивость (до 600°); Объемный вес его в спрессованном состоянии 86 кг/м^ при давлении 50 кГ!см\ В качестве вяжу­

119

щего вещества применялся глинозёмистый цемент с низким со­

Изолирующая масса после ее нанесения выдерживалась в те­ чение 8 дней при нормальной температуре для окончательного отвердевания асбоцемента, после чего при помощи электронагре­ вателей, устанавливаемых в аппарате, подвергалась медленной сушке при температуре до 400°. Асбоцементная изоляция характе­ ризуется в основном несколько большей теплопроводностью, чем диатомовый кирпич. Поэтому температура корпуса колонны при асбоцементной изоляции в среднем на 40° выше, чем при

При эксплуатации колони в асбоцементной изоляции наблю­ далось значительно меньшее образование трещин в футеровке и перегревов корпуса, чем при изоляции колонны диатомовым кир­ пичом. Срок службы асбоцементной футеровки зависит от темпе­ ратуры рабочей среды в колонне. При тщательном выполнении фу­ теровки из асбоцемента и эксплуатации ее при температуре не более 480—500° футеровка может эксплуатироваться в среднем в течение 12 лет. При рабочих температурах выше 600° асбоце­ мент разрушается, делается хрупким и теряет изолирующие свойства. Эти недостатки асбоцементной изоляции, а также де­ фицитность голубого асбеста вызвали необходимость в создании специального легковесного кирпича для футеровки колонн гидри­ рования и дегидрирования.

Сначала применялся легковесный шамотный кирпич завода «Керамхеми» (альпорит), который имел крупную пористость. Этот кирпич использовался для футеровки колонн, работающих при давлении 250 ати. Однако с увеличением давления до 700 ати коэффициент его теплопроводности интенсивно возрастал и при 700 ати достигал полуторакратной величины коэффициента те­ плопроводности асбоцементной изоляции.

Разработанный фирмой Аннаверк, специальный легковесный шамотный кирпич марки 26/2 характеризуется мелкопористой структурой, имеет высокий коэффициент теплового расширения, относительно высокую прочность на сжатие в холодном состоя­ нии, высокую стойкость к резкому изменению температур и не­ значительную теплопроводность. Этот кирпич превосходит также по своим свойствам и асбоцементную изоляцию и может приме­ няться при рабочих температурах свыше 480—500°.

Для кладки шамотных кирпичей в колоннах высокого давле­ ния экспериментально были применены замазки на жидком стекле типа «Хехст» и «Комбиналь». Испытание растворов пока­ зало: температура плавления составляет 1240°, огнеупорность 1120°, прочность на сжатие при комнатной температуре 258 кГ/см2,

120

прочность при растяжении 60 кПсл?. При нагреве раствор дает следующую усадку.

«Хехст» неприменимы в качестве раствора для кладки легковес­ ного кирпича в колоннах высокого давления, так как они сильно снижают свою прочность на сжатие при высоких давлениях под воздействием нефтепродуктов. Кроме того, они характеризуются непостоянством объема. Во время работы колонн гидрирования и дегидрирования с изоляцией, выполненной на растворах с замаз­ кой «Хехст», было обнаружено растрескивание вертикальных и горизонтальных швов кладки. Испытание в автоклаве при да­ влении до 240 ати и температуре 510° в среде нефтепродуктов показало, что образцы, изготовленные на других гидравлических вяжущих веществах (глиноземистом цементе, портланд-цементе, шлакопортланд-цементе и цементе с добавками), прококсовывались и повышали свою механическую прочность, а образцы из растворов на основе жидкого стекла через 3—4 недели полностью разрушались. Наибольшая прочность на сжатие была получена для образцов растворов, изготовленных на глиноземистом цементе.

Этот цемент характеризовался следующим химическим соста­ вом (% вес.).

При освоении процессов гидрирования и дегидрирования перед отечественной промышленностью огнеупорных материалов была поставлена задача разработать теплоизоляционный кирпич для футеровки аппаратов, не уступающий по своим свойствам кирпи­ чам марки,26/2. Необходимо было также разработать строитель­ ный раствор для кладки Кирпичей.

