Непрерывный огневой процесс имеет явно выраженный поточный характер.
Большое значение огневых процессов в народном хозяйстве СССР требует всестороннего их изучения с целью определения более совершенных методов управления этими процессами.
В лаборатории циклонных огневых процессов МВТУ в 1962 - 1963 гг. был проведен ряд опытов по плавлению материалов, различных по температурам их жидкоплав-кого состояния.
Печи с открытым огневым процессом должны быть снабжены устройством для создания вокруг них паровой завесы с тем, чтобы изолировать их от газовой среды при авариях в прилегающих к ним наружных установках или зданиях.
Для лучшей организации огневого процесса это бывает необходимо в целях раз-рития удельной суммарной поверхности, приходящейся на единицу объема топливно-воздушной смеси. Таким образом, облегчается и ускоряется процесс газификации частиц, имеющий гетерогенный характер; это в равной мере относится как к летучим, так и к коксу.
Расстояния до установок с огневыми процессами, размещенных вне зданий, должны приниматься в 1 5 раза более указанных.
Для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды при авариях на наружных установках или в зданиях печи должны быть оборудованы паровой завесой, включающейся автоматически. При включении завесы должна срабатывать сигнализация.
Для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды при авариях на наружных установках пли зданиях, печи должны быть обеспечены устройством для паровой завесы ц подводом пара к топкам печей.
Для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды при авариях на наружных установках или зданиях, печи должны быть обеспечены устройством для паровой завесы и подводом пара к топкам печей.
Для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды при авариях на наружных установках или в зданиях печи должны быть оборудованы паровой завесой, включающейся автоматически и (или) дистанционно. При включении завесы должна срабатывать сигнализация.
Несмотря на то, что огневые процессы в своей простейшей форме стали известны человеку с момента открытия и использования огня, они вследствие большой сложности во многом не расшифрованы до настоящего времени.
Развиваемые точки зрения на ход огневого процесса приводят к утверждению, не противоречащему и старой трактовке, что процесс этот развивается зонально и что каждая из последовательных зон выполняет в нем свою служебную роль.
Горение и газификацию необходимо рассматривать как единый огневой процесс.
Несмотря на наличие в печном цехе огневых процессов, электрооборудование, проводку и осветительную арматуру в этом цехе следует применять во взрывозащищенном исполнении.
При переходе на обычный уровень температур огневого процесса кривые смесеобразования резко отстают от кинетической кривой (диффузионная область) и не в состоянии использовать потенциальные возможности самой химической реакции.
Расстояния до цехов и установок с огневыми процессами, размещенных вне зданий, должны приниматься в 1 5 раза больше указанных.
Процессы горения и газификации иначе именуются огневыми процессами.
Расстояние до цехов и установок с огневыми процессами, размещенных вне зданий, должны приниматься в 1 5 раза более указанных.
Расстояния до цехов и установок с огневыми процессами, размещенных вне зданий, должны приниматься в 1 5 раза более указанных.
Для обезвоживания сточных вод и растворов используются огневые процессы, на основе которых разработаны различного рода печи.
Станции технического обслуживания, если в них предусматриваются огневые процессы, например сварка и пайка при ремонте аппаратуры и баллонов, должны быть расположены на расстоянии не менее 30 м от газораздаточных колонок п емкостей.
Горение и превращение топлива в газ рассматриваются как единый огневой процесс.
Пытаясь изложить сложную совокупность явлений, представляющих физическую сущность огневых процессов, средствами, доступными и читателю, не вполне подготовленному к кругу рассматриваемых вопросов, автор старается постепенно усилить и те средства, при помощи которых можно было бы перейти от популярных форм изложения материала к восприятию обычной технической литературы, если проблематика, рассматриваемая в этой книге, заинтересует читателя в достаточной мере. С этой целью, помимо подстрочных примечаний обычного характера, в конце книги даются необходимые или желательные по ходу изложения дополнительные пояснения, направленные к тому, чтобы напомнить забытые или недостаточно четко воспринятые физические понятия и определения.
Для решения этой задачи было использовано проводившееся в лаборатории циклонных огневых процессов МВТУ им.
Расстояния от резервуаров вместимостью менее 500м до цехов и установок с огневыми процессами следует принимать на 30 % более указанных в таблице.
Расстояние от резервуаров объемом менее 500 м до цехов и установок с огневыми процессами следует принимать на 30 % более указанных.
Приведенные примеры расчетов показывают, что новый метод базируется на правильной физической сущности огневых процессов. В настоящее время известны много-яисленные случаи успешного применения метода М. Б. Равича непосредственно в промышленной практике.
Приведенные примеры расчетов показывают, что новый метод базируется на правильной физической сущности огневых процессов. В настоящее время известны многочисленные случаи успешного применения метода М. Б. Равича непосредственно в промышленной практике.
Установка баллонов против топочных дверок отопительных печей и дверок других отопительных установок с огневыми процессами недопустима.
Вместе с тем автор делает еще одну попытку систематизировать многие детали представлений об огневых процессах, которые пока еще не получили общего признания и разбросаны в различных примечаниях или попутных высказываниях.
Опасности, возникающие при эксплуатации установки пиролиза метана и очистки сажи, связаны с проведе нием огневых процессов, подогревом горючих газов до высокой температуры, работой с нагретыми взрывоопасными газовыми смесями, а также с использованием концентрированного кислорода.
При горении жидкого топлива отдельные частицы его, окруженные свободной воздушной средой, прохоДят в огневом процессе стадию испарения, а затем горения. Под воздействием внешнего тепла или создаваемой вокруг них собственной огневой оболочки они испаряются, молекулы паров, перегреваясь, расщепляются и вступают в стадию истинного смесеобразования с молекулами газообразного окислителя, входя с ними в реакцию горения. Вследствие резкого увеличения объема горючего материала, вокруг частицы образуется сфера газифицированного топлива, вытесняющая воздух и не дающая ему доступа к поверхности испаряющейся жидкой капли. Тщательные фотофиксации показывают, что стехио-метрическая зона горения имеет радиус, превышающий радиус самой капли в 10 - 15 раз. Таким образом, горение возникает уже в объеме, в зоне образования истинной горючей смеси (даже в среде чистого воздуха), и весь внутренний объем такой огневой оболочки занят чисто газификационным процессом. Толщина самой огневой оболочки весьма мала и приближается к геометрической поверхности при горении однородных, отдельных углеводородов и может значительно увеличиться при горении смешанных (нефракционированных) углеводородов.
В практике проектирования, эксплуатации и испытания топочных устройств пользуются итоговыми характеристиками, описывающими количественную сторону огневого процесса. К этим характеристикам относятся: мощность топки, форси-ровка топочного устройства, удельная нагрузка топочного объема.
В практике проектирования, эксплуатации и испытания топочных устройств пользуются итоговыми величинами, количе - ственно характеризующими огневой процесс.
Следует напомнить, что до этого ни один космонавт еще не имел дело с расплавленным металлом и вообще с огневым процессом на космическом корабле.
Каким должно быть минимальное расстояние от надземных резервуаров для хранения сжиженных газов, размещенных на ГНС, до вспомогательных зданий без огневых процессов.
Прием охлаждения стенок топочной камеры, если они недостаточно огнеупорны, при помощи защитных слоев воздуха, непосредственно не участвующих в огневом процессе, весьма нередко применяется и в промышленных топочных устройствах, что особенно охотно делается в сильно форсированных топочных устройствах того или иного специального назначения.
Каким должно быть шнималъное расстояние от подземных резерву аров для хранена сжияегных газов, размещенных на ГНС, до вспомогательных адзний без огневых процессов.
Основной особенностью производств стирола и метилстирола является низкий нижний предел взрываемости продуктов этих производств в смеси С воздухом при наличии в печных цехах производств огневого процесса.
