3.2. Конструктивные элементы печей
Детали и узлы печей
Конструктивно трубчатая печь состоит из следующих основных деталей и узлов: фундамента; металлического каркаса; огнеупорной футеровки и тепловой изоляции; трубчатых змеевиков; оборудования для сжигания топлива с системой трубопроводов и арматуры; дымоходов и дымовой трубы; гарнитуры (трубных подвесок, опорных узлов, решеток, кронштейнов, подвесок для огнеупорных кирпичей или жаропрочных блоков, предохранительных дверок с гляделками и др.), а также вспомогательных устройств для обслуживания (площадок, лестниц, систем трубопроводов сжатого воздуха, пароснабжения и паротушения).
3.2.1.Фундаменты, каркасы, своды, стены и поды
Фундаменты печей. Фундамент проектируется с усилением под несущими стойками каркаса печи и сооружается из монолитного или сборного железобетона. Площадь опорной плиты рассчитывается с учетом нормативного допускаемого напряжения сжатия бетона. Правильность расположения фундамента и его осей, а также высотных опорных отметок регламентируется нормами предельных отклонений от проектных размеров. Для защиты бетона от разрушения грунтовыми водами при возведении фундаментов предусматриваются дренажные приспособления и гидроизоляция. фундаменты .конструктивно изолируют от воздействия высоких температур устройством каналов для циркуляции воздуха, так как цемент бетона при 300-400°С теряет кристаллическую воду, вследствие чего снижается его прочность.
Каркасы печей. Каркас является основным несущим узлом, воспринимающим нагрузки от веса огнеупорной обмуровки, трубчатых змеевиков, гарнитуры, системы для, сжигания топлива. Во многих типах печей на каркасе монтируются дымовые трубы и вспомогательные устройства.
Поперечный разрез односкатной трубчатой печи.
Рис. 6.
1 — стойка каркаса; 2 — стропила фермы: 3 — трубные подвески; 4 кровля; 5 — теплоизоляция из изоляционного кирпича; 6 — кладка из фасонного шамотного кирпича; 7 - конвекционная шахта; 8 - предохранительное окно; 9 - трубные решетки; 10 - гляделка; 11 - площадка для обслуживания форсунок; 12 — короба форсуночные.
Каркас представляет собой сборную конструкцию из отдельных рам или ферм, изготовленных из углеродистого стального проката.
Конфигурация каркаса соответствует форме трубчатой печи. Опорные стойки каждой фермы или рамы при помощи шарнирных узлов и плит крепятся к фундаменту анкерными болтами. Рамы крупных печей шатрового типа с большими пролетами ферм имеют шарнирные соединения узлов для компенсации линейного удлинения балок, возникающего при нагреве. В малых печах шарнирные узлы рам отсутствуют, а удлинения балок компенсируются за счет их упругой деформации. Фермы каркаса соединяются между собой горизонтальными балками и прогонами для кровли. По нижнему поясу балок закрепляются трубные подвески для продуктовых змеевиков, подвески и кронштейны для обмуровочных кирпичей.
3.2.2. Обмуровка печи
Огнеупорная футеровка печи предназначается для защиты каркаса от воздействия высоких температур продуктов сгорания топлива и эффективного использования тепла в камерах печи. Футеровка и тепловая изоляция снижают потери тепла в окружающую среду. Во многих печах, шатрового типа применяется футеровка, собираемая из фасонных шамотных кирпичей с огнеупорностью:
класс А—1730°С;
класс Б—1670°С;
класс В—1580°С.
Большое разнообразие огнеупорных кирпичей (до 80 типоразмеров) очень усложняет сборку обмуровки. Поэтому в современных печах все чаще применяют блочные обмуровки из жаростойкого бетона и жeлeзoбeтoнa.
В результате применения сборного железобетона снижаются затраты металла и трудоемкость выполняемых операций; становится возможным широкое внедрение индустриальных методов ведения строительно-монтажных работ, благодаря чему значительно сокращаются сроки и стоимость сооружения печей. Экономия в стоимости строительства печей из сборного железобетона достигает 30%.
3.2.3. Трубчатые змеевики
Змеевик является наиболее ответственной частью печи. Он собирается из дорогостоящих горячекатаных бесшовных печных труб и печных двойников (ретурбендов) или калачей. Для печей установок пиролиза, конверсии углеводородного сырья и других установок используются безретурбендные сварные трубчатые змеевики, которые более надежны и герметичны. Они целиком размещаются в камерах радиации и конвекции печи, что позволяет лучше герметизировать топку и ликвидировать подсосы воздуха из окружающей среды.
На установках AT, АВТ, ВТ, где тепловой режим эксплуатации печей стабильный и температура нагрева сырья сравнительно невысока, с учетом коррозионных свойств нефти применяют печные трубы из углеродистых сталей 10 и 20, либо из низколегированных сталей Х5М и Х5ВФ. Эти трубы обладают достаточной теплоустойчивостью и не подвергаются интенсивной коррозии. Однако на установках термического и каталитического крекинга и других установках, где протекают процессы, характеризующиеся более высокими температурами нагрева и наличием коррозионных агентов, срок службы печных труб из низколегированных сталей мал (1—3 года). Особенно быстро выходят из строя участки трубчатого змеевика радиантной секции, где откладываются кокс и различные осадки, а также образуется большое количество сероводорода. Для таких печей ВНИИНефтемашем рекомендованы стали 1Х8ВФ и Х9М. По теплоустойчивости при температурах 550°С и 600 °С сталь 1Х8ВФ не уступает известным маркам стали Х5М и Х5ВФ, а по коррозионной стойкости в горячих сероводородных средах превосходит их в 2—3 раза.
