【摘要】本文结合作者多年工作实践和历年来隔热耐磨衬里技术规范的修订，回顾了我国石油化工行业催化裂化装置用不定形耐火材料的发展历史，介绍了催化裂化装置的基本工艺流程，常用的衬里材料性能要求和发展趋势。为今后催化裂化装置衬里施工及技术人员提供借鉴。
【关键词】催化裂化装置 不定形耐火材料 衬里混凝土 发展 标准
催化裂化装置（CCU）是石油化工行业中重要的二次加工装置。催化裂化装置反应再生系统设备区别于一般石油化工设备之处，在于该类设备内部均有隔热耐磨衬里。反应再生系统设备包括提升管反应器、反应（沉降）器、再生器、烧焦罐、外取热器、外旋风分离器、三级旋风分离器、四级旋风分离器、孔板降压器、蒸汽过滤器、辅助燃烧室等带衬里的设备及与其相连接的管道。衬里工程质量是直接影响催化裂化装置实现长周期（三年一修）运行中的五大问题之一，其重要性是显著的。
为了进一步提高衬里工程的技术水平，有必要研究多年来我国石油化工行业催化裂化装置用不定形耐火材料的发展及标准的变化，并对今后衬里的发展趋势作一个预测。
1 催化裂化装置工艺流程
催化裂化装置基本工艺流程为：原料油经过预热进入反-再系统，与高温催化剂在提升管内在470～530℃和0.1～0.3MPa条件下发生裂化反应，生成轻质原油气。这些含有催化剂的油气进入沉降器内的旋风分离器进行分离。油气进入分馏系统，分离出的催化剂进入再生器，在高温下（670～800℃）进行烧焦再生。再生后的催化剂再进入提升管反应器参与反应，循环使用。由于催化剂的再生反应热量大于原料油裂化反应的吸热量，为维持两器热量平衡，一般设置取热器。同时为充分利用多余热量，建立能量回收系统。再生烟气高温取热炉工艺操作温度达到1300℃左右。
随着催化裂化工艺的普遍采用。两器（反应器、再生器）操作温度不断提高，催化剂的硬度越来越大，对衬里用不定形耐火材料提出了更高的要求。
2 我国石油化工行业催化裂化装置用不定形耐火材料的发展及标准的变化
我国从1965年5月在抚顺石油二厂建设第一套流化催化裂化装置（FCCU）以来，很长一段时期内衬里材料一直按照炼化建703-77的规定生产。衬里材料指标见表1。工程中衬里材料使用散装衬里原料。在现场根据原料情况进行配比、调整、配制。原材料的松散容重、含水率经常有波动，现场不具备良好的试验条件，衬里材料的配比很难保持一致。同时耐磨层衬里采用磷酸铝做结合剂，需要现场熬制并调料，质量难以保证。由于衬里材料中没有加入外加剂，强度很低，施工性能比较差。
80年代中后期出现了工厂化生产衬里材料的厂家，在一定程度上解决了现场配料、粉尘污染严重、配比不准确的问题。但这些厂大都规模小，技术装备落后，技术力量薄弱，工艺技术陈旧，因此产品质量的稳定性和配比的精确性均难以保证。但是，由于种种其他原因，这些产品当时还占据着相当的市场份额。
随着钢纤维增强单层无龟甲网衬里技术的推广应用，高强度的隔热耐磨单层衬里材料快速发展。钢纤维增强单层无龟甲网衬里结构简单、稳定性好、施工简便快捷、工程造价低以及维修工作量小、维修方便等优点，国内新建装置的衬里全部或绝大多数采用无龟甲网衬里。
