Ceramic Fiber and Refractory Castable Linings in a Refinery Furnace: A Case Report from Haditha Refinery

Abbas Jawad; Shaymaa N. Rasham; Amer H. Mohammed; Hussein R. Abood; Hasan J. Al-Abedi

doi:10.52716/jprs.v16i3.1211

المؤلفون

Abbas Jawad وزارة النفط، شركة مصافي الوسط، مصفى الدورة
Shaymaa N. Rasham وزارة النفط، شركة مصافي الوسط، مصفى الدورة
Amer H. Mohammed وزارة النفط، شركة مصافي الوسط
Hussein R. Abood وزارة النفط، شركة مصافي الوسط، مصفى الدورة
Hasan J. Al-Abedi قسم الهندسة الكيميائية والحيوية الكيميائية، جامعة ميسوري للعلوم والتكنولوجيا، رولا، ميسوري 65409-1230، الولايات المتحدة الأمريكية.

DOI:

https://doi.org/10.52716/jprs.v16i3.1211

الكلمات المفتاحية:

Refractory Castable; Ceramic Fibers; Furnace Lining; Case Report; Haditha Refinery; Thermal Simulation.

الملخص

تزود معظم أفران التكرير بغلاف معدني يحيط بالهيكل بأكمله، مع طبقة خلفية في البطانات لحماية البطانة العاملة من الظروف القاسية اعتمدت طرق العزل الحراري التقليدية في وحدات الأفران صغيرة الحجم على الخرسانات الحرارية المقاومة للصهر، في حين توفّر الألياف الخزفية خواصاً حرارية مختلفة، إلا أن هذا التركيب لا يسمح بإجراء مقارنة مباشرة بين المواد. تعرض هذه دراسة حالة لفرن تسخين النفط الخام عام 2023 في مصفى حديثة، حيث تم استخدام الألياف الخزفية في منطقة الإشعاع (حوالي 800 درجة مئوية، بمساحة 103 م²) والخرسانة المقاومة للصهر في مناطق الحمل الحراري (حوالي 450 درجة مئوية، بمساحة 250 م²). ونظراً لاختلاف المنطقتين في درجة الحرارة، وآلية انتقال الحرارة، والإجهاد الميكانيكي، فإن هذه الدراسة لا تقدّم مقارنة مباشرة بين المواد. أسفرت النمذجة الحرارية في الحالة المستقرة عن تقدير كثافة التدفق الحراري بحوالي 1850 واط/م² للألياف الخزفية تحت ظروف تشغيلها الفعلية، وحوالي 3120 واط/م²للخرسانة المقاومة للصهر تحت ظروفها الخاصة. تم عرض تقديرات نظرية لكثافة التدفق الحراري، غير أنه لا يمكن إجراء مقارنة مباشرة بين المواد نظراً لاختلاف ظروف التشغيل. لم يتم جمع بيانات فعلية عن استهلاك الوقود أو قياسات لدرجات الحرارة السطحية الخارجية. جميع تقديرات فقدان الحرارة واستهلاك الوقود المعروضة في هذه الورقة هي تقديرات نظرية، تستند إلى نمذجة التوصيل الحراري في الحالة المستقرة باستخدام قيم التوصيل الحراري المقدمة من قبل الشركة المصنعة. ولم تسجل اي نسبة مئوية متحققة عمليا لتوفير الوقود.

المراجع

Ministry of Oil, Haditha Refinery. North Refineries Company.

O. M. Injor, E. R. Sadiku, M. L. Teffo, M. M. Ramakokovhu, V. U. Agbogo, and W. K. Kupolati, “Advances in the development, processing, and application of locally sourced clay-based refractory materials for furnace application in Nigeria,” Science, Engineering and Technology, vol. 5, no. 2, pp. 193–208, 2025, doi: https://doi.org/10.54327/set2025/v5.i2.300.

“Heat treating newsline … items of interest to JHT readers,” J. Heat Treating, vol. 6, pp. 2–3, 1988, doi: https://doi.org/10.1007/BF02833156.

W. Trinks, M. H. Mawhinney, R. A. Shannon, R. J. Reed, and J. R. Garvey, Industrial Furnaces, 6th ed. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, 2004.