Учитывая, что резервные топливные хозяйства должны обеспечивать бесперебойную работу топливопотребляющих агрегатов в аварийных ситуациях, одной из важнейших их характеристик является скорость переключения всех огневых процессов на резервное топливо. В этом отношении мазут имеет бесспорное преимущество по сравнению с углем. Значительно большие сроки требуются для перевода на уголь разного рода работающих на газе промышленных печей. Не говоря уже о том, что ряд конструкций промышленных печей вообще не допускает перевода на твердое топливо.
Переработка медных руд по этому способу заключается в обжиге концентратов, плавке огарка на штейн Ci S, продувке штейна в конверторе на черновую медь (продукт, содержащий 95 - 98 % Си), рафинировании черновой меди огневым процессом или электролизом.
Переработка медных руд по этому способу заключается в обжиге концентратов, плавке полученного огарка на штейн (сплав сульфидов меди и железа), продувке штейна в конверторе с получением черновой меди (содержащей около 5 % примесей), рафинировании черновой меди огневым процессом или электролизом для получения чистой меди.
На основе теоретических и экспериментальных исследований им и его учениками созданы принципиально новые технологические процессы и технические средства с применением взрывчатых веществ, обеспечивающие пожарную и экологическую безопасность, сокращение простоя перекачки нефти и продукции ее переработки, гарантированную безопасность, сокращение времени выполнения работ при реконструкции, плановых и аварийных ремонтах на предприятиях топливно-энергетического комплекса и других отраслей экономики более чем в 40 раз за счет замены огневых процессов сварки и резки на процессы с использованием кумулятивных зарядов. В 1980 г. за комплекс работ по применению энергии взрыва в созидательных целях он награжден дипломом ГКНТ. Им получены новые научные знания в оценке степени старения трубных сталей, дано научное объяснение причин аварийного разрушения трубопроводов, выявлен механизм внутритрубной коррозии трубопроводов, транспортирующих нефть и нефтепродукты.
Оба этих процесса можно условно отнести к числу горячих. Первый - огневой процесс, протекает при высокой температуре топлива, сгорающего в топке, и достаточно высокой температуре продуктов сгорания. Неправильное, небрежное ведение отдельных процессов, нарушение режимов, а также технических условий и правил может привести к несчастным случаям, взрывам в топках и газоходах, а иногда к разрушениям топки, обмуровки всей установки котельного здания.
Сложность природы процессов горения затрудняет изучение этих явлений как теоретическим, так и экспериментальным методами. Несмотря на то, что огневые процессы в простейшей форме стали известны человеку с открытием и использованием огня, они в ряде случаев не изучены вплоть до настоящего времени.
Системы ПАЗ печей.
ОБЩИЕ ПРАВИЛА
взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств
4.5. Теплообменные процессы
4.5.8.1. Противоаварийная автоматическая защита топочного пространства нагревательных печей обеспечивается:
- системами регулирования заданного соотношения топлива, воздуха и водяного пара;
- блокировками, прекращающими поступление газообразного топлива и воздуха при снижении их давления ниже установленных параметров, а также при прекращении электро-, пневмоснабжения контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИПиА);
- средствами сигнализации о прекращении поступления топлива, а также воздуха при его принудительной подаче в топочное пространство;
· средствами контроля за уровнем тяги и автоматического прекращения подачи топливного газа в зону горения при остановке дымососа или недопустимом снижении разрежения в печи,
- газа в зону горения при остановке дымососа или недопустимом снижении разрежения в печи, а при компоновке печных агрегатов с котлами-утилизаторами - системами по переводу на работу агрегатов без дымососов;
- средствами автоматической подачи водяного пара в топочное пространство и змеевики при прогаре труб.
4.5.8.2. Противоаварийная автоматическая защита нагреваемых элементов (змеевиков) нагревательных печей обеспечивается:
- аварийным освобождением змеевиков печи от нагреваемого жидкого продукта при повреждении труб или прекращении его циркуляции;
- блокировками по отключению подачи топлива при прекращении подачи сырья;
- средствами дистанционного отключения подачи сырья и топлива в случаях аварий в системах змеевиков;
- средствами сигнализации о падении давления в системах подачи сырья.
4.5.8.3. Для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды при авариях на наружных установках или в зданиях печи должны быть оборудованы паровой завесой, включающейся автоматически или дистанционно. При включении завесы должна срабатывать сигнализация.
Правила
Промышленной безопасности для нефтеперерабатывающих производств
ПБ 09-563-03
Трубчатые печи
5.3.1. Печи должны быть оборудованы дежурными (пилотными) горелками, оснащенными запальными устройствами, индивидуальной системой топливоснабжения.
5.3.2. Рабочие и дежурные горелки необходимо оборудовать сигнализаторами погасания пламени, надежно регистрирующими наличие пламени форсунки.
5.3.3. На трубопроводах газообразного топлива к основным горелкам должны быть установлены предохранительно-запорные клапана (ПЗК), дополнительно к общему отсекающему устройству на печи, срабатывающие при снижении давления газа ниже допустимого.
5.3.4. На линиях подачи жидкого топлива и топливного газа к основным и дежурным горелкам должны устанавливаются автоматические запорные органы, срабатывающие в системе блокировок.
5.3.5. Для многофакельных печей на трубопроводах газообразного и жидкого топлива следует установить автономные регулирующие органы, для обеспечения безопасности в режиме пуска.
5.3.6. При размещении печей вне зданий запорные органы на общих трубопроводах жидкого и газообразного топлива должны быть расположены в безопасном месте на расстоянии не ближе 10 м от печи.
5.3.7. Перед пуском печи необходимо убедиться в отсутствии каких-либо предметов в камере сгорания, дымоходах-боровах, все люки и лазы должны быть закрыты.
5.3.8. В период розжига печи должны быть включены все приборы контроля, предусмотренные технологическим регламентом, и вся сигнализация.
5.3.9. Перед розжигом печи, работающей на газе, необходимо проверить плотность закрытия рабочих и контрольных вентилей на всех горелках, сбросить конденсат из топливной линии. Система подачи газа должна исключать попадание конденсата в горелки.
5.3.10. Розжигу дежурных горелок должна предшествовать продувка топочного пространства паром, а линии подачи газообразного топлива инертным газом на свечу. Продувку топочного пространства, считая с момента открытия последней задвижки до момента появления пара из дымовой трубы, следует вести в течение времени, предусмотренного регламентом, но не менее 15 мин, а для многокамерных печей продувку камер сгорания - не менее 20 мин.
5.3.11. Розжиг печи должен начинаться с розжига дежурных горелок. В том случае, если дежурная горелка (горелки) не разожглась (разожглись) с трех попыток, следует повторить продувку топочного пространства согласно п.5.3.5.
5.3.12. Розжиг основных горелок должен осуществляться при работающих дежурных горелках, минимальной регламентированной циркуляции сырья в змеевике и регламентированных значениях подачи топлива.
5.3.13. Трубопроводы подачи топлива ко всем неработающим (в том числе и временно неработающим) горелкам должны быть отглушены.
5.3.14. Печи должны быть оборудованы средствами автоматической подачи водяного пара в топочное пространство и в змеевики при прогаре труб, а также средствами автоматического отключения подачи сырья и топлива при авариях в системах змеевиков.
5.3.15. Топливный газ для освобождения от жидкой фазы, влаги и механических примесей перед подачей в горелку должен предварительно пройти сепаратор, подогреватель и фильтры.
5.3.16. Жидкое топливо для обеспечения необходимой вязкости и освобождения от механических примесей перед подачей в форсунку должно предварительно пройти подогреватель и фильтры.
