Основное технологическое оборудование нефтеперерабатывающих заводо

Рис. 11. Конструкция цилиндрической трубчатой печи с верхним расположением конвекционной камеры: 1 – горелка; 2 – радиационный змеевик; 3 – каркас; 4 – футеровка; 5 – конвекционный змеевик. Потоки:

I – продукт на входе; II – продукт на выходе

21

Рис. 12. Конструкция цилиндрической печи типа КС: 1 – горелка; 2 – радиационный змеевик; 3 – конвекционный змеевик; 4 – каркас; 5– футеровка; 6 – воздухоподогреватель; 7 – шибер. Потоки: I – продукт на входе; II – продукт на выходе; III – дымовые газы

22

Конструктивные элементы печей. К основным элементам печей относятся фундаменты, металлический каркас, стены, змеевики, гарнитура, форсунки и горелки, дымовые трубы, пароперегреватели и рекуператоры тепла.

Фундаменты выполняют из монолитного или сборного железобетона. Они должны быть надежно защищены от грунтовых вод гидроизоляцией. Фундамент отделяют от высоких температур защитным теплоизоляционным слоем из обычного керамического кирпича. Это связано с тем, что при 300–400 ºС цемент в бетоне теряет кристаллизационную влагу и разрушается.

Металлический каркас – представляет собой пространственную конструкцию, обрамляющую стены печи (рис. 13). Он несет нагрузку от веса трубных змеевиков, гарнитуры, подвесного свода, кровли, а в печах новых конструкций – и от стен печи, поэтому конфигурация каркаса с опорными поверхностями стоек соответствует наружной форме печи. Каркас состоит из плоских рам или ферм, которые устанавливаются на фундамент.

Рис. 13. Схема конструкций каркасов трубчатых печей: а – из простых балок; б – со стойками из балок и фермой для свода; в – из ферм на шарнирных опорах

При больших размерах печей стойки каркаса крепятся к установочным плитам при помощи шарниров, что обеспечивает свободное восприятие температурных деформаций (см. рис. 13, в). Нижние пояса ферм служат для подвешивания кирпичей свода

итруб потолочного экрана. На верхние пояса устанавливают кровлю обычно из асбоцементных листов. К стойкам каркаса при помощи кронштейнов подвешивают трубы

икирпичи боковых стен. Все элементы стального каркаса вынесены из зоны высоких температур и защищены обмуровкой и тепловой изоляцией.

Составными элементами крайних ферм являются трубные решетки и ретурбендные камеры (рис. 14). На трубную решетку обоими концами опираются печные трубы со смонтированными на них ретурбендами-двойниками. При температурах до 800 °С решетки изготавливают из серого чугуна СЧ 21-40, при температурах до 1000 °С – из жаростойкого чугуна и при больших температурах – из жаропрочной стали. Решетки надежно крепятся к несущим элементам каркаса.

Ретурбендные камеры представляют собой стальные короба с открывающимися дверцами. Для сокращения тепловых потерь, а также предотвращения деформаций дверцы изнутри покрывают слоем теплоизоляции. Внутри этих камер расположены ретурбенды – разъемные устройства для соединения труб печи в непрерывный змеевик (см. рис. 14). Герметизация труб осуществляется методом развальцовки. Конструкция

23

ретурбендов должна обеспечивать прочность и герметичность соединения труб печи, незначительное гидравлическое сопротивление, возможность вскрытия труб и их смены, доступность при очистке от коксовых отложений.

а

б

Рис. 14. Узел ретурбендной камеры: а – общий вид; б – трубная решетка; 1 – металлический каркас фермы; 2 – обрамляющие уголки камеры; 3 – изоляция дверцы; 4 – стальная обшивка изоляции; 5 – ретурбенд; 6 – камера; 7 – решетка; 8 – изоляция решетки; 9 – петля; 10 – печная труба; 11 – подвесной свод; 12 – дверца; 13 – запоры дверцы

По конструкции ретурбенды могут быть различными, например двухтрубными (рис. 15), угловыми и др. По способу изготовления различают литые и кованые. В ретурбендах пробки прижимают к гнезду при помощи нажимного болта и траверсы, вставленной в проушины корпуса.

Однако ретурбенды сложны, недостаточно надежны в эксплуатации и вызывают повышенные гидравлические и тепловые потери. В настоящее время в действующих печах проводится постепенная замена этих соединений более простыми и надежными – приварными двойниками («калачами»).

