Технологические печи
Трубчатые печи – предназначены для высокотемпературного нагрева нефти и нефтепродуктов в процессе их переработки.
Печи работают следующим образом:
Топочный мазут или газ сжигается в форсунках – горелках, расположенных в камере радиации. Газы сгорания из камеры радиации поступают в камеру конвекции, затем направляются в дымоход (в нём установлен шибер – заслонка для регулирования тяги) и по дымовой трубе уходят в атмосферу.
Нагреваемый газ или нефтепродукт одним, или несколькими потоками поступает в верхние трубы конвекционного змеевика, проходит трубы на стенных экранах камеры радиации и, нагревшись до необходимой температуры, выходят из печи.
Таким образом, трубчатая печь состоит из камер: камеры сгорания или радиации, где расположены радиантные трубы (экраны), воспринимающие главным образом теплоизлучение и камеры конвекции, в которых размещены конвекционные трубы (экраны), использующие тепло дымовых газов, отходящих из камеры сгорания с высокой температурой (до 950 градусов).
Печи классифицируются:
· - по назначению - нагревательные и реакционно-нагревательные;
· - по способу нагрева бывают пламенные, беспламенные;
· - по способу облучения трубных экранов – с односторонним, двухсторонним облучением;
· - по количеству камер бывают: однокамерные и многокамерные (количество камер определяют по количеству радиантных камер в печи).
· - по конструкции: шатровые (односкатные, двухскатные), коробчатые (односекционные, многосекционные), вертикально-цилиндрические, и.д.
Типовая двухкамерная трубчатая печь (шатрового типа)
1. потолочный экран
2. конвективный пучок труб
3. трубная решетка конвективного пучка
4. взрывное окно
5. трубная подвеска
6. каркас печи
7. смотровой лючок
8. подвесная кладка
9. туннель для форсунки
10. подовый экран.
Показатели работы печи
Производительность печи – выражается количеством сырья, нагреваемого в трубных змеевиках в единицу времени (обычно сутки). Она определяет только пропускную способность печи, без учета количества, передаваемого сырью тепла. Однако в практике эксплуатации, когда известны температурные параметры и режим работы конкретно рассматриваемой печи, а также свойства нагреваемого сырья, производительность приобретает более полный смысл характеристики печи.
Полезная тепловая нагрузка - под которой понимается количество теплоты, передаваемого печью сырью, определяет тепловую мощность и размеры печи, наиболее распространенные печи с тепловой нагрузкой 8-16 Мкал/час. Предусматривается ввод в эксплуатацию более мощных печей 40 Мкал/час.
КПД печи – характеризует экономичность её эксплуатации. Под КПД трубной печи понимается отношение количества полезного используемого тепла к общему количеству тепла, которое выделяется при полном сгорании топлива. Величина КПД зависит от полноты сгорания топлива и потерь тепла с уходящими в дымовую трубу газами и через обмуровку печи.
Теплонапряженность поверхности нагрева – под этой величиной понимают количество тепла в килокалориях, переданного через 1 м² поверхности трубок в единицу времени (1 час).
Коэффициент альфа - отношение действительного количества воздуха, поступающего в топку, к теоретически необходимому и называется коэффициентом избытка воздуха. Для большинства трубчатых печей этот коэффициент равен 1,1 – 1,3.
Монтаж печи
Печь монтируется на фундаменте. Сначала устанавливают металлический каркас, который крепится к фундаменту, затем выкладывают под шамотным кирпичом, затем выкладываются проемы между стойками каркаса огнеупорным кирпичом. Затем подводится свод, печь снаружи облицовывается металлическими листами. Подовый экран крепится с помощью лежаков, потолочный с помощью подвесок, конвекционный экран с помощью трубных решеток, боковой с помощью кронштейнов.
Печь для эксплуатации оснащается системой кип и а, лестницей, коллекторной обвязкой по пару. Пар систематически подается в трубные экраны для снижения образования кокса. По технике безопасности пар подается в камеры розжига, а также подается для создания паровой завесы, которая создаётся при аварийной ситуации и отсекает печь от остального оборудования. По технике безопасности печь оснащается взрывными окнами, которые вылетают при давлении в печи выше допустимого.