5.3.17. В период пуска должны быть включены следующие блокировки: закрытие автоматических запорных органов дежурных горелок при понижении давления в линии топливного газа; закрытие газовых автоматических запорных органов основных горелок при повышении или понижении давления в линиях топливного газа к основным горелкам, а также при прекращении подачи в змеевик циркулирующего газа или сырья; закрытие на жидком топливе автоматических запорных органов при прекращении подачи в змеевик циркулирующего газа или сырья.
5.3.18. Система блокировок и сигнализации должна обеспечивать отключение подачи топлива к дежурным и основным горелкам при:
отклонениях параметров подачи топлива от регламентированных;
падении объема циркуляции сырья через змеевик печи ниже допустимого;
превышении предельно допустимой температуры сырья на выходе из печи;
срабатывании прибора погасания пламени.
5.3.19. Все приборы, контролирующие работу печи, должны быть регистрирующими.
5.3.20. Система противоаварийной автоматической защиты должна быть снабжена противоаварийной сигнализацией параметров и сигнализацией срабатывания исполнительных органов.
5.3.21. При эксплуатации трубчатой нагревательной печи необходимо следить за показаниями контрольно-измерительных приборов, вести визуальный контроль за состоянием труб змеевика, трубных подвесок и кладки печи. При наличии отдулин на трубах, их прогаре, деформации кладки или подвесок, пропуске ретурбентов следует потушить горелки, прекратить подачу в печь продукта, подать в топку пар и продуть трубы паром или инертным газом по ходу продукта. Дверцы камер во время работы печи должны быть закрыты. Необходимо вести наблюдение за установленным режимом горения, горелки должны быть равномерно нагружены, факел должен иметь одинаковые размеры, не бить в перевальную стенку и не касаться труб потолочного и подового экранов.
5.3.22. Подача пара в топочное пространство должна включаться автоматически при прогаре змеевика, характеризующемся:
падением давления в сырьевом змеевике;
повышением температуры над перевальной стеной;
изменением содержания кислорода в дымовых газах на выходе из печи относительно регламентированного.
Параметры срабатывания блокировки по аварийному включению подачи пара в змеевик определяются проектом.
5.3.23. Электроснабжение систем ПАЗ и исполнительных механизмов печи относится к особой группе I категории надежности.
Нагревание пламенем и топочными газами относится к числу наиболее известных и давно применяемых способов нагрева. Этот способ не потерял своего значения и в настоящее время, так как позволяет осуществлять нагревание до высоких температур от 1000 до 1100 о С.
Наиболее часто топочные газы используют для нагрева промежуточных теплоносителей. Так, в котельных получают горячую воду и водяной пар, которые затем используются в теплообменной аппаратуре в качестве теплоносителей.
Однако открытое пламя и топочные газы часто используют непосредственно для нагрева горючих веществ, например в процессах перегонки нефти, крекинга, пиролиза, гидроочистки углеводородов, разгонки смол, переработки растительных масел и в других процессах.
Нагревание это осуществляется в специальных печах, в которых сжигается твердое, жидкое или газообразное топливо.
Чаще всего для этих целей используется жидкое и газообразное топливо.
Теплота сгорания передается поверхности теплообмена лучеиспусканием и конвекцией. Теплообменная поверхность в печах обычно выполняется в виде пучков труб, соединенных коллекторами, или в виде непрерывного змеевика.
Такие печи носят название трубчатых печей.
Трубчатые печи широко применяются в нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Устройство печи, с. 196-199.
Камера А называется радиантной, так как в ее пространстве передача тепла осуществляется главным образом радиацией за счет теплового излучения пламени, горючих продуктов горения и раскаленных поверхностей стенок печи.
Камера Б называется конвекционной, так как в ее пространстве передача тепла от топочных (дымовых) газов осуществляется в основном конвекцией.
Каркас трубчатой печи обычно изготовляется из стали и воспринимает на себя нагрузку основных элементов печи и температурных напряжений. Кирпичная кладка выполняется трехслойной: наружный слой выкладывается из красного кирпича, средний слой – из теплоизоляционного кирпича, внутренний слой – из огнеупорного кирпича.
Радиационная (радиантная) камера – это топка. В ней находятся главные горелки или форсунки для сжигания газа или жидкости. Количество горелок зависит от мощности печи, ее назначения, нагреваемого продукта и используемого топлива (бывает 16 и более горелок или форсунок)
Теплообменная поверхность образуется трубами, внутри которых движется нагреваемый продукт. Снаружи трубы обогреваются пламенем и продуктами горения топлива.
Более современными являются трубчатые печи с излучающими стенками из беспламенных панельных горелок и двусторонним облучением труб змеевика.
Панельные горелки изготавливаются из керамики и имеют каналы, в которых происходит сжигание газообразного топлива.
Пожарная опасность трубчатых печей весьма велика.
Это объясняется рядом факторов.
Во-первых, мощной топливной системой (мазут, природный газ и т.п.), горючее из которой поступает на сжигание в топку.
Во-вторых, большим количеством нагреваемого горючего продукта, который движется по змеевикам под большим давлением.
В-третьих, высокой температурой нагревания продуктов, которая иногда превышает температуру их самовоспламенения.
Далее, наличием открытого огня и раскаленных продуктов горения, температура которых достигает 1000-1100 о С; появление неплотностей и повреждений в трубах, в результате чего из них может выйти наружу большое количество нагреваемого продукта.
Высоконагретые поверхности печи (кладка, трубы, двойники) и открытый огонь в топке обуславливают высокую пожарную опасность не только самой печи, но и соседних технологических аппаратов с горючими веществами.
Поэтому предотвращение возникновения пожара и взрыва – главная проблема при использовании трубчатых печей в технологическом процессе производств.
Возможные причины и взрывы при эксплуатации трубчатых печей.
Взрыв в топочном пространстве трубчатой печи произойдет в том случае, если в топке образовалась горючая среда.
Это может быть в двух случаях.
В период пуска, перед розжигом. Если из топливной линии или из змеевиков в топку попало топливо или горючий продукт, может образоваться горючая смесь с воздухом. Взрывоопасная смесь образуется и при нарушении порядка операций при розжиге печи. Чтобы избежать этого, необходимо строго соблюдать правила пуска печи, изложенные в технологическом регламенте и специальной инструкции.
В моменты внезапного погасания факелов пламени на горелках или форсунках при последующем возобновлении подачи топлива.
Погасание факелов пламени может произойти по разным причинам: либо в жидкое топливо попала вода и образовались водяные пробки, либо в газовых топливных линиях образовался конденсат. Кроме того, при временном прекращении подачи топлива также может погаснуть пламя в форсунках.
Горючее, поступившее в топку, испаряется, и пары его с воздухом могут образовать взрывоопасную смесь.
Меры пожарной безопасности. Чтобы избежать этой опасности, следует:
не допускать попадания воды в топливо, очищая его и от механических примесей;
в установленные сроки производить чистку форсунок;
использовать автоматические системы перекрывания топливной линии при погасании факела пламени;
предусмотреть возможность перехода на другой вид топлива.
Во избежание разрушения печи при возможном взрыве в топочном пространстве (в стенках радиантной камеры) делают предохранительные клапаны шарнирно-откидного или иного типа.
Взрыв в борове (дымовом канале) трубчатой печи может произойти, если не обеспечено полное сгорание топлива, что имеет место при недостатке воздуха. Дымовые газы, обогащенные продуктами неполного сгорания топлива (в частности, водородом, окисью углерода), смешиваясь с воздухом, могут воспламениться. Неполное сгорание топлива имеет место при неправильном ведении процесса горения. Воздух может подсасываться через неплотности кладки.
Меры пожарной безопасности. Во избежание опасности взрыва в боровах следует:
обеспечить правильное ведение процесса горения, контролируя его газоанализаторами (в топочных газах максимум двуокиси углерода и отсутствие окиси углерода и водорода);
следить за состоянием кладки, не допускать подсоса воздуха, своевременно обеспечивать ее ремонт;
предусмотреть применение предохранительных клапанов мембранного типа для предохранения кладки борова на случай возможности взрыва.