M. Chen, Y. Jiang, Z. Cui, C. Wei, and B. Zhao, “Chemical degradation mechanisms of magnesia–chromite refractories in the copper smelting furnace,” JOM, vol. 70, no. 11, pp. 2443–2448, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/s11837-018-3083-x.

B. M. Thethwayo and J. D. Steenkamp, “A review of carbon-based refractory materials and their applications,” J. Southern African Inst. Mining Metallurgy, vol. 120, no. 11, pp. 641–650, 2020, doi: https://doi.org/10.17159/2411-9717/1011/2020.

P. Zhang, L. Kang, J. Wang, J. Guo, S. Hu, and Y. Ling, “Mechanical properties and explosive spalling behavior of steel-fiber-reinforced concrete exposed to high temperature—A review,” Appl. Sci., vol. 10, no. 7, Art. no. 2324, 2020, doi: https://doi.org/10.3390/app10072324.

M. D. M. Innocentini, F. A. Cardoso, M. M. Akyioshi, and V. C. Pandolfelli, “Drying stages during the heating of high-alumina, ultra-low-cement refractory castables,” Journal of the American Ceramic Society, vol. 86, no. 7, pp. 1146–1148, 2003, doi: https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2003.tb03438.x.

F. A. Cardoso, M. D. M. Innocentini, M. F. S. Miranda, F. A. O. Valenzuela, and V. C. Pandolfelli, “Drying behavior of hydratable alumina-bonded refractory castables,” Journal of the European Ceramic Society, vol. 24, no. 5, pp. 797–802, 2004, doi: https://doi.org/10.1016/S0955-2219(03)00326-1.

P. Kalifa, F.-D. Menneteau, and D. Quenard, “Spalling and pore pressure in HPC at high temperatures,” Cement and Concrete Research, vol. 30, no. 12, pp. 1915–1927, 2000, doi: https://doi.org/10.1016/S0008-8846(00)00384-7.

R. Salomão, F. A. Cardoso, M. D. M. Innocentini, L. R. M. Bittencourt, and V. C. Pandolfelli, “Effect of polymeric fibers on refractory castable permeability,” American Ceramic Society Bulletin, vol. 82, no. 4, pp. 51–56, 2003.

A. A. Jawad, “Studying the rheological and diffusion properties of polypropylene-polymethylmethacrylate reinforced with bentonite,” Engineering and Technology Journal, vol. 32, no. 7, pp. 1618–1639, 2014, doi: https://doi.org/10.30684/etj.32.7A.2.

N. J. Saleh and A. A. Jawad, “Studying the effect of both gas oil and diesel fuel on polypropylene-polycarbonate reinforcement with carbon black,” Engineering and Technology Journal, vol. 31, no. 11, pp. 2039–2054, 2013, doi: https://doi.org/10.30684/etj.31.11A3.

N. J. Salah and A. A. Jawad, “Studying the effect of addition of carbon black on rheological properties of polypropylene and polycarbonate,” Engineering and Technology Journal, vol. 31, no. 5, pp. 976–990, 2013, doi: https://doi.org/10.30684/etj.31.5A13.

S. Kamara, “A summarized review of refractory materials and their chemical components,” American Journal of Chemistry and Pharmacy, vol. 4, no. 1, pp. 37–47, 2025, doi: https://doi.org/10.54536/ajcp.v4i1.5789.

M. A. Atanga, F. Rezaei, A. Jawad, M. Fitch, and A. A. Rownaghi, “Oxidative dehydrogenation of propane to propylene with carbon dioxide,” Applied Catalysis B: Environmental, vol. 220, pp. 429–445, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.08.052.

C. Sadik, I. El Amrani, and A. Albizane, “Composition and refractory properties of mixtures of Moroccan silica-alumina geomaterials and alumina,” New Journal of Glass and Ceramics, vol. 3, no. 2, pp. 59–66, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/10.4236/njgc.2013.32010.

A. Jawad and S. Ahmed, “Analysis and process evaluation of metal dopant (Zr, Cr)-promoted Ga-modified ZSM-5 for the oxidative dehydrogenation of propane in the presence and absence of CO₂,” RSC Advances, vol. 13, no. 16, pp. 11081–11095, 2023, doi: https://doi.org/10.1039/D2RA08235G.

