一种高温设备的耐火衬里结构的制作方法

本实用新型涉及到化工设备领域，特别是涉及一种高温设备的耐火衬里结构。

背景技术：

在化工装置中，经常会遇到介质温度较高的设备，并且介质的流速较快，有时还存在一定的气流冲刷震动。在这种情况下，可以选择耐高温的材料，但投资成本较大。一般做法是在设备内部设置耐火衬里结构，并在耐火材料表面增加一层较薄的不锈钢金属衬里作为保护。该不锈钢金属衬里可以阻止高温气体直接对耐火材料的接触与冲刷，即便耐火材料发生较小的破坏或开裂，高温气体也不会直接通过破坏或开裂区域与设备壳体接触，造成设备壳体超温现象的产生。不锈钢金属衬里在高温设备耐火衬里结构设计中起着至关重要的作用。

然而，不锈钢金属衬里的设置也会带来新的问题，很容易出现不锈钢金属衬里由于热膨胀受限而开裂，耐火材料发生开裂、脱落，进而高温气体直接穿透耐火衬里结构与设备壳体接触，造成设备壳体超温，大大缩短了设备的使用寿命。

另外，随着新工艺流程的开发，反应所需要的介质温度越来越高，对耐火衬里结构提出了更高要求。设计出可靠的耐火衬里结构，确保设备长周期安全、可靠的运行成为设计者关注的焦点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是解决现有高温设备耐火衬里结构出现失效造成设备壳体超温，影响设备安全使用和检修频率过高的问题，提供一种耐火衬里结构，所述耐火衬里结构包括不锈钢金属衬里、用于支撑所述不锈钢金属衬里的密封锥支撑件、耐火材料层和固定件；所述耐火材料层包裹设备的壳体；密封锥支撑件的一端与所述不锈钢金属衬里连接，密封锥支撑件的另一端与所述壳体连接；所述固定件设于所述耐火材料层内，用于将所述耐火材料层固定于所述壳体上；所述不锈钢金属衬里与所述耐火材料层之间，以及不锈钢金属衬里的轴向均设有膨胀间隙。本实用新型高温设备的耐火衬里结构在保证设备的安全运行，且设备壳体外表面温度满足工艺设计要求的前提下，降低了高温设备检修频次，并且延长了高温设备及耐火衬里结构的使用寿命。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种耐火衬里结构，所述耐火衬里结构包括不锈钢金属衬里、用于支撑所述不锈钢金属衬里的密封锥支撑件、耐火材料层和固定件；

所述耐火材料层包裹设备的壳体；

密封锥支撑件的一端与所述不锈钢金属衬里连接，密封锥支撑件的另一端与所述壳体连接；

所述固定件设于所述耐火材料层内，用于将所述耐火材料层固定于所述壳体上；

所述不锈钢金属衬里与所述耐火材料层之间，以及不锈钢金属衬里的轴向均设有膨胀间隙。

优选地，所述不锈钢金属衬里与所述耐火材料层之间的膨胀间隙为径向膨胀间隙，不锈钢金属衬里轴向设置的膨胀间隙为轴向膨胀间隙。

更优选地，所述不锈钢金属衬里包括第一段不锈钢金属衬里本体、第二段不锈钢金属衬里本体和轴向膨胀节单元，所述轴向膨胀节单元包括第一挡板、第二挡板、第一垫板和第二垫板，所述第一段不锈钢金属衬里本体以及所述第二段不锈钢金属衬里本体部分位于所述第一挡板和所述第二挡板之间，所述第一挡板的一端通过所述第一垫板与所述第一段不锈钢金属衬里本体连接，所述第二挡板的一端通过所述第二垫板与所述第一段不锈钢金属衬里本体连接，所述第一段不锈钢金属衬里本体、所述第二段不锈钢金属衬里本体和所述轴向膨胀节单元之间形成所述轴向膨胀间隙。

进一步更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)所述第一垫板与所述第二垫板分别设于所述第一段不锈钢金属衬里本体的外壁侧和内壁侧上；