Конструктивные элементы печей
Фундаменты под трубчатые печи обычно выполнены из монолитного или сборного железобетона. Они особенно усилены под несущими колоннами – стойками каркаса. Стойки устанавливают на фундамент посредством опорной плиты и прикрепляют к нему фундаментными болтами.
Металлические каркасы представляют собой пространственную раму, обрамляющую снаружи конвекционную и радиантную камеры. Конфигурация каркаса соответствует наружной форме печи.
Стойки и верхние несущие балки. Вся нагрузка от печи передаётся на фундамент через стойки – вертикальные колонны. При работе печи возможны гидравлические удары, которые через трубный змеевик передаются на каркас, разрушая его. Поэтому сварные соединения на стойках и других элементах усиливают дополнительными планками или косынками.
Трубные решётки и ретурбендные камеры всех экранов являются важными элементами каркаса. Со стороны внутренней полости печи решётки подвержены действию высоких температур (1100гр.) и защищены только слоем тепловой изоляции; внутри ретурбендных камер устанавливается температура, почти одинаковая с температурой нагреваемого сырья. Это приводит к большим тепловым деформациям и коррозионному износу.
На трубную решётку обеими концами опираются печные трубы со смонтированными на них ретурбендами. Они должны быть надёжно прикреплены к несущим элементам каркаса, иметь соответствующие размеры и собираться таким образом, чтобы тепловые деформации не приводили к разрушению сварных соединений, нарушению герметичности в местах прохода труб.
Стены и поды печей. Стены предназначены герметизировать топку и камеры печей, так же образовывать поверхности для размещения внутри неё экранов радиантных труб и отражать лучистую энергию. Основными требованиями, предъявляемыми к наружным стенам, являются прочность, незначительная теплопроводность и герметичность. Перевальные стены, возведённые внутри печи, должны быть прочными и долговечными.
Поды печей выполняют в виде двух слоёв: нижнего, укладываемого непосредственно на бетонную постель, из простого кирпича, а верхнюю - из огнеупорного кирпича.
Своды печей. Трубчатые печи имеют, как правило, подвесные своды. Нагрузку от всех элементов подвесных сводов несёт каркас печи. Основными требованиями к подвесным сводам являются долговечность и герметичность.
Трубные змеевики состоят из катаных труб, соединённых одна с другой двойниками различной конструкции. Трубы могут соединяться в змеевики двумя способами: ретурбендами (посредством развальцовки концов труб в гнёздах) и двойниками (посредством сварки). Ретурбенды - это стальные литые или кованые короба, соединяющие трубы в змеевик.
Чаще всего трубные экраны имеют двухрядную конструкцию. Трубы в два ряда обычно расположены в потолочном и боковом экранах. Трубы, находящиеся во втором ряду, менее освещены и получают из топки значительно меньше тепла, чем трубы, размещённые в первом ряду. Поэтому наличие второго ряда резко снижает теплонапряжённость поверхности нагрева экрана и всей печи.
Гарнитура печей
К ней относятся детали, предназначенные для удержания труб от провисания в промежутках между трубными решётками, сборки и блоки футеровки стен и подвесных сводов, а также гляделки и предохранительные окна. Для труб потолочного экрана применяют подвески, для труб бокового экрана – кронштейны, для труб подового экрана – лежаки и для труб конвекционных камер – промежуточные решётки. Подвески и кронштейны прикрепляют к элементам, лежаки и конвекционные решётки – к специально выполненному для этой цели участку фундамента печи.
Для сборки блоков футеровки стен и подвесных сводов применяют подвески и кронштейны специальных конструкций.
Гляделки ( смотровые окна) предназначены для наблюдения за состоянием труб и размерами пламени форсунок.
Предохранительные окна (взрывные) отличаются от гляделок размерами и служат для ослабления силы возможного хлопка в топке печи.
Крышки гляделок и предохранительных окон в рабочем положении должны плотно прилегать к корпусу под действием собственного веса. Для этого поверхность их сопряжения располагают с некоторым наклоном.