Пожары при повреждении труб змеевика наиболее типичны.
Причинами повреждения труб змеевика могут стать прогары стенок труб, коррозия и эрозия материала труб, повышенное (по сравнению с нормой) давление продукта в змеевике.
Прогар стенки трубы возникает в результате сильного перегрева отдельного участка теплообменной поверхности. Механическая прочность металла снижается, появляется его текучесть, необратимые деформации, утоньшение, а затем разрыв стенки и выход продукта в топочное пространство. Перегрев бывает чаще в тех местах трубы, где имеются различные отложения (кокса, солей и др.) или инородные включения, являющиеся плохими проводниками.
Температуру стенки трубы на участках с отложениями и без отложений можно определить по уравнениям теплопередачи.
Мероприятия по уменьшению скорости образования кокса в трубах включают:
обеспечение высоких скоростей движения продукта по змеевику (2-3 м/с);
обеспечение равномерного обогрева труб по всей длине путем рационального их размещения, а также горелок и излучающих панелей;
строгое соблюдение температурного режима работы печей.
Контроль за состоянием труб ведут визуально и с помощью приборов. Перегретые участки труб заметны: они имеют более светлую окраску. При плановых ремонтных работах делается осмотр (ревизия) труб, при котором выявляются места деформаций, вспучиваний.
Осуществляется контроль температуры дымовых газов над перевальной стенкой, которая в зависимости от типа печи не должна превышать 810-900 о С. Повышение этой температуры сверх нормы (без увеличения расхода топлива) свидетельствует об ухудшении теплообмена в радиантных трубах за счет их закоксования.
В случае появления опасности принимают следующие меры:
снижают теплонапряженность поверхности труб;
увеличивают скорость движения продукта по змеевик, подавая в него пар; осуществляют очистку змеевика от отложений с применением одного из следующих способов: механического, паромеханического, паровоздушного.
Наружная поверхность радиантных труб подвергается химической коррозии под действием кислорода воздуха и сернистых соединений, содержащихся в продуктах сгорания. Причем скорость процесса коррозии растет с увеличением коэффициента избытка воздуха и температуры поверхности труб.
Внутренняя поверхность труб змеевика подвергается коррозии под действием нагреваемого продукта и находящихся в нем примесей, а также механическому износу материала движущейся средой – эрозии.
Мероприятия по снижению вредного влияния коррозии и эрозии включают:
поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха при сжигании топлива и умеренной теплонапряженности поверхности труб;
регулирование факелов пламени форсунок таким образом, чтобы они не доходили до поверхности экранов и не создавали местные перегревы, ведущие к пережогу металла;
очистку нагреваемого продукта от коррозионных примесей, введение в продукт ингибиторов коррозии;
очистку нагреваемого продукта от твердых примесей для снижения эрозийного износа материала труб.
Повышенное против нормы давление продукта может привести к повреждению труб змеевика.
Причиной повышения давления является возрастание гидравлического сопротивления системы при образовании кокса и солей. Поэтому отложения, ококсования, пробки в трубах весьма опасны в смысле образования повышенного давления в змеевике. В современных печах давление, как и температура, регулируются автоматически.
Пожары при повреждении двойников трубчатых печей возникают в результате выхода нагретого продукта наружу и его воспламенения. Выход продукта может иметь место в следующих случаях: при неплотном прилегании пробки к корпусу двойника; при выбросе пробки; при нарушении герметичности соединения труб с корпусом двойника; при повреждениях корпуса двойника.
Пожары при утечке топлива из топливных коммуникаций трубчатой печи могут иметь место при неисправностях фланцевых соединений, вентилей, задвижек, а также других повреждениях трубопроводов. Разлившаяся жидкость, пары (газы), вышедшие из топливных коммуникаций, воспламеняются от пламени форсунок (горелок) печи.
Мероприятия.
Наблюдение за состоянием топливной системы.
Предупреждение появления неплотностей и повреждений.
Смыв (уборка) разлившегося топлива.
Установка дополнительной задвижки (на расстоянии 10 м от печи) на топливной линии для быстрого отключения подачи топлива.
Остановка печи.
Трубчатая печь – источник зажигания горючих смесей, образующихся при авариях соседних аппаратов.
Печи опасны не только возможностью возникновения пожара при повреждениях непосредственно в них самих.
Они весьма опасны как возможные источники зажигания при авариях на соседних технологических установках и аппаратах: образующиеся паровоздушные смеси входят в соприкосновение с высоконагретыми элементами печей. Происходит воспламенение парогазового облака. Пламя быстро распространяется по облаку к месту аварии.
Существует и другая возможность воспламенения парогазового облака.
Оно может быть подсосано внутрь топки и там воспламениться. Пламя в результате обратного проскока может выйти из печи и распространиться до места аварии. Из-за медленного охлаждения печь остается источником зажигания даже при погасании форсунок (горелок).
Примечание. Для охлаждения печи от 1000 до 250 о С требуется от 3 до 6 часов – в зависимости от того, применяется принудительная вентиляция или естественная циркуляция .
По подсасываемой в печь горючей смеси происходит проскок пламени наружу при условии, когда скорость распространения пламени w пл будет больше скорости движения смеси w см , т.е. w пл >w см .
Из этого следует, что для обратного проскока пламени наиболее благоприятные условия возникают при уменьшении скорости движения смеси. Такие условия создаются при снижении тяги в печи, т.е. при погасании форсунок (горелок), перекрытии задвижки борова, остановке дымососа.
В целях пожарной профилактики предусматривается:
между печами, расположенными на открытых площадках, и открытыми пожаровзрывоопасными установками размещать закрытые здания с неопасной технологией. Эти здания являются своеобразными защитными экранами;
делать разрывы между печами и соседними аппаратами (установками) по расчету, но не менее установленных нормами;
защищать теплоизоляцией высоконагретые наружные элементы печи, чтобы их температура не превышала 80% наименьшей температуры самовоспламенения веществ, применяемых в соседних аппаратах;
устраивать паровые завесы для изоляции печи от парогазового облака в случае аварии соседних аппаратов.
Паровая защита технологических печей предусматривает:
наружную паровую завесу для предотвращения проникновения к печам облака горючей паровоздушной смеси при аварии на соседней технологической установке;
систему внутреннего пожаротушения для локализации и ликвидации пожара непосредственно в камере печи; наличие специальных устройств продувки камер печи от горючих газов и паров перед розжигом и после остановки;
эвакуацию продукта из змеевика;
систему наружного паротушения с использованием переносных шлангов.
Трубчатые печи оборудуют стационарной системой паротушения.
Предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности оснащены различными трубчатыми печами, предназначенными для огневого нагрева, испарения и перегрева жидких и газообразных сред, а также для проведения высокотемпературных термотехнологических и химических процессов. В трубчатых печах тепло сжигаемого топлива передается прокачиваемой через трубный змеевик жидкости или парожидкостной смеси .
Трубчатые печи используются при необходимости нагрева среды (обычно углеводородов) до температур более высоких, чем те, которых можно достичь с помощью пара, т.е. примерно свыше 230 °С. Несмотря на сравнительно большие первоначальные затраты, стоимость тепла, отданного среде при правильно спроектированной печи, дешевле, чем при всех других способах нагрева до высоких температур. В качестве топлива могут применяться продукты отходов различных процессов, в результате чего не только используется тепло, получаемое при их сжигании, но часто устраняются и затруднения, связанные с обезвреживанием этих отходов.
Современная печь представляет собой синхронно работающий печной комплекс, т.е. упорядоченную совокупность, состоящую из непосредственно печи, средств обеспечения печного процесса, а также систем автоматизированного регулирования и управления печным процессом и средствами его обеспечения.
