تطبيق وحدات الألياف الخزفية في أفران تكسير الإيثيلين

تُعدّ أفران تكسير الإيثيلين من المعدات الأساسية في مصانع الإيثيلين، حيث تستهلك معظم الطاقة وتعمل في ظل ظروف بالغة الصعوبة. ويُمثل استهلاكها للطاقة عادةً أكثر من 60% من إجمالي استهلاك الطاقة في المصنع بأكمله. في ظل ظروف درجات الحرارة العالية، وكثافة التدفق الحراري العالية، والتشغيل المتكرر والإيقاف المتكرر على المدى الطويل، يجب أن تتمتع مادة بطانة الفرن ليس فقط بخصائص عزل حراري ممتازة، بل يجب أن تكون أيضًا مقاومة لدرجات الحرارة العالية والصدمات الحرارية، وأن تحافظ على استقرارها الهيكلي. مع اتجاه أفران التكسير نحو التشغيل عالي الحمولة ودورات التشغيل الطويلة، لم تعد المواد الحرارية التقليدية الكثيفة قادرة على تلبية المتطلبات المزدوجة لتوفير الطاقة والموثوقية. وقد أصبحت وحدات الألياف الخزفية المحتوية على الزركونيا، نظرًا لانخفاض موصليتها الحرارية ومقاومتها لدرجات الحرارة العالية وخفة وزنها، الخيار الأمثل لأنظمة بطانة أفران تكسير الإيثيلين الحديثة.

أشكال تطبيق وحدات الألياف الخزفية في أفران التكسير

في أفران تكسير الإيثيلين، تُستخدم الألياف الخزفية عادةً بالاشتراك مع الوحدات والألواح والمواد المساعدة المرنة في أقسام الإشعاع والحمل الحراري. تُستخدم وحدات الألياف الخزفية المحتوية على الزركونيا بشكل أساسي لبطانة الوجه الساخن لسقف وجدران الفرن في قسم الإشعاع. يتم تركيبها كوحدة واحدة باستخدام نظام تثبيت مخصص، لتشكيل هيكل من الألياف بالكامل محكم الإغلاق وقابل للتمدد بحرية، مما يخفف بشكل فعال من الإجهاد الحراري الناتج عن تقلبات درجات الحرارة. تُستخدم وحدات الألياف الخزفية غالبًا لطبقة العزل الخلفية لجدران الفرن في قسم الإشعاع وبطانة قسم الحمل الحراري. تضمن قوتها العالية للضغط والقوة الميكانيكية العزل الحراري مع توفير الدعم اللازم لهيكل الفرن. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم بطانيات الألياف الخزفية وورق الألياف ومنسوجات الألياف على نطاق واسع كمواد مساعدة لملء فواصل التمدد وعزل المثبتات والإغلاق المرن لمختلف الفتحات لمنع الدوائر القصيرة الحرارية.

العقد الرئيسية ومعالجة العملية

في هيكل وحدة الألياف الخزفية، تُعد منطقة الموقد واحدة من أهم العقد وأكثرها عرضة للتلف. عادةً، يتم تثبيت طوب الموقد وبطانة الألياف بشكل منفصل، مع تحقيق تحمل الأحمال بشكل مستقل من خلال مكونات الفولاذ المقاوم للصدأ. أثناء التركيب، يتم لف بطانية من الألياف الخزفية المحتوية على الزركونيا بسمك حوالي 20 مم حول السطح الخارجي لطوب الموقد وتثبيتها بسلك فولاذي مقاوم للحرارة. ثم تُستخدم وحدة الألياف الخزفية لضغط المنطقة وإغلاقها، مما يضمن إحكام الغلق والاستقرار الحراري عند نقطة التوصيل. لإطالة عمرها التشغيلي، تُغطى وحدات الألياف المحتوية على الزركونيوم عادةً بطبقة مقاومة للتآكل عالية الحرارة على سطحها الساخن بعد التركيب. يساهم هذا في منع تبلور الألياف وتفتتها بفعالية تحت تأثير تدفق الهواء عالي السرعة ودرجة الحرارة المرتفعة.

نقاط رئيسية في إدارة التشغيل والصيانة

يعتمد التشغيل الموثوق طويل الأمد لوحدات الألياف الخزفية على الاستخدام الموحد وإدارة الصيانة. أثناء التشغيل، يجب التحكم بدقة في معدلات التسخين والتبريد أثناء بدء تشغيل وإيقاف فرن التكسير لتجنب التلف الموضعي للبطانة نتيجة فروق درجات الحرارة المفرطة؛ وفي الوقت نفسه، يجب فحص حالة فواصل التمدد بانتظام، ومعالجة أي تشققات أو تقشر موضعي على سطح البطانة فورًا. للفحص والصيانة، يُنصح بإجراء فحص شامل مرة واحدة على الأقل سنويًا، مع التركيز على حالة إحكام إغلاق مفاصل الوحدات والزوايا وحول الشعلات، والتحقق من سلامة مسامير التثبيت والتغيرات في سمك البطانة، وتقييم حالة بطانة الفرن بشكل شامل بناءً على توزيع درجة الحرارة على السطح الخارجي للفرن. أثناء أعمال البناء والصيانة، يجب ارتداء معدات الحماية الشخصية مثل أقنعة الغبار لمنع تأثير غبار الألياف على العاملين.

مزايا التطبيق والقيمة الاقتصادية

تكمن المزايا الأساسية لوحدات الألياف الخزفية المحتوية على الزركونيوم في تأثيرها الشامل في توفير الطاقة ومزاياها الهيكلية. إذ يبلغ معامل توصيلها الحراري عادةً 0.1-0.2 واط/(متر·كلفن)، مما يقلل بشكل كبير من فقدان الحرارة من جدار الفرن ويحسن الكفاءة الحرارية الإجمالية لفرن التكسير؛ وفي الوقت نفسه، تُعد وحدات الألياف الخزفية أخف بنسبة تزيد عن 75% من المواد الحرارية التقليدية، مما يقلل بشكل فعال الحمل على الهيكل الفولاذي، كما أنها تتمتع بمقاومة ممتازة للصدمات الحرارية، ما يجعلها مناسبة لتقلبات ظروف التشغيل المتكررة في فرن التكسير. كما أن طريقة التركيب المعيارية تُقلل بشكل كبير من فترة الإنشاء ووقت التوقف عن العمل. من الناحية الاقتصادية، لا تُساهم وحدات الألياف الخزفية في تقليل استهلاك الوقود وتكاليف التشغيل فحسب، بل تُطيل أيضًا دورة الصيانة وتحسن استقرار وموثوقية تشغيل الجهاز.

بفضل أدائها الممتاز في العزل الحراري، واستقرارها الجيد في درجات الحرارة العالية، ونظام تطبيقاتها الهندسية المتطور، أصبحت وحدات الألياف الخزفية المحتوية على الزركونيوم دعمًا تقنيًا مهمًا لتحقيق تشغيل فعال وموفر للطاقة وذو دورة حياة طويلة لأفران تكسير الإيثيلين. من خلال التصميم الهيكلي المدروس، وعمليات الإنشاء الموحدة، والإدارة العلمية للتشغيل والصيانة، يمكن الاستفادة الكاملة من المزايا الشاملة لبطانات الأفران المصنوعة من الألياف الخزفية، مما يوفر ضمانًا موثوقًا للتشغيل الآمن والمستقر والمنخفض استهلاك الطاقة في مصانع الإيثيلين.