V. Lisitsyn, E. Polisadova, L. Lisitsyna, A. Tulegenova, I. Denisov, and M. Golkovski, “Efficiency dependence of radiation-assisted ceramic synthesis based on metal oxides and fluorides on initial powder particle sizes,” Photonics, vol. 10, no. 10, Art. no. 1084, 2023, doi: https://doi.org/10.3390/photonics10101084.

A. Jawad, “The effects of Fe, Mg, and Pt-doping on the improvement of Ni stabilized on Al₂O₃-CeO₃ catalysts for methane dry reforming,” RSC Advances, vol. 13, no. 47, pp. 33129–33145, 2023, doi: https://doi.org/10.1039/d3ra04809h.

A. A. Jawad, S. A. Ahmed, and H. J. Al-Abedi, “High-efficiency acid–base catalysts: ZrO₂, TiO₂, amine, and Br functionalized porous polymers for CO₂ and epoxide to cyclic carbonate conversion,” RSC Advances, vol. 15, no. 10, pp. 7630–7643, 2025, doi: https://doi.org/10.1039/D5RA00392J.

A. Jawad, F. Rezaei, and A. A. Rownaghi, “Porous polymeric hollow fibers as bifunctional catalysts for CO₂ conversion to cyclic carbonates,” Journal of CO₂ Utilization, vol. 21, pp. 589–596, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.jcou.2017.09.007.

A. Kant, Y. He, A. Jawad, X. Li, F. Rezaei, J. D. Smith, and A. A. Rownaghi, “Hydrogenolysis of glycerol over Ni, Cu, Zn, and Zr supported on H-beta,” Chemical Engineering Journal, vol. 317, pp. 1–8, 2017, doi: https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.02.064.

A. Garg, “Optimize fired heater operations to save money,” Hydrocarbon Processing, vol. 76, no. 6, pp. 97–104, Jun. 1997.

A. A. Jawad, S. A. Ahmed, and H. J. Al-Abedi, “Carbon dioxide reforming of methane over Ni-based catalysts: A comprehensive review of coke suppression strategies,” RSC Advances, vol. 16, no. 37, pp. 39071–39095, 2026, doi: https://doi.org/10.1039/D6RA03680E.

[1] DARCO Industries, “High Temperature Insulation and Refractory Materials Overview,” DARCO Industries, Australia, n.d.

A. N. Ahmed, A. T. Jarulah, B. A. A. Altabakh, A. M. Ahmed, and H. J. Mohammed, “Preparation and characterization of metal carbide zeolite composite catalyst,” Journal of Petroleum Research and Studies, vol. 13, no. 4, pp. 115–130, 2023, doi: https://doi.org/10.52716/jprs.v13i4.737.

[Meksan Ateş Tuğla Refrakter Malzemeleri Ltd. Şti., “Meksan Refrakter,” Çanakkale, Turkey, 2026. [Online]. Available: https://www.atesbeton.com/

H. J. Kadhim and B. M. Al-Dabbagh, “Study of properties of polyethylene glycol and its glass fibers composites under UV-Rad for oils filtration applications,” Journal of Petroleum Research and Studies, vol. 13, no. 1, pp. 118–131, 2023, doi: https://doi.org/10.52716/jprs.v13i1.672.

H. A. M. Hashim and H. A. K. Shahad Aljanabi, “Photo-degradation effect on naphtha octane number by using UV radiation,” Journal of Petroleum Research and Studies, vol. 8, no. 2, pp. 15–48, 2018, doi: https://doi.org/https://doi.org/10.52716/jprs.v8i2.231.

Directorate of housing. IRAQ - Ministry of Construction, Housing, and Public Municipalities.

[1] RBS Ravago İnşaat Yalıtım Ürünleri A.Ş., “Ravatherm Ceramic Fiber,” Ravago Building Solutions, Turkey, 2026. [Online]. Available: Ravatherm Ceramic Fiber.

F. Cardarelli, “Ceramics, refractories, and glasses,” in Materials Handbook: A Concise Desktop Reference, 2nd ed. London, U.K.: Springer, 2008, pp. 593–689, doi: 10.1007/978-1-84628-669-8.