Легковесный огнеупорный кирпич, изготовляемый в Совет­ ском Союзе по ГОСТ 5040-49, по своей структуре и механиче­

121

ским свойствам не удовлетворял требованиям эксплуатации в колоннах гидрирования и дегидрирования. Поэтому А. А. Пи­ роговым и В. П. Ракиной были проведены специальные исследо­ вания с целью получения легковесного пеношамотного кирпича, который по своим свойствам, был бы аналогичен кирпичу завода «Аннаверк» марки 26/2. Кроме того, были проведены работы по подбору состава раствора для укладки кирпичей в колоннах.

В результате исследования было установлено, что для полу­ чения пеношамота повышенного качества необходимы примене­ ние легко спекающихся огнеупорных глин и тонкомолотого ша­

3 мм), ускоренный режим сушки полуфабриката. Кроме того, для создания более однородной структуры был повышен норматив по объемному весу пеномассы с 0,85—0,95 до 0,96—1,06 г/см3.

Показатели свойств пеношамота повышенного качества по данным исследования 14 промышленных партий приведены в табл. 18. Для сравнения в этой же таблице приводятся показа­ тели качества легковеса, применяемого за границей. Изготовлен­ ный пеношамот имеет в среднем объемный вес около 0,8 г/с.и3 и предел прочности при сжатии 50—60 кГ/см2. Структура пено­ шамота по сравнению со структурой обычного пеношамота более мелкозернистая и однородная. Пеношамот характеризуется удо­ влетворительной термической стойкостью при нагреве до 600° и воздушном охлаждении.

Таблица 18

Свойства пеношамота повышенного качества

По своим упругим свойствам при нагреве до 800° специальный пеношамот почти не отличается от легковеса, применяемого в за­ граничной практике.

122

Промышленные испытания показали, что пеношамот повышен­ ного качества является удовлетворительным материалом для фу­ теровки реакционных аппаратов установок искусственного жид­ кого топлива.

2. Подбор растворов для кладки из легковесного кирпича

При подборе состава раствора в качестве исходных материа­ лов использовались шамотный порошок и глиноземистый цемент. При разработке состава раствора определялись оптимальное соотношение шамота и цемента и оптимальный зерновой состав наполнителя. В результате проведенного исследования для кладки пеношамота рекомендуется раствор следующего состава (% вес.).

Шамотный порошок, изготовленный из часов-

размером больше 1 мм должно быть до 2%, а меньше 0,088 мм — 25—30%. В шамотном порошке не должно быть сырой глины, извести и других веществ, загрязняющих порошок. Глиноземи­ стый цемент применяется марки 400 или 500 (ГОСТ 969-41) без содержания примесей металлического железа. Цемент должен содержать SiO2 не более 12%. Полученный от завода-изготови­ теля свежий цемент можно хранить в бумажных мешках, закры­ тых, чистых и сухих помещениях желательно при температуре не ниже +5°.

Разработанный раствор для кладки шамотных кирпичей имеет низкие газопроницаемость (коэффициент газопроницаемости до

деления допустимого содержания в глиноземистом цементе ме­ таллического железа были испытаны образцы раствора на стой­ кость к воздействию окиси углерода. Один образец был изготовлен на глиноземистом цементе с содержанием 1,66% металлического железа, а другой — на глиноземистом цементе с содержанием 0,3% металлического железа. После пропускания через первый образец в течение 80 час. окиси углерода было установлено, что образец почернел и в Нем наблюдались включения углеродистого вещества. В одном месте произошло откалывание кусочка от образца. В результате пропускания окиси углерода в течение такого же времени через поры второго образца, содержащего

123

меньшее количество металлического железа, сколов обнаружено не было, но наблюдались общее небольшое почернение образца и присутствие мелких включений углеродистого вещества

(0,015—0,06 мм).

