耐火性障害の一般的な 5 つの原因とその修正方法

Oct 25, 2023

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すべてのプロセス ヒーターは高温で動作し、耐火物で内張りされた筐体内のプロセス チューブで構成されており、プロセス チューブはガス燃焼または、あまり一般的ではありませんが石油燃焼からの輻射熱によって加熱されます。

耐火物ライニングは断熱性があり、熱損失を最小限に抑えるため、高温環境を維持するために不可欠です。 しかし、耐火物は高温にさらされると劣化し、修復工事を行わないと故障につながる可能性があります。

耐火物ライニングの種類には、耐火物セラミックファイバー、レンガ、キャスタブルまたはコンクリートが含まれます。 耐火物の故障により計画外の操業停止が発生した場合、工場は 1 日あたり 100 万ドル以上の生産損失を被る可能性があります。

耐火物の故障の最も一般的な原因、加熱されたヒーターや炉の損傷を検査する方法、通常の運転を中断することなくオンラインで耐火物を修理する方法を知ることは有益です。 以下は、耐火物破壊の一般的な原因です。

1. 使用年数による劣化

耐火物ライニングが古くなると、その物理的特性が変化します。 高温環境は材料内の結合剤に微細構造変化を引き起こし、表面強度や内部強度の損失につながります。 レンガやキャスタブルライニングなどの耐火材に圧縮荷重がかかると、局所的または広範囲にわたる破損が発生する可能性があります。

耐火物が火炎衝突を受けると、これは多くの輻射壁用途で一般的であり、耐用年数は短くなります。

石油暖房機では、燃焼生成物中の腐食剤により耐火物の劣化が促進されます。 幸いなことに、現在では石油焚きが使用される例はほとんどありません。

2. 不適合な耐火物

耐火材料の組み合わせは、加熱式ヒーターの一般的な特徴です。 ドアなどの開口部にはファイバーやレンガ素材が使用されることが多く、のぞき窓には IFB、キャスタブル、またはファイバー モジュールが使用される場合があります。

各材料は高温での特性が異なるため、異なる材料を使用した標準化された設計は困難になる可能性があります。 したがって、耐火物ライニングが損傷し、シェルが高温の排ガスにさらされたままになり、ホットスポットが発生する可能性があります。

耐火物が不適合になるリスクを軽減するには、耐火物供給業者と緊密に連携して、開口部の周囲に同等の材料が使用されていることを確認することをお勧めします。

3. サポートの喪失

あらゆる種類の耐火物ライニングは、加熱ヒーターの外部鋼シェルに取り付けられ、支持されています。 従来のサポートは、シェルに溶接されたアンカー システムによって提供されます。

多くの場合、シェルとアンカー間の溶接接合部が腐食によって損傷し、サポートが失われます。 腐食は、高温の煙道ガスが耐火物ライニングを貫通し、冷却シェルに到達して凝縮することによって引き起こされます。 局所的な環境は、最も弱い部分である溶接部の急速な酸化または腐食にとって理想的です。

サポートが失われると、個々のレンガやモジュールなどが脱落して金属シェルが露出したままになる可能性があり、これによりドミノ効果が発生し、隣接する耐火物ライニングが破壊されます。

ヨーロッパの工場で、CCR プラットフォーマーの放射セクションと対流セクションの間のトランジション シェル ダクトにホット スポットが発見されました。 このケースでは、屋根のセラミックファイバーブランケットが破損したため、シェルが高温の排ガスにさらされました。 これにより、外部シェルの温度が 1040°F (560°C) を超えました。

シェルが故障するまで過熱しないようにするには、CCR Platformer の生産速度を下げる必要があり、その結果、1 日あたり 400,000 ドルを超える生産損失が発生しました。

工場は Hot-tek の高温耐火物修理サービスを利用して、次の予定されている復旧まで問題を解決しました。 このサービスについては、このホワイトペーパーで後ほど詳しく説明します。

4. 機械的ストレス

耐火物の破壊につながる機械的ストレスを引き起こす可能性のある要因はいくつかあります。 これも：

不適切な設置またはメンテナンスは、耐火物の故障の一般的な原因です。 設置技術、硬化時間、不適切なサポート、低品質の材料などの要因はすべて、耐火物を弱め、破損の原因となる可能性があります。

耐火物の設置は製造段階から始まります。 耐火物が目的に適合していることを確認するには、メーカーと工場間の良好なコミュニケーションが重要です。 動作環境によって引き起こされる熱応力やその他のプロセスに耐性がある必要があります。 温度、起動と停止、排ガス温度と化学成分、必要な熱損失などのパラメータをすべて評価する必要があります。

耐火物は製造後、乾燥した換気の良い場所に保管し、高温または摩耗の多い作業環境には 3 か月以内に設置する必要があります。 正しく設置および保守されていれば、耐火物ライニングは 20 年以上持続します。

ただし、いくつかの特性により、インストール段階での問題が示唆される可能性があります。 たとえば、ファイバー モジュールが屋根から落ちたり、隙間が生じたりした場合は、スタッド溶接が不十分であるなどの問題が原因である可能性があります。 また、シェルの腐食の兆候である可能性もあります。これは、IGS の高速溶射などの保護合金被覆材が取り付け前にシェルに適用されていない場合によく発生します。