3.2.4. Трубные решетки и подвески
Решетки и подвески являются опорными деталями трубчатого змеевика печи. Для двухскатных печей трубные решетки изготовляются трех типов: концевые решетки радиантных секций, концевые решетки конвекционных секций и опорные решетки в средней части камеры конвекции. Конструкции трубной подвески и трубной решетки конвекционной части приведены на рис.7 и 8 соответственно.
Трубные решетки для двускатных трубных печей
Рис.7
А - подвеска типа П, Б – тип Пв
Большинство трубных решеток камеры конвекции выполняются из чугунного литья Сч 21—40. Решетки потолочного экрана радиантной секции, а также верхние детали решетки конвекционной секции изготовляются из литых сталей Х23Н13 (ЭИ319) и Х25Н12-Л (ЭИ316), которые жаростойки до 1050 °С.
Трубная решетка конвекционной части
Рис. 8
В радиантных камерах двухскатных печей по несколько рядов трубных подвесок, служащих для предохранения радиантных труб от провисания. По конструкции их подразделяют на глухие, или закрытые, и открытые. Недостатком применения глухих подвесок является необходимость вырезки труб в случае смены дефектной подвески.
По сравнению с печными трубами подвески находятся в более тяжелых рабочих условиях, так как они не охлаждаются потоками нефтепродуктов и нагреваются иногда до 1100С. В топочных газах часто содержатся большие количества сернистого газа, водяных паров, окиси углерода, водорода и других агрессивных агентов, вызывающих коррозию металла подвесок.
Исходя из условий работы подвесок, к их литью предъявляются следующие основные требования: подвески не должны иметь раковин, короблений, острых углов и резких переходов от одного сечения к другому. Отверстия боковых креплений и отверстия труб должны тщательно защищаться от литейного шлака и быть скруглены.
Подвески и кронштейны для огнеупорных кирпичей находятся вне зоны интенсивного нагрева, поэтому они изготовляются из чугуна Сч 21—40. В печах установок каталитического риформинга опорные элементы вертикального трубчатого змеевика изготовляются из жаростойкой стали Х23Н13, а подвески для шамотного кирпича—из жаропрочной листовой стали.
Печные двойники (ретурбенды)
Двойники (ретурбенды) служат для соединения печных труб в непрерывный змеевик. Конструкция применяемых двойников должна обеспечивать прочное и герметичное соединение печных труб допускать сравнительно легкое вскрытие их для очистки от кокса и отложений. Гидравлические сопротивления в двойниках должны быть небольшими, а сами они устойчивы против коррозии Двойники применяются при температурах до 550 °С и давлениях до 100 кгс/см2.
В зависимости от рабочих условий (давления и температуры) печные двойники выпускаются трех ступеней на условные давления 2,5, 6,5 и 10МПа (25, 65 и 100 кгс/см2). Корпуса и пробки двойников для некоррозионных сред с температурой до 450 °С изготовляются из стали 25Л, а нажимные болты и траверсы для сред с температурой до 425 °С – из сталей ЗОХ и 40ХН. В случае коррозионных сред и сред с более высокой температурой используют легированные стали Х5М-Л и Х8В-Л (иногда Х5Т-Л и Х8Т-Л) для всех деталей, за исключением нажимных болтов, которые выполняются из стали 30ХМА.
Двойники по конструкции могут быть двухтрубными, четырехтрубными, угловыми. Все они обеспечивают сборку печных труб в змеевик.
2.3.6. Гарнитура и дымовые трубы
Гарнитура печей изготовляется из серого чугуна Сч 15—32. Ее элементы предназначаются: предохранительные окна—для ослабления силы взрыва при аварии, а также для того, чтобы обслуживающий персонал мог попасть в топочную камеру на случай ревизии и ремонта; гляделки - для наблюдения за работой горелок и за состоянием трубчатого змеевика и футеровки; шибер - для регулирования тяги в печи. При пожаре шибером прикрывают боров, что резко снижает тягу и интенсивность горения и предотвращает попадание пламени в дымовую трубу. На рис.9 приведены подвески для поддержки кирпичей.
Подвески для поддержки кирпичей
Рис. 9
А – вертикальных стен; Б – горизонтальных и наклонных сводов; В – установка подвесок.
Дымовые трубы обеспечивают подвод воздуха в печь и удаление топочных газов естественной либо искусственной тягой. Естественная тяга создается посредством одних только дымовых труб, а искусственная — при помощи дымососов (вентиляторов), которые смонтированы дополнительно к имеющимся дымовым трубам, когда разряжение, создаваемое одними только дымовыми трубами, недостаточно для преодоления всех сопротивлений на пути движения потока уходящих топочных газов, например, при установке воздухоподогревателей.
Движущая сила при естественной тяге зависит от высоты дымовой трубы, определяемой расчетом, где учитываются: температуры окружающего воздуха и уходящих топочных газов, а также потери напора на преодоление сопротивлений на пути движения газов. Металлические дымовые трубы двухскатных печей при высоте 40 м создают в борове разряжение 2,7 кПа (20 мм рт. ст.).
В последнее время дымовые трубы сооружают из кирпича или — железобетона и их высоту увеличивают для того, чтобы ослабить воздействие отходящих газов и пыли, выбрасываемых в атмосферу. Поэтому при расчетах высоты дымовых труб руководствуются санитарными нормами допустимых концентраций вредных газов и пыли в воздухе рабочей зоны производственных помещений.
Вопросы к размышлению:
Назовите основные элементы трубчатых печей.
Почему вертикальное расположение змеевика в печи считается наиболее оптимальным?
Назовите марку стали змеевиков печей установок АВТ.
Какие огнеупорные материалы применяются в камерах сгорания трубчатых печей?
Из какого материала выполнены трубчатые подвески потолочных экранов?
|