На основании результатов испытания можно сказать, что даже лри малом содержании металлического железа в глиноземи­ стом цементе при воздействии окиси углерода в порах раствора в течение сравнительно небольшого времени откладывается угле­ род. Поэтому для обеспечения стойкости раствора не следует допускать содержание металлического железа в глиноземистом цементе.

3. Футеровка аппаратов установок искусственного жидкого топлива фасонными плитками

Футеровка реакционных колонн высокого давления установок гидрирования и дегидрирования производится фасонными плит­ ками, изготовленными из пеношамотного легковесного кирпича. Во избежание брака при транспортировке фасонные плитки целе­ сообразно изготовлять вблизи футеруемых аппаратов. Для этой цели применяют круглопильные станки с ручной подачей, кото­ рые можно приспособить для нарезания нормального кирпича на прямые плитки, обработки их по контуру для получения кли­ новидной формы, выборки паза, обработки торца под углом. Слож­ ный фасон плиток рекомендуется изготовлять на горизонтально­ фрезерном станке при помощи инструмента, разработанного Харь­ ковским институтом огнеупоров.

Футеровка колонны обычно осуществляется при ее горизон­ тальном положении в условиях, обеспечивающих возможность ее поворота вокруг оси. Перед началом обмуровки внутреннюю по­ верхность аппарата тщательно очищают при помощи пескоструй­ ного аппарата или металлических шеток. Следы масел или жира удаляют четыреххлористым углеродсм. Остатки ржавчины и пыли выдувают из аппарата сжатым воздухом. Толщину футе­ ровки выполняют в зависимости от диаметра колонны. Так, для колонн диаметром 800 мм предусматривают толщину футеровки 60 мм (первый слой 24 мм, второй слой 20 мм). Для колонны диаметром 1000 мм толщина футеровки 65 мм (первый слой 34 мм, второй слой 25 мм). В колонне диаметром 1200 мм тол­ щина футеровки 75 мм (первый слой 34 мм, второй слой 32 мм). Первый слой футеровки, соприкасающийся с корпусом аппарата, укладывают из фальцованных плиток с гребнями, а внутрен­ ний — из плиток с пазами. Обмуровку ведут от середины колонны к обоим ее концам либо от обоих концов колонны к ее середине. Плитки из легковесных кирпичей перед укладкой погружают в воду и хорошо смачивают. Перед подачей в колонну плитки из легковесных кирпичей или раствор укладывают в легкий яшик из жести или в небольшой деревянный ящик, Нередвигаемый по

124

деревянным доскам. При укладке раствор быстро Наносят на тыльную сторону плитки и пазы при помощи небольшой лопатки равномерным слоем толщиной не более 3—4 мм. После этого плитку прижимают к корпусу колонны или к поверхности уже уложенного наружного слоя футеровки и укладывают по на­ правляющей рейке или шнуру. Допустимая толщина швов кладки 3 мм. Для радиальных швов возможно расширение шва по направлению к металлическому корпусу колонны на 1,0— 1,5 мм. Не допускается не­

вают. Последние плитки, укладываемые по цилиндрической части колонны, должны быть точно пригнаны по месту (рис. 32).

После укладки первого наружного слоя все неровности, полу­ чившиеся На нем, выравнивают при помощи абразивного круга, затем поверхность слоя тщательно очищают щеткой. Перед уклад­ кой второго слоя первый уложенный слой увлажняется еще раз водой, чтобы он не отнимал воду из вновь укладываемого раствора. Увлажнение слоя по мере высыхания при перерывах в работе следует периодически повторять. После укладки второго слоя поверхность его также очищают и обтачивают, все образовав­ шиеся в швах пустоты тщательно заделывают раствором. Если свежеприготовленный раствор в процессе кладки слегка загусте­ вает в ящике, то для устранения этого раствор следует переме­ шать, но не разбавлять водой.

Сушку футеровки, сложенной из легковесного шамота На гидра­ влически твердеющем растворе, не рекомендуется ускорять вна­ чале, чтобы не нарушить процессов твердения глиноземистого ■цемента. Обычно не меньше 7 суток сушат на воздухе при темпе­ ратурах не ниже 5° и не выше 25° и только после этого допускают применение искусственной сушки (электронагревателями, острым паром) при более высоких температурах.