Для крепления трубных решеток (рис. 16, 17) конвекционной камеры, состоящей из отдельных секций, по торцам печей устанавливают рамы, привариваемые к элементам ферм. Трубные решетки являются опорами конвекционных труб. Они обычно изготавливаются из чугунного литья и в ряде случаев покрываются теплоизоляцией.

Промежуточные трубные решетки конвекционной камеры для жестких температурных условий отливают из стали 40Х9С2Л.

Самая нижняя секция решетки устанавливается на фундамент, для чего она снабжается специальными лапами.

24

имеют блочную конструкцию, т.е. их собирают из огнеупорных блоков разнообразной формы. Эти блоки собирают на болтах и стержнях, прикрепленных к каркасу печи. Блоки имеют выступы и впадины (шип – паз), поэтому обмуровка не требует раствора, блоки легко воспринимают тепловые деформации и компенсируют их в пределах зазоров. Толщина таких стен не превышает 250 мм.

Вертикальные стены печей беспламенного горения полностью или частично составлены из керамических панелей этих горелок. Уплотнением между горелками служит асбестовый шнур или прокладка.

В отдельных случаях применяются печи с монолитной обмуровкой из жаропрочного бетона. Они характеризуются простотой и низкой стоимостью. Однако их жаропрочность полностью не изучена.

Долговечность кладки при прочих равных условиях обеспечивается качеством заполнения температурных швов (рис. 18).

26

Рис. 18. Температурные швы в обмуровке печи: а – на прямом участке; б – на углу кладки; в – на сопряжении с перевальной стенкой

Ширину температурных швов устанавливают из расчета 5–6 мм на один погонный метр шамотной кладки. Диаметр укладываемого в шов асбестового шнура должен быть больше ширины шва минимум на 5 мм.

Нижнюю часть (под) печи выкладывают из трех слоев: нижний слой из простого кирпича без раствора на бетонную постель; второй слой – из простого кирпича с це- ментно-глиняным раствором; третий (самый верхний) – из огнеупорного кирпича, положенного на ребро, с шамотно-глиняным раствором.

Трубные змеевики состоят из отдельных прямых бесшовных труб длиной от 6 до 18 м и диаметром 60–219 мм. Наиболее часто используют трубы диаметром 102, 127

и 152 мм.

Трубы соединяют последовательно в змеевик печными двойниками различных конструкций (разборными и сварными) (рис. 19). Разборные двойники (ретурбенды) применяют при температурах до 560 °С, когда необходима механическая чистка

Рис. 19. Продуктовый змеевик: 1 – калач сварной; 2 – секция; 3 – калач сварной с фланцем; 4 – секция; 5 – двойник печной нормальный двухтрубный; 6 – двойник печной угловой

27

внутренних стенок труб от отложений кокса. Из-за их малой надежности, сложности

идругих недостатков в последнее время все больше используются неразборные двойники. Ввиду малого расстояния между трубами их нельзя изготавливать методом гибки. Их получают методом протяжки труб или сваркой штампованных половин.

Чистка неразборных трубных змеевиков от коксовых отложений может осуществляться несколькими методами. Наиболее эффективным из них считается метод паровоздушного выжига. Для этого в трубы подают воздух, разбавленный водяным паром в соотношении один к десяти. Во избежание их прогара процесс проводят в строго контролируемых температурных условиях.

Материал труб выбирают в зависимости от температурного режима и коррозионных свойств сырья. Трубы из углеродистой стали можно применять только в неагрессивных средах. Сталь 10 и сталь 20 применяется при температуре до 450 °С; легированные стали Х8, Х5Н, Х5МУ, 15Х, 5БФ, 12Х8ВФ, Х9М, Х13М1 – при температуре до 550 °С; жаропрочные стали 12Х18Н10Т, 10Х23Н18 – при температуре более 550 °С. В целях экономии часто на различных участках печи трубы изготавливают из разных сталей. На входе сырья, где температура минимальная, используют менее ценные сорта сталей. По мере движения сырья в печи и подъема его температуры применяют более жаростойкие стали. Наибольшая коррозия наблюдается при переработке сернистой нефти, а также нефтей, содержащих хлориды металлов.

