示温涂料的研制和应用

1 前言
锦州石化公司80万吨/年二套重油催化裂化装置于1990年10月建成投产,其主要设备再生器设计压力0.17MPa,稀相段设计温度不大于750℃,实际操作温度710~720℃。工作介质为烟气,主要成分为NO2、CO、CO2、SO2、水蒸汽含量约10%~13%,HCl、NH3和H2S含量极少。再生器材质为日本SPV36,类似国产16MnR。内衬120mm厚耐热耐磨衬里。再生器及再生器内部衬里结构见图1、图2。


1994 年5月~1995 年3 月,再生器、三旋、主旁路、小旁路相继出现裂纹,其中外集气室最长裂纹达1200mm。裂纹大多数集中在再生器上,并且均集中在焊缝和热影响区内。 其它炼油厂的重油催化再生系统如茂名石化公司、大连石化公司、哈尔滨炼厂等在1996年也相继出现开裂现象,材质为SPV36或16MnR。给国内石化企业造成巨大损失。开裂原因众说不一。催化装置是炼油厂经济效益很高的装置,而其再生器、沉降器、烟气管道等衬里的损坏程度如何,是决定催化装置能否正常运行,以及是否进行大修的主要因素。因此,如能在装置生产时,对衬里的状态进行监测,提出合理的维修决策建议以及可靠的趋势分析,对提高装置的经济效益将是十分重要的。为此,开发了一种示温涂料,经一个开工周期(一年半)的应用,效果良好。

2 再生器及衬里的结构
由于再生器的操作温度已超过钢材所允许承受的温度以及壳体受到流化催化剂的磨损,因此,一般在壳体内壁敷设隔热层和耐热耐磨衬里。隔热层是由矾土水泥、轻质耐火粘土(或陶粒)以及蛭石配成。耐热耐磨层是由矾土水泥、矾土细粉和矾土熟料配成。为了防止耐磨层的剥落,一般都采用以20mm×1.75mm的扁钢带(A3F)冲成的六角形格网(称龟甲网)来加固[1]。

3 示温涂料的组成
3.1 颜料及填料
变色颜料:考虑到变色温度150℃及装饰性,变色颜料选用不可逆变色颜料:NH4VO3, 颜色变化:150℃,白色→棕色,符合视觉习惯。
变色原理:偏钒酸铵受热分解
2NH4VO3=V2O5+2NH3+H2O
五氧化二钒呈棕色,因此漆膜变色。
填料:填料在示温涂料中是作为一种辅助材料形式存在的,选用耐热性较强的金红石型二氧化钛,它可使涂层颜色鲜艳稳定,色调均匀。同时二氧化钛非常稳定,添加量的变化基本不影响变色性能。同时填加非漂浮型铝粉浆,使漆膜颜色符合中石化总公司有关装置颜色的规定。不同用量的填料对变色性能的影响见表1。

3.2成膜物
选用环氧有机钛改性漆酚甲醛树脂,耐热性(300℃,100h,漆膜无变化)好及附着力优良[2]。不同成膜物含量对变色性能的影响见表2。

3.3配方
最后确定此示温涂料的配方见表3。

3.4漆膜的性能
示温涂料的物理性能见表4。

4 示温涂料的影响因素
4.1 外壳超标温度的确定
超标下限150℃。温度确定的依据是建立在传热学、材料力学、高温强度理论和催化剂装置设计标准以及我们多年经验的基础上的。具体过程如下:采用理论与实践结合的方法,根据容器内部的工作温度、衬里隔热材料性能参数,通过传热学公式计算来定出衬里完好状态下的外壁温度作为衬里无损伤的温度,以催化装置最初设计的壁温限做为报警温度限,即一旦塔表面温度超过此值,就认为衬里损伤。

4.2 恒温时间对变色温度的影响
再生器表面温度一般在120~130℃左右,因此示温涂料涂装以后必须确保在长时间加热条件下,变色温度不降低。经过一年半的试验(一个开工周期),在正常外壁温度下,该示温涂料没有变色。

4.3 光照的影响
无机变色颜料在光线照射下其构型基本不发生变化,因此在室外日光照射下颜色没发生变化。

4.4 涂层厚度的影响
一般来讲,涂层越厚,变色温度越高。这是因为涂层厚其中颜料含量相对要多,发生反应时所需能量也大。因此必须提高反应温度才能出现同样的变色。实践证明,涂层的厚度一般以20~40微米为宜。

4.5 涂料的生产、施工
按配方将成膜物、变色颜料及溶剂混合,经高速分散机分散,再经砂磨机砂磨,达到细度要求(20~40微米),包装。生产中要确保原材料的质量,以免杂质的掺入产生杂色,影响正常颜色的显示。称量必须准确,以免导致色调改变,影响测温的准确性。施工时用溶剂调到合适的粘度。在装置停车期间,底材可用喷砂除锈。在开车期间,可用砂纸打磨,或用有机溶剂擦洗。通常涂覆的方法有刷涂或喷涂;涂层的厚度控制在40微米左右。

5 应用
该示温涂料涂装在锦州石化公司二套重油催化裂化装置新更换的再生器上,涂装施工符合技术要求,涂层厚度基本控制在设计范围内。今年以来,发现再生器两个局部变色,经测量外壁表面温度分别达到350℃、420℃,说明局部衬里有损伤,及时在外表面进行了补强处理。二年来在锦州石化公司良好的应用表明了示温涂料的开发成功。因其具有超温报警的特异性,可在国内重油催化裂化装置再生器上推广应用。

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