我公司1995年在镇海炼化80万吨/年重油催化裂化装置的衬里施工中，应用了多种新型隔热耐磨衬里组合料，归纳起来可分为五大类：第一类为高耐磨材料，主要用于旋风分离器及类似工况的设备，如GDS-IA、TA-218等；第二类为耐磨材料，主要用于双层衬里耐磨层，如GDS-4、BPDI-D、TA-217等；第三类为隔热耐磨材料，主要用于催化裂化装置两器壳体及管道单层衬里或隔热层，如Z-BPDI-Bm、QA-212等；第四类为隔热材料，主要用干催化裂化装置两器壳体及管道隔热层，如ZC-2.ZC-3等；第五类为高热阻制品，主要用于一般磨损要求的双层衬里的隔热层，如HL-5等。衬里材料的分类是按性能指标划分的。由于各种材料配方不同，施工要求也不尽相同。
90年代末期，许多炼厂相继出现了由于器壁温度过低造成的再生器露点腐蚀现象。这样一来促进了高强度、高导热、低线变形单层衬里材料的开发使用。
《隔热耐磨混凝土衬里技术规范》SH3531-1999充分体现了当时的衬里技术的最新进展。衬里材料性能见表2。
在《隔热耐磨衬里技术规范》SH 3531-2003（代替SH3531-1999）中新增了钢纤维化学成分和物理性能的要求，具体见SH 3531-2003表4以及衬里料Fe2O3和AL2O3含量、耐磨性的要求，见下表3。衬里混凝土其余指标变化不大，在《隔热耐磨衬里技术规范》SH 3531-2003所列的材料中，除AA类材料采用磷酸盐作结合剂外，其他材料均采用铝酸盐水泥作结合剂。混凝土性能指标见《隔热耐磨衬里技术规范》SH 3531-2003表5。
新要求，相继开发了新型衬里材料。这类新型材料主要有两类：第一类具有低残余线收缩、低热膨胀率、低气孔率和低油气渗透率、低吸水率、高强度和高热震稳定性，尤其是低气孔率和低油气渗透率、对用于沉降器的衬里来说尤为重要。第二类是具有施工简便化的特征，主要是指满足催化裂化装置衬里施工所需要的自流浇注料。与传统浇注料相比，自流浇注料无需振动施工即可达到摊平、脱气和密实化，与振动浇注料相比，气孔少且孔径小。可减少施工现场的噪音污染，减轻工人的劳动强度，高空作业时，可进行泵送施工，省工省力，非常方便地用于修筑和修补形状复杂部位处的衬里、薄壁衬里和锚固件布置较密处的衬里。在狭小的施工场所或难以施加振动的部位更加具有优越性。
在GB 50474-2008《隔热耐磨衬里技术规范》中结合催化裂化装置的工艺要求，对其性能做了调整，具体见GB 50474-2008表4.5.1衬里混凝土类别、级别、性能指标。表4.5.1给出了对催化裂化装置反应再生系统设备所用衬里混凝土性能的最低要求，因为是最低要求故该表中与《隔热耐磨衬里技术规范》SH 3531-2003中表5衬里混凝土性能指标数值相比较，除了高耐磨类别中三氧化二铝含量为≥85及隔热类别中级别分别为D1、D2级的材料去掉了815℃的各项指标值外，其余基本相同。隔热、耐磨混凝土体积密度减小，耐压强度提高。这体现了衬里材料向轻质高强低收缩的方向发展，调整性能的主导思想是增加隔热性、耐磨性，并防止隔热混凝土被掏空的现象发生。
我公司2012年在施工总承包的上海石化股份有限公司炼油改造工程350万吨/年重油催化裂化装置反再系统衬里工程中衬里材料有：隔热衬里D02、隔热耐磨衬里C02、耐磨衬里B01：这三种衬里材料主要用于沉降器、第一、二再生器和第三级旋风分离器；高耐磨衬里AA：主要用于：第一、二再生器和第三级旋风分离器等。
隔热耐磨单层（C级）衬里材料目前只是个别装置采用，主要用于当介质为油气或设备直径较小，反应器、提升管、斜管、烟道等设备。大部分装置普遍采用隔热耐磨双层衬里。