Кгарнитуре трубчатых печей относят регистры для регулирования потока воздуха, смотровые окна для наблюдения за факелом и состоянием внешней поверхности радиационных труб, лазы для проникновения в печь при ремонте, взрывные окна для выпуска газов в случае возникновения «хлопка» в печи, подвески, кронштейны, лежаки

идругие элементы.

Для предохранения труб от провисания устанавливают трубные подвески (рис. 20, 21). По конструкции их подразделяют на подвески открытого (рис. 20, а) и закрытого (рис. 20, б) типов. Подвески закрытого типа более надежно удерживают трубы, однако в случае их замены необходимо вырезать трубы.

Рис. 20. Подвески для труб радиационного змеевика: а – открытого типа; б – закрытого типа

Число рядов этих деталей зависит от веса и длины трубы и условий их эксплуатации. Трубные подвески работают при высоких температурах (до 1000 °С), поэтому для их отливки используют только высоколегированные жаропрочные стали 30Х24Н12СЛ и 25Х23Н7СЛ.

28

À À-À

À

Для сборки и удержания блоков футеровки применяются различные подвески, крючья, кронштейны. Они находятся вне зоны высоких температур и поэтому выполняются из обычной стали. Люки и крышки изготавливают из чугунов.

Для поддержания горизонтального и наклонного сводов трубчатых печей, а также подвесных боковых стен из кирпичей применяют подвески (рис. 22, 23) и кронштейны (рис. 24), прикрепленные к балкам каркаса печи.

Подвески и кронштейны для кирпича находятся вне зоны нагрева, поэтому их отливают из чугуна.

К оборудованию для сжигания топлива относятся форсунки и горелки, предназначенные для сжигания соответственно жидкого и газообразного топлива. Конструкции их должны обеспечивать хорошее распыливание и смешение топлива с воздухом, а также полное сгорание топлива при минимальном избытке воздуха. Для распыливания жидкого топлива используют водяной пар, сжатый воздух или применяют механический способ. В последнем случае требуется фильтрование топлива и создание высокого давления в топливной линии. В трубчатых печах в основном применяют форсунки с паровым и воздушным распыливанием жидкого топлива. Распыливание паром связано с большим расходом водяного пара (до 0,6 кг на 1 кг топлива). Распыливание возду-

29

хом более экономично и способствует снижению уровня шума, характерного для форсунок с паровым распыливанием.

В современных печах часто применяют комбинированные горелки, пригодные для работы как на жидком, так и на газовом топливе. Одна из таких горелок с паровым распыливанием топлива показана на рис. 25.

Рис. 25. Форсунка газомазутная: 1 – корпус газовый; 2 – трубка распределительная; 3 – завихритель воздуха; 4 – корпус воздушный; 5 – труба наружная; 6 – головка газомазутная; 7 – труба внутренняя; 8 – вентиль; 9 – диффузор; 10, 11 – шиберы. Потоки: I – воздух от вентилятора; II – мазут; III – водяной пар; IV – воздух из атмосферы

Она состоит из трех частей: газовой, жидкостной и воздушной. Газовая часть представляет собой газовый корпус 1, который включает газовый коллектор, выполненный заодно с регистром атмосферного воздуха, и распределительные трубки 2 для ввода газа в топку. Воздушная часть состоит из корпуса 4, завихрителя 3, шибера 10 на газовом коллекторе. Жидкостная часть – мазутная форсунка – состоит из паромазутной головки 6, внутренней трубы 7, заканчивающейся диффузором 9. Подачу мазута регулируют вентилем 8.

Горелка работает следующим образом. Первичный воздух от вентилятора подается через завихритель 3, подхватывает и завихряет мазутную смесь. Вторичный атмосферный воздух для горения поступает через окна регистра в передней цилиндрической части газового корпуса и окна на конической поверхности газового коллектора. Количество вторичного воздуха регулируют шибером на газовом коллекторе и шибером, который перемещается внутри регистра.

Жидкое топливо может распыляться низконапорным воздухом от вентилятора, а также водяным паром или сжатым компрессором воздухом, подаваемым во внутреннюю трубу форсунки. При работе на газовом топливе может быть использован воздух от вентилятора и атмосферный воздух. Горелка может работать также одновременно на жидком и газовом топливе. Тепловая мощность горелки 2,3 МВт.

30