Трубчатая печь относится к аппаратам непрерывного действия с наружным огневым обогревом.
Впервые трубчатые печи предложены русскими инженерами В.Г. Шуховым и С.П. Гавриловым.
Трубчатые печи отличаются друг от друга по конструктивным и технологическим признакам.
Не смотря на большое разнообразие конструкций печей принцип работы их во многом однотипен. Рассмотрим его на примере однокамерной односкатной трубчатой печи (рисунок 2.64). Обычно внутренний объем печи разделен полуперегородкой – перевальной стеной на две части, называемые радиантной и конвекционной камерами. В этих камерах размещены трубные змеевики, через поверхности которых осуществляется теплопередача.
| а) | б)  |
| в)  |
|
а) – устройство печи: 1 – камера радиации, 2 – камера конвекции; 3 – дымоход (боров); 4 – трубный змеевик радиантной камеры, 5 – футеровка; 6– форсункаб) – схема потоков: 1 и 2 – вход и выход нагреваемого продукта, 3 – дымовые газы; в) – общий вид печи.
Рисунок 2.64 – Конструкция однокамерной печи
с наклонным сводом
Под радиационной теплопередачей понимают поглощение лучистого тепла, под конвективной – теплопередачу путем омывания поверхностей труб дымовыми газами.
В радиантной камере основное количество тепла передается радиацией и лишь незначительное – конвекцией, а в конвекционной камере – наоборот.
Мазут или газ сжигается с помощью горелок, расположенных на стенах или поду камеры радиации. При этом образуется светящийся факел, представляющий собой раскаленные частицы горячего топлива, которые нагревшись до 1300–1600 °С, излучают тепло. Тепловые лучи падают на наружные поверхности труб радиационной секции и поглощаются, создавая так называемую поглощающую поверхность. Также тепловые лучи попадают и на внутренние поверхности стен радиантной камеры печи. Нагретые поверхности стен, в свою очередь, излучают тепло, которое также поглощается поверхностями радиантных труб.
При этом поверхность футеровки радиационной секции создает так называемою отражающую поверхность, которая (теоретически) не поглощает тепла, переданного ей газовой средой печи, а только излучением передает его на трубчатый змеевик. Если не учитывать потери через кладку стен, то при нормальной установившейся работе печи внутренние поверхности стен печи излучают столько тепла, сколько поглощают.
Продукты сгорания топлива являются первичным и главным источником тепла, поглощаемого в радиационной секции трубчатых печей – 60–80% всего используемого тепла в печи передается в камере радиации, остальное – в конвективной секции.
Трехатомные газы, содержащиеся в дымовых газах (водяной пар, двуокись углерода и сернистый ангидрид), также поглощают и излучают лучистую энергию в определенных интервалах длин волн.
Количество лучистого тепла, поглощаемого в радиантной камере, зависит от поверхности факела, его конфигурации и степени экранирования топки. Большая поверхность факелов способствует повышению эффективности прямой передачи тепла поверхностям труб. Увеличение поверхности кладки также способствует возрастанию эффективности передачи тепла в радиантной камере.
Каркас.
Каркас печи несет основную нагрузку от веса труб, двойников, трубных решеток и подвесок, кровли, подвесного свода и стен печи и других деталей.
Металлический каркас представляет собой пространственную раму, обрамляющую стены печи, поэтому конфигурация каркаса соответствует наружной форме печи. В зависимости от ширины трубчатой печи основой конструкции каркаса могут служить рама, ферма, прикрепляемая к колоннам, или целая ферма (рисунок 2.74), которые опорными поверхностями стоек устанавливаются на фундамент и взаимно связываются горизонтальными связями из балок или швеллеров. Ферм может быть разное количество.
а – из простых балок; б – со стойками из балок и фермой для свода; в – из ферм; 1 – рама; 2 – стойки; 3 – ферма; 4 – верхний пояс; 5 – нижний пояс
Рисунок 2.74 – Схемы конструкций каркасов трубчатых печей
Крепление колонн к фундаменту в двух первых случаях выполняется как защемление, целые фермы закрепляют на неподвижных шарнирах, при этом считается, что температурные перемещения поглощаются вследствие упругой деформации рамы или фермы. На рисунках 2.68, 2.75, 2.76 показаны каркасы двухскатной и вертикальной печи.
Рисунок 2.75 – Двухскатная печь
Опорные стойки каждой фермы или рамы при помощи шарнирных узлов и плит крепятся к фундаменту анкерными болтами. Узлы рам крупных печей с большими пролетами ферм имеют шарнирные соединения для компенсации линейного удлинения балок, возникающего при нагреве. В малых печах шарнирные узлы рам отсутствуют, а удлинения балок компенсируются их упругой деформацией.
 |  |
| а) | б) |
| Рисунок 2.76 – Каркас двускатной печи |
|
Фермы каркаса соединены между собой горизонтальными балками и прогонами для кровли. По нижнему поясу балок закреплены трубные подвески для продуктовых змеевиков, подвески и кронштейны для обмуровочных кирпичей (см. рисунок 2.73).
Стены.
Стены, как и вся обмуровка, предназначены для герметизации топки и камер трубчатой печи, а также образования поверхности для размещения экранов радиантных труб и отражения лучистой энергии. Стены должны быть прочными в условиях высоких температур, герметичными и обладающими незначительной теплопроводностью.
В печах старых конструкций стены трехслойные: внутренний слой, подверженный действию огня и раскаленных дымовых газов, выложен из огнеупорного кирпича, средний – из изоляционного кирпича или плит, наружный – из обыкновенного кирпича повышенной прочности. Хотя толщина этих стен значительна (до 0,7 м), особой долговечностью они не отличаются: сравнительно быстро расслаиваются и разрушаются.
Более просты по конструкции и гораздо надежнее в эксплуатации стены, выложенные только из огнеупорного кирпича на растворе, составленном из огнеупорной глины и шамотного порошка. Для герметизации стены снаружи штукатурят или обшивают металлическими листами.
В зависимости от теплонапряженности топочной камеры огнеупорную кладку выполняют из шамотного кирпича марок А, Б и В, который имеет следующую огнеупорность: кирпич марки А – не ниже 1730 °С, марки Б – 1670 °С, марки В – 1580 °С. Исходя из того, что почти все старые печи работают в форсированных режимах, предпочтительно применение кирпича марки А.
Кирпич марок Б и В в жестких условиях эксплуатации с течением времени оплавляется, в результате толщина стен уменьшается, а под печи покрывается твердыми наростами оплавившегося шамота. В дальнейшем, при ремонтах, эти наросты удаляют с большими трудностями. Особенно недопустимо оплавление стен при наличии подовых трубных экранов.
Стены современных печей имеют блочную конструкцию (рисунок 2.77) и собираются из огнеупорного кирпича разнообразной формы. Например, обмуровку двухскатных печей выполняют из блоков более 80 фасонов и размеров. Геометрическая форма огнеупорных блоков позволяет собирать их на балках и стержнях, прикрепленных к каркасу печи. Сопряженные поверхности соседних блоков снабжены выступами и соответствующими им впадинами, которые образуют замки-лабиринты. Грани блоков, обращенные внутрь печи, гладкие и обеспечивают образование внутренней гладкой поверхности стены печи. Такая обмуровка производится без растворов и имеет большие эксплуатационные преимущества перед монолитной футеровкой, опирающейся на самостоятельный фундамент.
1 – элемент блочной футеровки (блочный кирпич); 2 – несущие горизонтальные шнеллеры; 3 – кронштейны для блоков
Рисунок 2.77 – Блочная конструкция стен трубчатых печей
В технике кладки печей следует отметить тенденцию к применению в качестве материала для обмуровки жаростойкого бетона. Железобетонные стены печи отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. Однако жаропрочность таких стен и их способность переносить резкие колебания температур пока еще полностью не изучены. В эксплуатации находятся печи из крупноблочного жаростойкого бетона , стены которых являются несущими. Это исключает необходимость в металлическом каркасе.