耐火物の破損につながる可能性のある設置上の問題は多岐にわたりますが、定期的かつ入念な検査は損傷を早期に特定し、修復作業を実行するのに役立ちます。

炉の損傷を検査する方法

問題領域を直接観察することはできないため、耐火物破損の最初の兆候は、外部鋼シェル上のホットスポットであることがよくあります。 IGS は、Cetek の Lancescope™ 加熱ヒーター検査ツールを設計および開発しました。 これにより、問題の範囲を特定するために高温炉の検査を行うことができ、多くの場合、コストのかかるヒーターの停止を回避できます。

高温検査システムは最先端のデジタル カメラ システムを使用しており、最大 3000°F (1650°C) で問題のある領域の鮮明で詳細な画像を提供します。 炉検査システムは、最小 2.75 インチ (7cm) の開口部に挿入でき、最大 30 フィート (10m) まで到達します。 1000°F (540°C) 未満のアプリケーションでは、ヒーター検査システムは高温光源を介して照明を提供し、最適な鮮明さを実現します。

ホット検査を実行すると、次のような利点があります。

耐火物を修復する方法

損傷が特定されると、通常は問題を解決するためのオプションがあります。 生産を中断して資産をオフラインにして従来の修理を実行することも、次の計画されたターンアラウンドまで炉のパフォーマンスを低下させて稼働し続けることもできます。 ただし、これにより既存の損傷がさらに悪化する可能性があります。

また、Hot-tek™ ではオンライン耐火物修理サービスを提供しています。このサービスではヒーターをオフラインにする必要がなく、生産が中断されたり、生産能力が制限されたりすることはありません。 これは、次に予定されているターンアラウンドまでの間、ダメージを一時的に修正するための良いオプションです。

耐火物技術者のチームは急遽出動することができ、修理には特別に設計されたコンポーネントと修理材料を挿入するための最小限のアクセスポイント開口部の作成が含まれ、少なくとも次の修理まで続く半永久的な修理が提供されます。

ケーススタディ: 高温耐火物の修理により加熱ヒーターの停止を防止

米国の製油所では、接触改質装置 (CCR) ヒーター ユニットに耐火物の完全性に関する重大な懸念があることが判明しました。 耐火セラミックファイバーが炉内にありませんでした。 その結果、屋根と側壁の複数の領域が高温にさらされ、鋼製の外殻が損傷しました。

製油所の炉の赤外線画像で問題領域が明らかに

この製油所は、石油精製、物流、コンビニエンスストア、アスファルト、再生可能エネルギーの資産を擁する下流のエネルギー会社で、生産能力は日量 150,000 バレル未満です。 この製油所では、さまざまな種類のガソリン、留出物、プロパン製品が製造されています。

工場は Hot-Tek にユニットの検査と高温耐火物の修理を依頼しました。 チームは、プロジェクト前の会議中に、CCR 加熱ヒーターの屋根上のホットスポットの赤外線画像を撮影しました。

橋壁では 1500°F/815°C 以上の温度に達していましたが、これは CCR 加熱ヒーターとしては比較的高い温度です。 以前の修理で利用された材料の選択では、このような上昇した橋壁温度には十分ではありませんでした。

Hot-Tek 熱間耐火物補修ソリューション

損傷した領域は、Hot-Tek 独自のバスケット スタイルの修復と、より大きなモジュールの修復という 2 つの技術を使用して修復されました。 損傷した炉の屋根の大きな部分はいくつかの部分に切断され、一度に 1 つずつ除去されました。 その後、高合金プレートとハードウェア、および高温セラミックファイバーで構成されるプレハブモジュールが製油所の長期修理ソリューションを生み出しました。 モジュールの周囲をシールするために、バスケット型の修復方法が使用されました。

ステップバイステップの Hot-Tek 修理ソリューション

設置されたドッグボックスの天井のモジュールスタイルを使用した Hot-Tek 炉の修理:

結果: Hot-Tek 熱間耐火物修復ソリューション

Hot-Tek プロジェクトは、合意された 8 日間のスケジュール内で完了しました。 製油所は修理の影響を受けることなくフル稼働で操業を続けた。 製油所が停止すれば、数百万ドルの生産損失が発生するだろう。

結論

耐火物の破損の原因は数多くありますが、炉の停止は生産と収益に多大な影響を与えるため、常に最後の手段としてください。 耐火物の破損のほとんどは動作環境に原因があり、よくある見落としは、これが耐火物の設計パラメータに与える影響を評価せずに炉の温度を上昇させることです。 過剰な能力を計画すると、設置後に仕様が変更された場合に耐火物が破損するリスクを軽減できます。

耐火物の損傷を理解し、防止することが、炉全体のパフォーマンスの鍵となります。 IGS は資産故障の影響を認識しており、世界中のプラントと協力して機器の信頼性とパフォーマンスを最適化しています。 耐火物の損傷を早期に特定し、その背後にある理由を理解することは、オペレーターが炉の稼働時間を増やし、全体的なパフォーマンスを最大化するのに役立ち、それによって失われた収益を数百万ドル節約できる可能性があります。

予期せぬパフォーマンスの損失が業務に影響を与えている場合、IGS は迅速に対応して、将来の損害の特定、修正、防止を支援します。

詳細については、integratedglobal.com をご覧ください。