2)密封锥支撑件的一端与所述不锈钢金属衬里的第二挡板连接，密封锥支撑件的另一端与所述壳体连接。

优选地，所述密封锥支撑件与所述壳体之间的夹角α为20～60°。

优选地，所述密封锥支撑件的厚度为3～12mm。

优选地，所述密封锥支撑件包括与所述不锈钢金属衬里连接的第一支撑单元和与所述壳体连接的第二支撑单元，所述第一支撑单元的材料与所述不锈钢金属衬里的材料相同，所述第二支撑单元的材料与所述壳体的材料相同。

优选地，所述耐火材料层为浇注料，如轻质浇注料、中质浇注料或其它能够满足设备壳体壁温要求的浇注料。

优选地，所述密封锥支撑件将所述耐火材料层分割为第一耐火材料单元和第二耐火材料单元，所述第一耐火材料单元位于所述第二耐火材料单元的上方，所述不锈钢金属衬里、所述密封锥支撑件和所述第一耐火材料单元之间设有第一耐火材料保护单元，所述壳体、所述密封锥支撑件和所述第二耐火材料单元之间设有第二耐火材料保护单元。

更优选地，所述第一耐火材料保护单元的材料为软质隔热耐火材料，如派罗块、陶纤块等，所述第二耐火材料保护单元的材料为陶瓷纤维毯，其厚度可为10～30mm。

本实用新型高温设备的耐火衬里结构包括不锈钢金属衬里、用于支撑所述不锈钢金属衬里的密封锥支撑件、耐火材料层和固定件，所述不锈钢金属衬里与所述耐火材料层之间，以及不锈钢金属衬里的轴向均设有膨胀间隙，对不锈钢金属衬里的轴向设有膨胀间隙，并且第一次引入密封锥支撑件，密封锥支撑件的一端与所述不锈钢金属衬里连接，密封锥支撑件的另一端与所述壳体连接，将耐火衬里结构划分成几个独立腔体，增加了耐火衬里结构的可靠性，降低检修频次，保证高温设备壳体外表面温度在设计规定的范围内，提高了高温设备的运行的安全性和使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的耐火衬里结构的剖视图。

图2为本实用新型实施例1中不锈钢金属衬里的轴向膨胀节单元的剖视图。

附图标记：

1不锈钢金属衬里

11第一段不锈钢金属衬里本体

12轴向膨胀节单元

13第二段不锈钢金属衬里本体

121第一挡板

122第二挡板

123第一垫板

124第二垫板

2密封锥支撑件

21第一支撑单元

22第二支撑单元

3耐火材料层

31第一耐火材料单元

32第二耐火材料单元

4固定件

5壳体

6径向膨胀间隙

7轴向膨胀间隙

8第一耐火材料保护单元

9第二耐火材料保护单元

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1和图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

一种耐火衬里结构，如图1所示，所述耐火衬里结构包括不锈钢金属衬里1、用于支撑所述不锈钢金属衬里1的密封锥支撑件2、耐火材料层3和固定件4；

所述耐火材料层3包裹设备的壳体5；

密封锥支撑件2的一端与所述不锈钢金属衬里1连接，密封锥支撑件2的另一端与所述壳体5连接；

所述固定件4设于所述耐火材料层3内，用于将所述耐火材料层3固定于所述壳体5上；

所述不锈钢金属衬里1与所述耐火材料层3之间，以及不锈钢金属衬里1的轴向均设有膨胀间隙。

所述密封锥支撑件对不锈钢金属衬里1起支撑作用，限制其连接处的轴向位移。

所述密封锥支撑件2将耐火衬里结构划分成几个独立腔体，防止窜气发生，大大减小壳体超温现象发生。

在一个优选的实施例中，所述不锈钢金属衬里1与所述耐火材料层3之间的膨胀间隙为径向膨胀间隙6，不锈钢金属衬里1轴向设置的膨胀间隙为轴向膨胀间隙7。所述径向膨胀间隙6用于应对不锈钢金属衬里1在径向方向的热膨胀，尽量保持从上至下不同高度的径向膨胀间隙相同，所述轴向膨胀间隙7用于应对不锈钢金属衬里1在轴向方向的热膨胀。