В наиболее тяжелых температурных условиях работают перевальные стены, поэтому конструктивно они должны быть более прочными и долговечными. Их толщина обычно больше толщины контурных стен.
Благодаря отсутствию раствора каждый блок-кирпич легко воспринимает тепловые деформации и компенсирует их в пределах зазоров в замках. Этому же способствует разгруженность кладки от собственного веса. Нагрузку от кладки почти целиком воспринимает металлический каркас печи.
Замки-лабиринты в соединениях кирпичей обеспечивают надежную герметизацию кладки, что очень важно для снижения тепловых потерь через стены и уменьшения количества подсасываемого в топку воздуха. Объем блочной кладки невелик вследствие малой толщины стен (до 250 мм). Вертикальные стены печей беспламенного горения с излучающими стенами топок полностью или на отдельных участках составлены из керамических панелей. Панели могут чередоваться с кладкой из простых блоков. Керамические панели представляют собой конструктивный элемент горелок, прикрепляемых к каркасу печи. Уплотнения между отдельными горелками, а также между горелками и кладкой осуществляются асбестовой прокладкой или асбестовым шнуром.
Основание печи выкладывается из трех слоев: нижний слой из простого кирпича стелится на бетонную постель плашмя, без раствора; второй слой – из простого кирпича на цементно-глиняном растворе; третий слой (самый верхний) – из огнеупорного кирпича, положенного на ребро, с шамотно-глиняным раствором.
Футеровка печей (рисунок 2.78) – это конструкция из огнеупорных, кислотоупорных, теплоизоляционных и облицовочных материалов и изделий, ограждающая рабочую камеру, в которой протекают печные процессы, от взаимодействия с окружающей средой.
 |  |
 |  |
| Рисунок 2.78 – Футеровка печи |
|
Во многих печах футеровку выполняют из фасонных шамотных кирпичей с огнеупорностью: 1730 °С – класс А; 1670 °С – класс Б; 1580 °С – класс В.
Футеровка предохраняет металлоконструкции печи, а также обслуживающий ее персонал от воздействия высоких температур и печной среды. Она обеспечивает необходимую газоплотность в рабочей камере печей, т.е. полную герметизацию при работе под высоким давлением, либо достаточную газоплотность при давлениях, близких к атмосферному.
Футеровка один из основных конструктивных элементов печей, который дает возможность осуществления высокотемпературных термотехнологических и теплотехнических процессов в печной среде при наличии механических нагрузок с сохранением в течение длительного времени геометрической формы рабочей камеры, механической и строительной прочности.
Большое разнообразие огнеупорных кирпичей (до 80 типоразмеров) очень усложняет сборку обмуровки. Поэтому в современных печах все чаще применяют блочные обмуровки из жаростойкого бетона и железобетона.
Для печей с металлическим каркасом применяют блоки массой 500 кг и более, монтируемые с использованием кранов, и мелкие блоки массой 50 кг, которые укладывают вручную.
В мировой практике строительства трубчатых печей четко наметилась тенденция перехода от тяжелой кирпичной огнеупорной обмуровки к облегченным жароупорным и теплоизоляционным блокам.
Конструктивно блок комбинируется из сборных теплоизоляционных плит, защищаемых с огневой стороны слоем жаростойкого бетона. Значительное уменьшение массы обмуровки способствует распространению новых конструкций печей с облегченным каркасом.
Трубные змеевики.
Трубчатый змеевик является наиболее ответственной частью печи. Его собирают из дорогостоящих горячекатаных бесшовных печных труб
Печные трубы работают в трудных условиях; они подвержены двустороннему воздействию высоких температур: изнутри – от нагреваемого сырья и снаружи – от дымовых газов и излучающих поверхностей.
Причины износа труб различны и зависят от гидравлической и теплотехнической характеристик режима эксплуатации и технологических особенностей процесса, учитывающих качество сырья. Величина износа при этом зависит от качества изготовления и металла труб. Внутренние поверхности труб подвержены коррозионному и эрозионному износам. Наибольшая коррозия наблюдается при переработке сернистых нефтей, а также нефтей, содержащих хлористые соли. Эрозионный износ обусловлен содержанием в нагреваемом сырье механических включений и большими скоростями движения среды по трубам. Особенно интенсивно изнашиваются концы труб.
В процессе эксплуатации наружные поверхности труб подвергаются износу из-за коррозии дымовыми газами, окалинообразования и прогаров.
Коррозии дымовыми газами подвержены главным образом поверхности труб первых рядов змеевика конвекционных камер, если температура сырья на входе в печь ниже 50 °С, то есть ниже наиболее вероятной температуры точки росы. При этом дымовые газы, которые непосредственно соприкасаются с поверхностями труб, охлаждаются, водяной пар в них конденсируется и, поглощая из газов сернистый ангидрид, образует агрессивную сернистую кислоту.
Окалинообразование является следствием окисления металла труб, начинающегося с их наружных поверхностей.
Под прогарами печных труб принято понимать разрывы их на некоторых участках. Всякому прогару предшествует образование на трубе отдулин – местных увеличений диаметра вследствие ползучести металла при высоких температурах и давлениях внутри трубы.
В настоящее время применяют печные трубы диаметром 60–152 мм, длиной до 18 м, толщиной стенки до 15 мм.
Применяют бесшовные катаные трубы из углеродистой стали марок 10 и 20 (при температуре до 450 °С) и из легированных сталей 15Х5М и 15Х5ВФ (при температуре до 550 °С). При более высоких температурах нагрева сырья используют трубы из жаропрочных сталей. Трубы из углеродистой стали можно применять только в неагрессивных средах.
Трубы могут соединяться в змеевики двумя способами:
ретурбендами – соединение производится посредством развальцовки концов труб в гнездах;
калачами или двойниками – соединение производится посредством сварки (рисунок 2.79).
Когда по условиям эксплуатации нет необходимости в систематическом вскрытии торцов труб (для чистки или ревизии), предпочтение следует отдавать сварному змеевику как наиболее простому, компактному, дешевому и надежному в работе. 
Рисунок 2.79 – Печной двойник
Ретурбенды представляют собой стальные литые или кованые короба, соединяющие трубы в змеевик. Направление потока в них изменяется на прямо противоположное. Конструкция всех ретурбендов такова, что в случае необходимости может быть открыт доступ к внутренней поверхности печных труб.
В последнее время появились печи без ретурбендов и peтурбендных камер. Цельносварной трубный змеевик в таких печах размещается внутри камер и удерживается по концам, как и в промежутках, подвесками вместо трубных решеток.
Трубные змеевики по экранам радиантных камер размещаются в один или в два ряда (рисунок 2.80). При размещении в два ряда трубы одного ряда располагают в створе труб другого ряда, то есть в шахматном порядке. Шаг между трубами обычно составляет 1,7–2 наружных диаметра печной трубы.
 |  |
 |
|
| Рисунок 2.80 – Различные конструкции трубных змеевиков |
|
Гарнитура печей.
К гарнитуре печей относятся детали, предназначенные для удержания труб от провисания в промежутках между трубными решетками, для сборки блоков футеровки стен и подвесных сводов, а также гляделки
и предохранительные окна.
Трубные решетки
применяют для удержания труб конвекционных камер (рисунок 2.81). Их крепят к специально выполненному для этой цели участку фундамента печи.
align="bottom" width="238" height="173" border="0"> align="bottom" width="225" height="170" border="0">
Рисунок 2.81 – Трубные решетки
Решетки конвекционных труб однокамерных печей можно с одной стороны крепить к металлоконструкциям, а с противоположной стороны заделывать в кладку перевальных стен. В местах заделки оставляют достаточные зазоры, чтобы при тепловых деформациях решетки не разрушали кладку.