Качество раствора контролируют определением предела проч­ ности при сжатии кубиков с длиной ребра 5 см, отлитых из рас­

125

Глава X

ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ АППАРАТОВ, ^ПОДВЕРГАЮЩИХСЯ ВОЗДЕЙСТВИЮ КИСЛЫХ И ПЕРЕМЕННЫХ СРЕД

1. Многослойные неметаллические футеровки

На нефтемаслозаводах в производстве нефтяного черного кон­ такта (НЧК), синтетического спирта, жирных кислот, моющих средств и др. внутренняя поверхность аппаратов (реакторов, меша­ лок, нейтрализаторов) интенсивно корродирует в результате воздействия различных кислот, щело­ чей и солей, а также нефтепро­

щелочных сред применяются однослойные и многослойные футе­ ровки из неорганических силикатных материалов и высокомоле­ кулярных органических веществ. На рис. 33 показана конструк­ ция трехслойной футеровки. Для первого слоя (подслоя) приме­ няются эластичные коррозийностойкие, непроницаемые для , аг­ рессивной среды материалы.

127

Эластичный подслой препятствует проникновению к защи­ щаемой поверхности агрессивной среды, фильтрующейся сквозь швы между штучными материалами второго и третьего слоев фу­ теровки. В зависимости от агрессивности среды и температур­

ного режима работы аппарата для подслоя применяются различ­ ные материалы.

Если подслой эксплуатируется с учетом перепада температур по толщине футеровки от —20 до +60°, то можно применять винипласт, а при работе от —50 до +50о — полиизобутилен. Для более высоких температур иногда применяют в качестве подслоя гомогенное освинцевание (платировку) толщиной 3—5 мм. В ап­ паратах, подвергающихся воздействию кислых нефтепродуктов, подслой должен выполняться из бензомаслостойких материалов (маслостойкой резины, пластиката и др.). Во время эксплуатации первый слой компенсирует термические деформации, возникаю­ щие вследствие различия коэффициентов линейного расширения футеровки из керамических материалов и металлической стенки аппарата. Второй слой футеровки предназначен для предотвраще­ ния доступа агрессивных растворов к первому слою футеровки, а поэтому он должен быть жестким, прочным и плотным. Для второго слоя футеровки могут применяться кислотоупорные сили­ катные материалы: диабазовая, базальтовая, керамическая, мет­ лахская, стеклянная, силикатная плитки и др., а также отвердев­ шие листы асбовинила и фаолита. Считают, что прочность футе­ ровочных плиток, применяемых для второго слоя, не должна быть меньше прочности затвердевшего кислотоупорного цемента, при помощи которого они связываются, т. е. штучный футеровочный материал должен иметь R растяжения не менее 25 кГ1см\ a R сжатия не менее 250 кГ/см?.

Третий слой защитной футеровки непосредственно подвер­ гается химическим, механическим и термическим воздействиям. В аппаратах, работающих под давлением, при резких перепадах температуры, а также подвергающихся воздействию сильно агрес­ сивных сред, условия эксплуатации бывают настолько жесткими, что третий слой приходится выполнять значительной толщины. Облицовочный материал для третьего слоя футеровки должен быть механически прочным, химически стойким к кислотам, ще­ лочам, воде и водяному пару. Особое значение для материала третьего слоя футеровки имеет его термическая стойкость, т. е. способность выдерживать резкие изменения температур. Хоро­ шим материалом для третьего слоя футеровки являются кислото­ упорный кирпич и кислотоупорные плитки.

Наблюдение за футеровками показало, что они чаще всего разрушаются в швах, в особенности в местах сочленения днища со стенками и около штуцеров, люков. Эти разрушения проис­ ходят главным образом вследствие разности термических деформа­ ций аппарата и футеровки. При наличии непроницаемого под­ слоенного материала в первом слое футеровки эти трещины не

128