在一个优选的实施例中，如图2所示，所述不锈钢金属衬里1包括第一段不锈钢金属衬里本体11、第二段不锈钢金属衬里本体13和轴向膨胀节单元12，所述轴向膨胀节单元12包括第一挡板121、第二挡板122、第一垫板123和第二垫板124，所述第一段不锈钢金属衬里本体11以及所述第二段不锈钢金属衬里本体13部分位于所述第一挡板121和所述第二挡板122之间，所述第一挡板121的一端通过所述第一垫板123与所述第一段不锈钢金属衬里本体11连接，所述第二挡板122的一端通过所述第二垫板124与所述第一段不锈钢金属衬里本体11连接，所述第一段不锈钢金属衬里本体11、所述第二段不锈钢金属衬里本体13和所述轴向膨胀节单元12之间形成所述轴向膨胀间隙7。所述第一挡板121和所述第二挡板122降低气体流速，减小高温气体对耐火材料的冲刷。所述轴向膨胀节单元12用于应对不锈钢金属衬里1在轴向方向的热膨胀。

在一个优选的实施例中，还包括如下技术特征中的至少一项：

1)所述第一垫板123与所述第二垫板124分别设于所述第一段不锈钢金属衬里本体11的外壁侧和内壁侧上；

2)密封锥支撑件2的一端与所述不锈钢金属衬里1的第二挡板122连接，密封锥支撑件2的另一端与所述壳体5连接。

所述第一垫板123与所述第二垫板124目的是让所述第一挡板121和所述第二挡板122与第一段不锈钢金属衬里本体和第二段不锈钢金属衬里本体之间有一定的间隙，便于安装、利于受热之后自由膨胀以及便于焊接。

在一个优选的实施例中，所述密封锥支撑件2与所述壳体5之间的夹角α为20～60°，夹角α的合理设置可以方便不锈钢金属衬里的热膨胀，最大限度降低密封锥支撑件与不锈钢金属衬里和壳体连接处的应力。

在一个优选的实施例中，所述密封锥支撑件2的厚度为3～12mm，厚度太大，刚性太强，不利于密封锥支撑件的热变形；合适的厚度，可以使整个结构的刚度与变形相协调，有利于降低结构应力。

在一个优选的实施例中，所述密封锥支撑件2包括与所述不锈钢金属衬里1连接的第一支撑单元21和与所述壳体5连接的第二支撑单元22，所述第一支撑单元的材料与所述不锈钢金属衬里1的材料相同，所述第二支撑单元22的材料与所述壳体5的材料相同。相同材料的焊接可以减小连接处的应力，并且线膨胀系数一致，热变形相协调。

在一个优选的实施例中，所述耐火材料层为浇注料，如轻质浇注料、中质浇注料或其它能够满足设备壳体壁温要求的浇注料。

在一个优选的实施例中，所述密封锥支撑件2将所述耐火材料层3分割为第一耐火材料单元31和第二耐火材料单元32，所述第一耐火材料单元31位于所述第二耐火材料单元32的上方，所述不锈钢金属衬里1、所述密封锥支撑件2和所述第一耐火材料单元31之间设有第一耐火材料保护单元8，所述壳体、所述密封锥支撑件2和所述第二耐火材料单元32之间设有第二耐火材料保护单元9，第一耐火材料保护单元8和第二耐火材料保护单元9防止密封锥支撑件2产生热变形而挤压耐火材料层3，造成耐火材料层3的破坏。

在一个优选的实施例中，所述第一耐火材料保护单元8的材料为软质隔热耐火材料，如派罗块、陶纤块等，所述第二耐火材料保护单元9的材料为陶瓷纤维毯。陶瓷纤维毯的厚度可以为10～30mm。例如，如图1所示，在不锈钢金属衬里1和密封锥支撑件2尖角处安装派罗块或陶纤块，所述密封锥支撑件2的背面放置陶瓷纤维毯。

在符合本领域常识的基础上，根据高温设备的详细设计参数和结构参数，上述各优选条件，可以任意组合，即得本实用新型各较佳实例。

工程实例1

一台高温设备的内径为2200mm，操作温度为705℃，设计压力为0.276mpa，设备壳体的操作温度范围需保证在120～315℃之间。本实用新型耐火衬里结构如图1和图2所示。