Для конвекционных труб обычно достаточно надежны решетки из чугуна марки СЧ21-40, и лишь для нескольких верхних рядов, где температура среды высока, целесообразно применять решетки из жароупорной стали или ее заменителей.
Для высоких конвекционных камер решетки составляют из нескольких частей, соединенных болтами из нержавеющей стали. Нижние участки отверстий решеток снабжены приливами, увеличивающими площади опирания труб.
Подвески (рисунок 2.82).
| align="bottom" width="211" height="158" border="0"> | align="bottom" width="212" height="158" border="0"> |
| align="bottom" width="215" height="162" border="0"> | align="bottom" width="217" height="162" border="0"> |
| Рисунок 2.82 – Подвески |
|
Подвески используются для крепления труб потолочного экрана. Их прикрепляют к элементам каркаса.
Трубные подвески могут быть закрытыми и открытыми. Закрытые подвески прочнее, но для смены их в случае прогара требуется демонтаж печных труб.
Учитывая их высокую температуру в радиантной камере, подвески и кронштейны изготовляют из высоколегированных жаропрочных сталей. Для литых изделий, например, применяют сталь ЭИ316 (ЭИ319), обладающую жаростойкостью при температурах до 1000 °С в атмосфере сернистых топочных газов. Применяют также хромомарганцевоникелевые и хромомарганцевокремнистые стали.
По сравнению с печными трубами подвески находятся в более тяжелых рабочих условиях, так как они не охлаждаются потоками нефтепродуктов и нагреваются иногда до 1100 °С.В топочных газах часто содержатся большие количества сернистого газа, водяных паров, оксида углерода, водорода и других агрессивных агентов, вызывающих коррозию металла подвесок.
Так, ударная вязкость стали 20Х23Н13, из которой сделаны подвески, эксплуатировавшиеся в печах АВТ, в течение полугода снизилось более чем втрое. Исходя из условий работы подвесок, к их литью предъявляют 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 зачищаться от литейного шлака и быть скруглены.
Кронштейны используют для крепления труб бокового экрана. Кронштейны крепятся к элементам каркаса.
align="bottom" width="180" height="139" border="0"> align="bottom" width="184" height="137" border="0"> align="bottom" width="200" height="139" border="0">
Рисунок 2.83 – Кронштейны
Гляделки
(смотровые окна)
(рисунок 2.84).
Гляделки, или смотровые окна, предназначены для наблюдения в процессе работы за состоянием печных труб и работой форсунок (размером и яркостью пламени).
Их изготовляют из чугуна марки СЧ 21–40 и крепят на болтах снаружи кладки к металлоконструкции печи. Для большей обзорности на участке установки гляделок в стенах печи выполняют отверстие, расширяющееся внутрь печи.
Рисунок 2.84 – Гляделки (смотровые окна)
Предохранительные (взрывные) окна
(рисунок 2.85).
Предохранительные окна отличаются от гляделок большими размерами. Они предназначены для ослабления силы хлопка (взрыва) в топке печи в случае нарушения нормального режима, при ремонтах ими пользуются как лазами, через которые обслуживающий персонал проникает внутрь печи.
Рисунок 2.85 – Предохранительные окна
Крышки гляделок и предохранительных окон в рабочем состоянии должны плотно прилегать к корпусу под действием собственного веса. Для этого поверхности их сопряжения наклонены к вертикали. Крышки предохранительных окон изнутри покрывают изоляцией для предохранения от больших деформаций и потерь тепла.
Борова – это футерованные каналы для транспортирования отходящей из печей газовой печной среды до выбросных труб. Конструкции боровов типизированы, и они выбираются в зависимости от количества газовой печной среды, ее температуры и химического состава. При температуре отходящих газов до 500 °С борова футеруются глиняным кирпичом марки 75, а при более высоких температурах – шамотным кирпичом класса В или Б на шамотном растворе с несущей конструкцией из глиняного кирпича.
В них предусматривают люки-лазы для осмотра и чистки при ремонтах. Все каналы дымоходов снабжают системой паротушения.
Для регулирования тяги на дымоходах или в самом низу дымовой трубы устанавливают шиберы.
Шиберы – плоские заслонки, частично прикрывающие сечение тракта, по которому проходят дымовые газы, предназначенные для достаточно плотного отключения печей от тяговой установки, а также для достижения легкого и чувствительного регулирования количества газовой печной среды, выходящей из печи, и их давления.
При пожаре шибером прикрывают боров, что резко снижает тягу и интенсивность горения и предотвращает попадание пламени в дымовую трубу.
Шибер ставится при выходе отходящих газов из камеры печи и представляет собой чугунную, керамическую заслонку, опущенную в боров и подвешенную на тросе, перекинутом через блок с противовесом или непосредственно на барабан ручной или электрической лебедки.
Шибера в боровах для зоны с температурой дымовых газов до 600 °С выполняются из чугуна. Для зоны с температурой выше 600 °С шибера для предотвращения коробления выполняются водоохлаждаемыми или керамическими.
Дымовые трубы и газоходы.
Дымовая труба (рисунок 2.86) – это устройство, предназначенное для:
создания необходимого разрежения в рабочей и топочной камерах печей;
привода газовой печной среды в движение и последующего отвода в окружающую атмосферу.
Рисунок 2.86 – Дымовая труба
Дымовые трубы обеспечивают тягу, необходимую для работы трубчатых печей.
Дымовая труба является ответственным инженерным сооружением, работающим в чрезвычайно тяжелых условиях высоких ветровых нагрузок, температуры и агрессивного воздействия дымовых газов.
Трубы имеют основные конструктивные элементы: фундамент, цоколь, ствол, оголовок, зольное перекрытие, бункер, вводы боровов, антикоррозионную защиту, теплоизоляцию, футеровку, ходовую лестницу, молниезащиту, светофорные площадки.
Диаметр дымовой трубы должен быть таким , чтобы скорость движения газов в ней не превышала допустимого значения (4–6 м/с). Требуемая тяга в газовом тракте печи обусловлена разностью плотностей атмосферного воздуха и дымовых газов. Естественная тяга, создаваемая дымовой трубой, зависит от высоты трубы, температуры дымовых газов и температуры атмосферного воздуха. Разрежение в топке печи, создаваемое дымовой трубой, обычно составляет 15–20 мм вод. ст.
Современные печные комплексы оснащаются следующими трубами:
кирпичными с максимальной высотой 150 м и допустимой температурой проходящей печной среды до 800 °С;
железобетонными трубами с максимальной высотой 200 м и допустимой температурой газовой среды до 200°С;
металлическими футерованными трубами с максимальной высотой 60 м и допустимой температурой газовой среды до 800 °С.
Для выброса агрессивной печной среды из печей чаще всего применяются металлические трубы (нержавеющая сталь), собранные из отдельных царг высотой до 150 м, установленных на специальных опорных конструкциях, позволяющих заменить любую часть ствола трубы в случае выхода ее из строя.
Большая часть эксплуатируемых в настоящее время дымовых труб изготовлена из стали Ст3. Металлические трубы конической формы в соответствии с нормалями имеют высоту 30,35 и 40 м при диаметре на выходе до 2000 мм и у основания – до 3200 мм. К фундаменту они крепятся фундаментными болтами (до 16 штук).
Условия эксплуатации дымовых труб определяются возможной коррозией их тонких стенок дымовыми газами, а в случае прогаров печных труб или воспламенения сажи – перегревами до высоких температур. В настоящее время повсеместно вводятся в эксплуатацию теплостойкие железобетонные трубы. Во избежание возможного загорания сажи, накапливающейся на стенках труб, их периодически продувают острым паром.
