по линии 18. Выделяющееся при сгорании топлива тепло нагревает воду, находящуюся в кольцевом пространстве между стенкой камеры сгорания 7 и корпусом котла 1, что исключает чрезмерный нагрев внешних поверхностей котла. Для этих же целей служит экран 11. Раскаленные дымовые газы проходят через межтрубное пространство встроенного кипятильника 5, нагревая до кипения находящуюся в них воду. Образующийся здесь пар поступает в паросборник 4. Охлажденные дымовые газы через дымовую трубу 2 сбрасываются в атмосферу. Водогрейный котел снабжен приборами автоматического регулирования расхода топлива в зависимости от расхода горячей воды и пара, а также предохранительными устройствами.

5.8. НАГРЕВАНИЕ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЕЙ

Нагревание электрическим током производят в электрических печах, которые в зависимости от способа превращения электрической энергии в тепловую бывают трех видов: печи сопротивления, индукционные печи и дуговые печи, а также с помощью электронагревателей различного назначения и конструкции.

В печах сопротивления нагревание может производиться непосредственным пропусканием электрического тока через нагреваемый продукт (в печах прямого действия) или пропусканием тока через специальные нагревательные элементы (в печах косвенного действия). Примерами печей прямого действия служат стекловаренные, карборундовые и другие печи. Печи косвенного действия более распространены. В них тепло передается нагреваемому продукту путем лучеиспускания и конвекции.

Схема э л е к т р о п е ч и с о п р о- т и в л е н и я косвенного действия показана на рис. 5.20. Вокруг обогреваемого аппарата 1 размещаются не соприкасающиеся с его стенками нагревательные элементы 3, через которые пропускается электрический ток. Такой способ позволяет равномерно нагревать продукты до 1000–1100 оС и обеспечивает точное регулирование температуры посредством изменения напряжения или отключения части элементов. Нагревательные элементы 3 изготовляются из специальных металлов и сплавов, обладающих высоким электрическим сопротивлением (вольфрама, платины, нихрома и других

сплавов), в виде ленты или витыми из проволоки.

169

Нагрев небольших количеств жидкостей до температуры не выше 500 оС осуществляют с помощью трубчатых электрических нагрева-

различного технологического оборудования (трубопроводов, задвижек, сливо-наливных приборов и др.), отопления зданий и сооружений, удаления снега и льда с оборудования, разогрева вязких и застывающих нефтепродуктов перед отпуском потребителю в стационарных и передвижных резервуарах, железнодорожных и автомобильных цистернах, бочках и другой таре.

Ленточные гибкие переносные электронагреватели служат для подогрева технологического оборудования снаружи и изготовляются в виде гибкой герметичной ленты шириной 30 мм, толщиной 3–4 мм и длиной 2,5–3,2 м и более, внутри которой встроены электронагревательные провода с высоким омическим сопротивлением. Удельная мощность нагревателей составляет 10–100 Вт/м, рабочая температура не превышает 180 оС.

Высокотемпературные гибкие электронагреватели монтируются стационарно на трубопроводах или аппаратах (наматываются спирально, либо прокладываются линейно вдоль обогреваемого оборудования) под слоем теплоизоляции, т.к. их рабочая температура достигает 600 оС.

Электрогрелки предназначены для разогрева вязких и застывающих нефтепродуктов (мазута, масел) в железнодорожных и автомобильных цистернах, горизонтальных резервуарах и другом подобном оборудовании. В сложенном виде одна или несколько грелок поочередно вводятся через горловину в аппарат, где разворачиваются под действием торсионов. Мощность одной грелки достигает 18 кВт. Электрогрелки снабжаются блокировкой, отключающей подачу электроэнергии при разогреве продукта выше 80 оС, а также при высоте слоя нефтепродукта над грелкой менее

500 мм.

Схема использования о д н о т р у б н ы х э л е к т р о н а г р е в а т е- л е й для разогрева нефтепродуктов (масел) при сливе из железнодорожных цистерн показана на рис. 5.22. Нагреватель 2 состоит из корпуса, при-

170

ются в цистерну через горловину или поднимаются из нее с помощью кра- на-укосины и лебедки (на схеме не показаны). Мощность подогревателя 40 кВт. Автоматическое срабатывание блокировочного устройства и отключение нагревателя происходит при температуре нефтепродукта выше 80 оС и при высоте его слоя над нагревателем менее 500 мм.

Индукционная печь внешне напоминает печь сопротивления (см. рис. 5.20). Разница заключается в том, что вокруг аппарата укладывается обмотка соленоида (индуктор), к которой подводится переменный электрический ток, а не нагревательный элемент сопротивления. При этом в стенках аппарата возникают вихревые токи, возбуждаемые переменным магнитным полем индуктора. В результате стенки аппарата равномерно прогреваются, нагревая находящийся в аппарате продукт.

Для нагрева продуктов до температуры 1500–2000 оС и выше используются электродуговые печи, которые могут быть с открытой и закрытой дугой. В печах с открытой дугой пламя дуги образуется между электродами, расположенными над нагреваемым материалом, тепло к которому передается лучеиспусканием (косвенный нагрев). Известны конструкции комбинированных печей, которые работают на сочетании принципов нагрева в печах сопротивления (с использованием сопротивления нагреваемого материала) и в электродуговых печах. В печах с закрытой дугой (см. рис. 7.3) пламя дуги образуется между электродом и самим нагреваемым материалом (прямой нагрев).