该高温设备的耐火衬里结构包括不锈钢金属衬里1、用于支撑所述不锈钢金属衬里1的密封锥支撑件2、耐火材料层3和固定件4；所述耐火材料层3包裹设备的壳体5；密封锥支撑件2的一端与所述不锈钢金属衬里1连接，密封锥支撑件2的另一端与所述壳体5连接；所述固定件4设于所述耐火材料层3内，用于将所述耐火材料层3固定于所述壳体5上；所述不锈钢金属衬里1与所述耐火材料层3之间，以及不锈钢金属衬里1的轴向均设有膨胀间隙。

所述不锈钢金属衬里1与所述耐火材料层3之间的膨胀间隙为径向膨胀间隙6，不锈钢金属衬里1轴向设置的膨胀间隙为轴向膨胀间隙7。

该径向膨胀间隙根据不锈钢金属衬里1直径、操作温度及线膨胀系数计算确定。在该实施例中，该径向膨胀间隙取为25mm。

所述不锈钢金属衬里1包括第一段不锈钢金属衬里本体11、第二段不锈钢金属衬里本体13和轴向膨胀节单元12，所述轴向膨胀节单元12包括第一挡板121、第二挡板122、第一垫板123和第二垫板124，所述第一段不锈钢金属衬里本体11以及所述第二段不锈钢金属衬里本体13部分位于所述第一挡板121和所述第二挡板122之间，所述第一挡板121的一端通过所述第一垫板123与所述第一段不锈钢金属衬里本体11连接，所述第二挡板122的一端通过所述第二垫板124与所述第一段不锈钢金属衬里本体11连接，所述第一段不锈钢金属衬里本体11、所述第二段不锈钢金属衬里本体13和所述轴向膨胀节单元12之间形成所述轴向膨胀间隙7。所述第一垫板123与所述第二垫板124分别设于所述第一段不锈钢金属衬里本体11的外壁侧和内壁侧上。

轴向膨胀节单元12中预留了轴向膨胀间隙供不锈钢金属衬里1轴向热膨胀，该轴向膨胀间隙根据两个密封锥支撑件之间的距离、操作温度以及不锈钢金属衬里1的线膨胀系数计算确定。

第一垫板123和第二垫板124的主要作用可以留出足够的空间方便第一段不锈钢金属衬里本体和第二段不锈钢金属衬里本体的安装；第一挡板121和第二挡板122可以降低气体的流速，避免高温气体对耐火材料直接冲刷。

密封锥支撑件2的一端与所述不锈钢金属衬里1的第二挡板122连接，优选与所述不锈钢金属衬里1的第二挡板122的下部分连接，可以减小密封锥支撑件2的热应力，密封锥支撑件2的另一端与所述壳体5连接。

所述密封锥支撑件2与所述壳体5之间的夹角α为25°。

所述密封锥支撑件2的厚度为4mm。

所述密封锥支撑件2包括与所述不锈钢金属衬里1连接的第一支撑单元21和与所述壳体5连接的第二支撑单元22，所述第一支撑单元的材料与所述不锈钢金属衬里1的材料相同，所述第二支撑单元22的材料与所述壳体5的材料相同。

所述耐火材料层3为轻质浇注料。所述固定件4为锚固钉，焊接在设备壳体5上，用于固定轻质浇注料，防止轻质浇注料脱落。

所述密封锥支撑件2将所述耐火材料层3分割为第一耐火材料单元31和第二耐火材料单元32，所述第一耐火材料单元31位于所述第二耐火材料单元32的上方，所述不锈钢金属衬里1、所述密封锥支撑件2和所述第一耐火材料单元31之间设有第一耐火材料保护单元8，所述壳体、所述密封锥支撑件2和所述第二耐火材料单元32之间设有第二耐火材料保护单元9。

所述第一耐火材料保护单元8的材料为派罗块，所述第二耐火材料保护单元9的材料为陶瓷纤维毯。经过传热计算，为了满足设备壳体操作温度的要求，耐火材料轻质浇注料3的厚度为110mm。

当设备在高温下运行时，不锈钢金属衬里1会产生径向膨胀和轴向膨胀，由于提前预留了膨胀间隙，不锈钢金属衬里1可以自由进行热膨胀，同时也不会挤压轻质浇注料5，避免了轻质浇注料5受挤压而发生开裂。密封锥支撑件2将耐火衬里结构划分成几个独立腔体，防止窜气发生，大大减小了设备壳体超温现象发生，确保设备长周期安全、可靠的运行。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。