随着国家对节能降耗和环保减排的更高要求，乙烯装置作为石油化工能源消耗大户将面临更大的压力和挑战。裂解炉的能耗约占整个乙烯装置能耗的50%，因此提高裂解炉的热效率，减少能量消耗，对降低整个乙烯装置能耗意义重大。

裂解炉辐射段衬里位于辐射段壁板内侧，其主要作用是耐火和隔热，降低壁板散热量，提高热效率，并能保持长周期使用而不损坏。但裂解炉经长周期运行后，辐射段衬里会出现裂缝、锚固件失效、保温结构脱落等现象，使炉墙外壁温度过高，导致裂解炉散热损失增大，热效率下降。炉墙温度过高还可能使炉体钢结构变形坍塌。过高的外壁温度还会影响操作人员正常操作，容易造成意外烫伤。

造成辐射段衬里损坏的因素众多，衬里结构设计的合理性、保温材料的性能及安装施工的质量是保证辐射段衬里使用寿命的关键因素。通过不断优化设计，在不同位置选择最适合的耐火材料及锚固件，根据实际情况分析失效原因，改进设计方案，着重加强安装施工环节管理，严格质量控制，从而防止炉墙外壁温度过热，延长辐射段衬里使用寿命。

1、辐射段衬里设计施工

裂解炉辐射段衬里主要包含炉底衬里、辐射段侧墙与端墙衬里、横跨段衬里和炉顶衬里。

在无风、环境温度为27℃的条件下，辐射段、对流段、烟囱和热烟风管道的外壁温度应不超过82℃，辐射段底部的外表面温度应不超过90℃。炉体上开孔边缘mm范围内的外壁温度应不超过℃。燃烧器开孔周围mm范围内的外壁温度应不超过℃。

根据上述原则进行炉墙传热计算，设计出辐射段衬里各部分结构。

1.1辐射段炉底和横跨段底部衬里

辐射段炉底和横跨段底部衬里作为施工安装作业面需要承重或被踩踏，一般选用耐压强度较高且整体性较好的隔热耐火浇注料结构。浇注料的耐温等级越高，导热系数越大，所以从经济和厚度方面考虑，根据辐射段炉底和横跨段底部由内到外温度的变化选用多层不同等级的浇注料，见图1。背衬采用陶瓷纤维板，单层浇注料的厚度不小于50mm，热面层浇注料厚度应不小于75mm。辐射段炉底为水平结构，一般只承受压力，不需要抗拉强度。除满足运输等特殊要求外，辐射段炉底和横跨段底部为浇注料结构时一般不需要使用锚固件，多余的锚固件还可能加速热传导使炉底超温。

为防止浇注料中水分渗入陶瓷纤维板，两者之间可铺防水纸隔开，也可选用憎水性的陶瓷纤维板。不同等级的浇注料应分层浇注，每层达到规定的养护时间和强度后才能浇注下一层。每层隔热耐火浇注料之间应留有不贯通的膨胀缝并用陶瓷纤维毯填充。为防止积灰堵塞膨胀缝和高温火焰直接冲刷，可在膨胀缝上盖1层耐火砖。辐射段炉底和横跨段底部四周和燃烧器开孔周围也应留有膨胀缝。

1.2炉墙衬里

辐射段炉墙衬里为自支承结构，炉墙衬里不能直接置于炉底浇注料衬里上。通常情况下，裂解炉辐射段4m以下受火焰直接冲刷的炉墙衬里应采用拉砖结构，见图2。通过托砖板分段承重，将重量传导到辐射段钢结构框架上，并保证至少15%的耐火隔热砖被固定。

炉墙采用轻质高强耐火隔热砖加气硬性耐火泥浆砌筑，背衬采用陶瓷纤维毯并用陶瓷纤维板找平，迎火面采用28级砖，其余采用23级砖。施工时根据要求在砖墙留有水平和垂直方向的膨胀缝并用陶瓷纤维毯压缩填充，膨胀缝和托砖板处耐火砖不用泥浆连接。砖结构耐冲刷，导热低，使用寿命长，但可塑性差，一般需要现场砌筑，施工周期较长。

辐射段4m以上的炉墙多采用密度小、隔热性能较好的陶瓷纤维背衬+陶瓷纤维模块复合衬里结构。常用的陶瓷纤维模块有陶瓷纤维折叠模块(见图3)和陶瓷纤维整体模块两大类。

陶瓷纤维折叠模块是用陶瓷纤维毯折叠压缩而成，这种结构只能在一个方向压缩，并且仅折叠皱褶面可以作为受热面。一般采用立砌法，水平压缩方向可自由膨胀，竖直非压缩方向需要采用U型折叠的陶瓷纤维毯补偿热收缩。陶瓷纤维整体模块是采用生产过程中加入润滑剂等手段而得到的陶瓷纤维模块，可以向任何方向压缩，不需要额外的陶瓷纤维毯补偿收缩量。在高温环境下，模块中添加的润滑剂被烧掉，使陶瓷纤维整体模块变硬强度增大，可抵抗气流冲刷，但造价略高于陶瓷纤维折叠模块。选择陶瓷纤维模块衬里方案时应综合考虑陶瓷纤维模块导热系数、单位造价和燃料价格波动，还应考虑产品使用寿命、检维修成本等，计算出最经济合理的衬里方案。

1.3横跨段

横跨段烟气集中，并且流速高，气流冲刷非常严重。拐角可采用陶瓷纤维整体模块结构替代层铺毯、陶瓷纤维折叠模块结构。

穿膛柱对隔热性和耐冲刷要求较高，传统采用层铺毯、陶瓷纤维折叠模块或砌砖结构。砖结构耐冲刷但整体性可塑性差，体积密度大，炉体荷载加大。陶瓷纤维折叠模块也容易热收缩，层铺毯整体性较好但耐冲刷性能较差。推荐使用陶瓷万方数据纤维整体模块结构。