К недостаткам дуговых печей относятся трудность равномерного обогрева и точного регулирования температуры.

171

Контрольные вопросы

1.Для каких целей производят нагревание и охлаждение веществ?

2.Укажите способы нагревания и охлаждения веществ.

3.Укажите основные виды теплоносителей.

4.Укажите основные виды хладоносителей.

5.Какими способами в технике осуществляют подвод тепла к нагреваемым продуктам?

6.Какими способами в технике осуществляют отвод тепла от охлаждаемых продуктов?

7.Укажите основные виды теплоиспользующих аппаратов и их назначение.

8.Напишите уравнение теплового баланса для установившегося теплообменного процесса и поясните его.

9.Напишите основное уравнение теплопередачи и поясните его.

10.Что понимают под коэффициентом теплопередачи и от чего он зависит?

11.Напишите уравнение переноса тепла через стенку и поясните его.

12.Что показывает коэффициент теплопроводности и от чего он зависит?

13.Как влияет наличие отложений на стенке на ее теплопроводность?

14.Поясните механизм передачи тепла конвекцией.

15.Напишите уравнение передачи тепла конвекцией и поясните его.

16.Какие факторы влияют на теплоотдачу и каким образом можно определить коэффициент теплоотдачи?

17.Вследствие чего возникает естественная конвекция продукта в обогреваемом аппарате?

18.Вследствие чего происходит вынужденная конвекция продукта в обогреваемом аппарате?

19.От чего зависит количество тепла, переходящего от более нагретого тела к менее нагретому посредством лучеиспускания?

20.Что понимают под температурным напором и от чего он зависит?

21.Какой способ организации движения теплоносителей относительно друг друга наиболее выгоден?

22.Какие достоинства и недостатки имеет горячая вода как теплоноситель?

23.Какие достоинства и недостатки имеет насыщенный водяной пар как теплоноситель?

24.Какие достоинства и недостатки имеет горячий воздух как теплоноситель?

25.Какие достоинства и недостатки имеют топочные газы как теплоноситель?

172

26.Какие виды высокотемпературных теплоносителей Вы знаете?

27.Какие достоинства и недостатки имеют жидкометаллические высокотемпературные теплоносители?

28.Какие достоинства и недостатки имеют ионные теплоносители?

29.Какие достоинства и недостатки имеют органические высокотемпературные теплоносители?

30.Для какой цели используются отходящие горячие и холодные продукты производства?

31.Какие достоинства и недостатки имеет атмосферный воздух как хладоноситель?

32.Какие достоинства и недостатки имеет вода как хладоноситель?

33.Какие достоинства и недостатки имеют холодильные рассолы и антифризы как хладоносители?

34.Поясните особенности работы циркуляционной и открытой систем обогрева или охлаждения аппаратов.

35.Поясните сущность процесса нагрева жидкости острым паром.

36.По каким признакам классифицируют теплообменные аппараты?

37.Какие достоинства и недостатки имеет аппарат с рубашкой?

38.Какие достоинства и недостатки имеют змеевиковые теплообменники?

39.Какие достоинства и недостатки имеют теплообменники типа «труба в трубе»?

40.Какие достоинства и недостатки имеют спиральные теплообменники?

41.Как устроен и работает кожухотрубный теплообменник?

42.Какие достоинства и недостатки имеют кожухотрубные теплообменники?

43.Для чего применяются плавающие головки и U-образные трубы в кожухотрубных теплообменниках?

44.Как устроен и работает регенеративный теплообменник?

45.Какие достоинства и недостатки имеет оросительный теплообменник?

46.Какие достоинства и недостатки имеют аппараты воздушного охлаждения?

47.Поясните устройство системы нагрева продукта топочными газами, достоинства и недостатки такой системы.

48.Как устроена и работает трубчатая печь?

49.Для чего служат смотровые и выхлопные окна в трубчатой печи?

50.Укажите назначение, устройство и область применения двойников (ретурбендов).

51.Как устроена и работает беспламенная панельная горелка?

52.Как устроен и работает теплогенератор?

53.Как устроен и работает водогрейный котел?

173

54.Укажите виды электронагревателей.

55.Как устроена и работает электропечь сопротивления?

56.Как устроены и работают ТЭНы?

57.Как устроены и работают гибкие переносные электронагреватели и электрогрелки?

58.Поясните устройство и работу системы электронагрева темных нефтепродуктов в железнодорожных цистернах.

Литература

1 . Основная.

1.Рабочая программа курса пожарная профилактика технологических процессов (5 лет обучения). –М.: ВИПТШ МВД России, 1995.

2.А л е к с е е в М. В., В о л к о в О. М., Ш а т р о в Н. Ф. Пожарная профилактика технологических процессов производств. –М.: ВИПТШ МВД СССР, 1985.

3.Основы пожарной безопасности: Учебное пособие / Под ред. канд. техн. наук В.А. Копылова. –М.: ВИПТШ МВД СССР, 1990.

2 . Дополнительная.

1.К а с а т к и н А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.

–М.: Изд-во «Химия», 1975.

2.В и х м а н Г. Л., К р у г л о в С. А. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов: Учебник для студентов вузов. 2-е изд., перераб.

идоп. –М.: Изд-во «Машиностроение», 1978.

174