近年来不定形衬里材料技术发展较快，由于外加剂、超微粉的使用，衬里材料的物理力学性能大大提高。施工方法和工艺也有新的要求。不同品种的不定形衬里材料有不同配方，即使同一产品不同生产厂在配方上也有差异。
近年随着操作温度的提高和催化剂改进，尤其是刚玉质催化剂对衬里的强力冲刷，加速了衬里的磨损，直接影响到催化裂化装置的正常运行。，国内衬里厂家研制开发了高耐磨衬里修补料HN-1。这种修补料能和原有基材胶结成牢固的复合体，形成耐高温、耐磨的坚固壳体。尤其适合在装置停工检修时对于衬里局部磨损的情况下使用。
3 发展研究
3.1 存在问题
近几十年来，由于种种原因，由衬里原因引起的设备故障和装置停工越来越多。2011年就有两套催化裂化装置出现严重衬里质量问题，导致关键设备的衬里被迫全部拆除后重新施工。3.2 发展研究3.2.1？改进衬里结构
根据目前的国情和现状，逐渐减少龟甲网隔热耐磨双层衬里结构，合理扩大隔热耐磨单层衬里结构形式的范围。
3.2.2？改进衬里施工技术
随着人们追求高效、高质量、省力和HSE环境等要求。喷涂法、外部振捣器支撑振捣法等自动化程度更高的施工形式将逐步使用，衬里施工技术将逐步向机械化、自动化方向发展。
3.2.3？推广应用耐火材料新技术
热态下的自流浇注料和压入料等材料将应用于催化裂化装置衬里工程中，这种材料适用于满足紧急抢修工程需要。新型添加剂、结合剂的应用，显著提高了耐火材料产品的质量、高温使用性能及使用寿命。
3.2.4？耐火材料高温使用在线检测
在高温使用时以提高安全性为目标，对耐火材料进行在线检测，实现安全化智能化使用，防止漏穿或过早更换。
3.2.5？耐火材料工业自身发展的重点
发展高效节能耐火材料；发展耐火材料综合优化配置技术；发展环保生态绿色耐火材料；实施用后耐火材料再利用；开展新型不定形耐火材料功能添加剂的开发研究，特别是环保型结合剂的研究开发。研究和开发隔热效果更好、强度耐磨性更高的先进单层衬里材料也是一项重要任务。
3.2.6？进一步提高国家标准
国内A级衬里材料在施工性、加水量敏感性等方面跟国外相比存在一定的差距。仅停留于满足国家标准的最低要求和工程项目中存在追求低价中标的现实，很显然对确保产品质量和鼓励使用优质材料不利。因此进一步提高国家标准的要求值，激励科研单位和供货厂商开发研制高水平的衬里材料，让用户有使用优质衬里材料的积极性，这些措施对于提高我国衬里水平、确保衬里设备的质量很有必要。
4 结束语
我国催化裂化装置用衬里材料技术发展飞块，只有根据催化裂化装置生产特点，积极采用不定形耐火材料领域的先进技术、产、学、研三结合，以自主创新为核心的科技发展将成为中国耐火材料工业发展的主要推动力。致力于提高产品质量，促进节能减排，促进科技发展。才能创造出优质的衬里材料。
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作者简介
沈美菊（1967—），女，江苏张家港，大学本科，工程师。现任职于中石化宁波工程有限公司技术中心，从事施工技术管理工作，职位：中级业务主管。主要专业：防腐、隔热、衬里、土建。参与主编石油化工行业标准：《石油化工涂料防腐蚀工程施工技术规程》SH/3606-2011及《石油化工涂料防腐蚀工程施工质量验收规范》SH/ T3548-2011，参与主审国家标准：《石油化工绝热工程施工质量验收规范》GB50645-2011，现任中石化施工技术规范站防腐专业技术委员及中石化集团公司防腐、隔热、衬里、土建方面的评标专家。