1.4炉顶衬里设计

炉顶衬里同炉墙相同可采用陶瓷纤维折叠模块或陶瓷纤维整体模块。炉顶采用折叠模块时，还需要用门型锚固钉固定补偿毯，见图4。炉顶盖板多采用陶瓷纤维层铺毯结构。炉顶盖板层铺毯在炉管进出口部位宜分层交错切缝，避免出现贯通缝。应用专用工具打孔下料，孔径比实际管径略小，保证管口密封性。建议尽量使用大幅层铺毯，以减少接缝。层铺毯安装时，可用快速卡固定。锚固钉之间的距离不宜超过mm。

1.5看火孔及门类

看火孔和作业门衬里结构与炉体衬里之间受热产生缝隙会使周围温度上升，应确保压缩毯的压缩量以保证缝隙密封性。砖墙部位的采用砖砌看火孔。作业门和检修门采用耐火砖干砌结构，以方便检查维修操作。陶瓷纤维模块炉墙部位一般采用真空成型、陶瓷纤维折叠模块或陶瓷纤维整体模块看火孔。

1.6锚固件布置与选材

辐射段衬里锚固件包含托砖板、拉砖钩、陶瓷纤维模块锚固件及浇注料锚固钉等。合理的锚固钉布置和材质选择对辐射段衬里结构至关重要。辐射段炉墙衬里的全部重量都需要通过锚固件传递到炉体钢结构上，锚固件间距过大，衬里稳定性及整体性较差，锚固钉布置过密又会使热量通过锚固件传导到壁板，使壁板超温。可通过控制陶瓷纤维模块尺寸使锚固钉布置合理化。

为保证辐射段衬里长期使用的牢固性，锚固钉的材料选择应根据锚固件顶部的最高温度选取，见表1.

1.7辐射段衬里施工注意事项

施工前应对辐射段钢结构进行密封检查，防止雨水漏入炉内损坏衬里结构。还应对炉内表面除锈，现场施焊处刷有机硅耐热漆。辐射段衬里施工及其保温材料运输应设置防雨防冻措施。衬里施工前应对全部锚固件进行焊牢度检查。耐火砖和陶瓷纤维模块的背衬毯应压缩紧实，以补偿壁板或炉墙衬里局部变形，防止出现缝隙形成空气对流。砌筑不同等级的耐火砖应使用配套的泥浆。

2、辐射段衬里失效原因分析

2.1陶瓷纤维材料收缩脱落

耐火材料在长期高温作用下，可能进一步烧结和产生物相的变化，引起不可逆的体积收缩或膨胀。辐射段衬里结构中的陶瓷纤维耐火材料经过长时间高温使用后，会发生高温蠕变、析晶现象，使纤维失去弹性，强度变差，在自身重力及烟气冲刷下脱落。这种情况主要与材料自身的特性和使用寿命有关，只能通过定期维修更换或选择新的材料品类。

2.2砖墙开裂

辐射段炉墙耐火砖受热膨胀出现裂缝，一种情况是由于砖墙设计时设置的膨胀缝数量不足;另一种情况可能是膨胀缝的施工质量问题影响其正常位移，导致耐火砖的热应力无法释放。砖墙设计时应详细核算膨胀量并保证膨胀缝的施工质量，施工过程中及时清除膨胀缝中的泥浆碎砖等杂物。

2.3砖墙膨胀缝中压缩毯脱落使壁板超温

因长期处在高温环境中，砖墙膨胀缝中填塞的陶瓷纤维压缩毯容易受热变形损坏，且陶瓷纤维压缩毯直接受火焰冲刷，损坏后极易脱落，使膨胀缝处壁板温度升高，高温火焰还会对砖墙背衬造成损坏，甚至造成壁板变形。可寻找新的耐高温耐冲刷替代材料。

2.4锚固钉焊接不牢或衬里缝隙造成的结构损坏

由于施工质量不佳使衬里局部出现缝隙，或单个锚固钉松动，使衬里变形，造成空气对流波及大面积衬里结构损坏。

2.5托砖板螺栓松动造成砖墙不稳定

由于施工时砖墙局部托砖板的螺栓未拧紧，托砖板受到向下重力后发生倾斜，造成砖墙不稳定甚至坍塌。

2.6锚固件材质选择不合理

由于设计过程中部分锚固件材质选择不合理，锚固件经过长期使用后发生氧化、腐蚀变形，造成辐射段衬里脱落。

2.7炉顶盖板层铺毯与进出口炉管出现缝隙

由于辐射炉管进出口有较大的位移和振动，使原本密封良好的炉顶盖板层铺陶瓷纤维毯与炉管间隙变大，热气流进入层铺毯和壁板之间的缝隙，使壁板温度升高。该问题可以通过优化盖板密封结构，并增强炉顶密封的保温性能加以解决。

3、结语

裂解炉辐射段衬里的设计及施工是一个系统工程，通过不断研究各种耐火材料的性能，设计出经济合理的衬里结构，进而全面提高辐射段衬里的使用寿命，延长裂解炉运行周期。结合实际情况不断分析改进，优化设计方案，提高裂解炉设计水平。随着设计水平施工水平的不断提高及新材料、新技术的研发应用，制约辐射段衬里的上述问题将会逐步解决，辐射段衬里的整体性能会越来越好，裂解炉热效率会不断提高。