2.3.4 Показатели работы печей
Каждая трубчатая печь характеризуется тремя основными показателями:
производительностью;
полезной тепловой нагрузкой;
коэффициентом полезного действия.
Таким образом, для каждой печи производительность является наиболее полной ее характеристикой.
– это количество тепла, переданного в печи сырью (МВт, Гкал/ч). Она зависит от тепловой мощности и размеров печи. Тепловая нагрузка большинства эксплуатируемых печей 8–16 МВт.Перспективными являются более мощные печи с тепловой нагрузкой 40–100 МВт и более.
Коэффициент полезного действия печи характеризует экономичность ее эксплуатации и выражается отношением количества полезно используемого тепла Q пол к общему количеству тепла Q общ, которое выделяется при полном сгорании топлива.
Полезно использованным считается тепло, воспринятое всеми нагреваемыми продуктами (потоками): сырьем, перегреваемым в печи паром и в некоторых случаях воздухом, нагреваемым в рекуператорах (воздухоподогревателях).
Значение коэффициента полезного действия зависит от полноты сгорания топлива, а также от потерь тепла через обмуровку печи и с уходящими в дымовую трубу газами.
Трубчатые печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, имеют к.п.д. в пределах 0,65–0,87.
Повышение коэффициента полезного действия печи за счет более полного использования тепла дымовых газов возможно до значения, определяемого их минимальной температурой. Как правило, температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру, должна быть выше начальной температуры нагреваемого сырья не менее чем на 120…180°С.
Эксплуатационные свойства каждой печи наряду с перечисленными показателями характеризуются:
теплонапряженностью поверхности нагрева;
тепловым напряжением топочного объема;
гидравлическим режимом в трубном змеевике при установившейся работе.
Страница 4 из 14
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАЖИГАНИЯ
Источник зажигания - средство энергетического воздействия, инициирующее возникновение горения данной среды.
Под производственными источниками зажигания следует понимать такие источники, существование или появление которых связано с осуществлением технологических процессов производств.
Производственные источники зажигания характеризуются воспламеняющей способностью, которую оценивают упрощенно - путем сравнения температуры, теплосодержания и времени его теплового действия с соответствующими характеристиками горючей смеси.
При этом считают, что источник тепла опасен как источник зажигания, если:
температура искры Т и больше (или равна) температуре самовоспламенения горючей среды Т св, в контакте с которой находится искра
Т и ³Т св (1.33)
количество тепла, заключенное в искре, q и больше (или равно) минимальной энергии зажигания горючей среды q мин
q и ³ q мин (1.34)
время действия искры t и (определяется при охлаждении искры до Т св) больше (или равно) периода индукции горючей среды t инд:
t и ³ t инд.(1.35)
Если хотя бы одно из названных условий не выполняется, то искра не обладает воспламеняющейся способностью и, следовательно, она не может быть отнесена к источнику зажигания.
Параметры предполагаемого источника зажигания можно определить расчетным или опытным путем, а горючей среды - по справочной литературе.
В условиях производства существует большое количество различных источников зажигания.
Вероятность возникновения источника зажигания принимают равной нулю в следующих случаях:
- если источник не способен нагреть вещество выше 80% значения температуры самовоспламенения вещества или температуры самовозгорания вещества, имеющего склонность к тепловому самовозгоранию;
- если энергия, переданная тепловым источником горючему веществу (паро-, газо-, пылевоздушной смеси) ниже 40% минимальной энергии зажигания;
- если за время остывания теплового источника он не способен нагреть горючие вещества выше температуры воспламенения;
- если время воздействия теплового источника меньше суммы периода индукции горючей среды и времени нагрева локального объема этой среды от начальной температуры до температуры воспламенения.
По времени действия различают:
- постоянно действующие (они предусмотрены технологическим регламентом при нормальном режиме работы оборудования);
- потенциально возможные источники зажигания, возникающие при нарушениях технологического процесса.
По природе проявления различают следующие группы источников зажигания:
- открытый огонь и раскаленные продукты сгорания;
- тепловое проявление механической энергии;
- тепловое проявление химических реакций;
- тепловое проявление электрической энергии.
Следует иметь в виду, что эта классификация носит условный характер. Так, открытый огонь и раскаленные продукты сгорания имеют химическую природу проявления. Однако, учитывая особую пожарную опасность, эту группу принято рассматривать отдельно.
Открытый огонь и раскаленные продукты сгорания.
В условиях производства для осуществления многих технологических процессов используется открытое пламя, например, в аппаратах огневого действия (трубчатых печах, реакторах, сушилках и т. п.), при производстве огневых работ, при сжигании выбрасываемых в атмосферу паров и газов на факельных установках.
Поэтому открытый огонь и раскаленные продукты сгорания обычно используются или образуются в огневых печах, заводских факельных установках и при проведении огневых работ. Кроме этого, высоконагретые продукты сгорания, образующиеся при сжигании топлива в топках и двигателях внутреннего сгорания; искры топок и двигателей, образующиеся в результате неполного сгорания твердого, жидкого или газообразного топлива.
Мероприятия, предупреждающие пожары от открытого огня и раскаленных продуктов горения:
1. Изоляция аппаратов огневого действия:
1.1. рациональное размещение на открытых площадках;
1.2. устройство противопожарных разрывов;
1.3. устройство между аппаратами огневого действия и газопароопасными аппаратами экранов в виде стен или отдельных закрытых линий, выполненных из негорючих материалов;
1.4. устройство паровых завес по периметру печей с газоопасных сторон.
2. Соблюдение правил пожарной безопасности при проведении огневых работ.
3. Изоляция высоконагретых продуктов сгорания:
3.1. контроль за состоянием дымовых каналов;
3.2. защита высоконагретых поверхностей (трубопроводов, дымовых каналов) теплоизоляцией;
3.3. устройство противопожарных разделок и отступок и т.п.
4. Защита от искр при работе топок и двигателей:
4.1. соблюдение оптимальных температур и соотношения между топливом и воздухом в горючей смеси;
4.2. контроль за техническим состоянием и исправностью устройств для сжигания топлива;
4.3. систематическая очистка внутренних поверхностей топок, дымовых каналов и двигателей внутреннего сгорания от сажи и нагаромасляных отложений;
4.4. использование искроуловителей и искрогасителей (рис. 10 … 12).
|
|
|
|
Рис. 10. Схема гравитационного искроулови-теля: 1 - осадительная камера; 2 - смесь потока дымовых газов с искрами; 3 - направление движения дымовых газов; 4 - направление движения искр |
Рис. 11. Схема инерционного искроулови-теля: 1 - топка; 2 - перегородка; 3 - направление движения дымовых газов; 4 - направление движения искр; 5 - искроосадительная камера |
|
|
|
|
Рис. 12. Схема центробежного искроуловителя циклонного типа: 1 - корпус искроуловителя; 2 - смесь потока дымовых газов с искрами; 3 - тангенциальный патрубок; 4 - направление движения дымовых газов; 5 - направление движения искр; 6 - выгрузка охлажденных искр |
|
5. Ограничение источников огня, не вызванных потребностями технологического процесса:
5.1. оборудование мест для курения;
5.2. применение горячей воды, пара, для обогрева замерзших труб;
5.3. распаривание и очистка скребками отложений в аппаратах вместо их выжигания.
Тепловое проявление механической энергии.
При взаимном трении тел за счет совершения механической работы происходит их разогрев. При этом механическая энергия переходит в тепловую. Тепловой нагрев, т. е. температура трущихся тел в зависимости от условий трения может быть достаточной для воспламенения горючих веществ и материалов. При этом нагретые тела выступают в качестве источника зажигания.
В производственных условиях наиболее распространенными случаями опасного нагрева тел при трении являются:
- удары твердых тел с образованием искр;
- поверхностное трение тел;
- сжатие газов.
