Ахметов А. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа

Подождите немного. Документ загружается.

171

Благодаря отсутствию раствора каждый блок-кирпич легко воспри-

нимает тепловые деформации и компенсирует их в пределах зазоров

в замках. Этому же способствует разгруженность кладки от собствен

ного веса. Нагрузку от кладки почти целиком воспринимает металли

ческий каркас печи. Замки-лабиринты в соединениях кирпичей обеспе

чивают 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 тол

щины стен (до 250 мм).

Вертикальные стены печей беспламенного горения с излучающими

стенами топок полностью или на отдельных участках составлены из ке

рамических 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 осущест

вляются асбестовой прокладкой или асбестовым шнуром.

В технике кладки печей следует отметить тенденцию к приме

нению в качестве материала для обмуровки жаростойкого бетона.

Железобетонные стены печи отличаются простотой конструкции

и низкой стоимостью. Однако жаропрочность таких стен и их способ

ность переносить резкие колебания температур пока еще полностью

не изучены.

В эксплуатации находятся печи из крупноблочного жаростойкого

бетона, стены которых являются несущими. Это исключает необхо

димость в металлическом каркасе

. В конструкциях некоторых печей,

имеющих бетонную и блочную обмуровку, а также обычную обмуровку

на растворе

, предусмотрены воздушные каналы в стенах для охлажде-

ния их естественной вентиляцией.

Долговечность кладки обеспечивается наряду с прочими условиями

качеством заполнения температурных швов

. Диаметр укладываемого

в шов асбестового шнура должен быть больше ширины шва не менее

чем на

5 мм. Ширину температурных швов устанавливают из расчета

5…6 мм на 1 пог. м шамотной кладки.

Для повышения стойкости обмуровки к высоким температурам

иногда применяют огнеупорные обмазки

, которые наносят на ее внут-

реннюю поверхность. В качестве такой обмазки применяют раствор

концентрата сульфитспиртовой барды

. Применяют также обмазку, со-

стоящую из шамотного порошка

, глины и жидкого стекла. Однако тех-

нология нанесения обмазок сложна

, поэтому широкого практического

применения они не имеют.

172

В наиболее тяжелых температурных условиях работают переваль-

ные стены, поэтому конструктивно они должны быть более прочными

и долговечными. Их толщина обычно больше толщины контурных

стен.

Под печи выкладывают из трех слоев: нижний слой из простого кир

пича 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.

ПОДВЕСНЫЕ СВОДЫ

Основными требованиями, предъявляемыми к подвесным сводам,

являются долговечность и герметичность.

Долговечность сводов зависит от качества кирпича и надежности

подвесок, которые необходимо предохранять от воздействия открытого

пламени и высоких температур дымовых газов.

На рис. 2.83 приведена конструкция свода, составленного из по

парно стыкованных кирпичей, подвешиваемых на крючьях к каркасу

печи.

Система заделки швов обеспечивает надежную герметичность свода

и предохраняет штыри и крючья от прогорания. Наибольшей герме

тичностью и долговечностью отличаются широко применяемые в на

стоящее время подвесные своды, собранные из фасонных огнеупорных

блоков на замках, зубчиках или со множеством лабиринтных сопряже

ний. На рис.

2.84 показана конструкция такого свода. Фасонные кир-

пичные блоки нанизывают на чугунные подвески, которые на болтах

Рис. 2.83. Крепление

кирпичей на своде печи:

1 — подвесной кирпич; 2 —

изоляционный шнур;

3 — шту-

катурка; 4 — изоляция; 5 — об-

муровка стен;

6 — подвесной

крючок;

7 — удерживающие

прутья; 8 — палец

173

прикреплены к балкам, связывающим нижние пояса ферм. Собранный

из фасонных блоков подвесной свод для заделки зазоров в стыках за

ливают сверху раствором шамота с огнеупорной глиной и изолируют.

ФУНДАМЕНТ

Фундамент проектируют с усилением под несущими стойками кар-

каса печи и сооружают из монолитного или сборного железобетона.

Площадь опорной плиты рассчитывают с учетом нормативного допус-

каемого напряжения сжатия бетона.

Правильность расположения фундамента и его осей, а также высот

ных опорных отметок регламентирована нормами предельных отклоне

ний от проектных размеров: отклонение осей фундамента и размеще

ния отверстий для фундаментных болтов ±

10 мм; минимальный зазор

для подливки между опорной плитой рамы и опорными плоскостями

фундамента 25…30 мм. Для защиты бетона от разрушения грунтовы-

ми водами предусматривают при возведении фундаментов дренажные

приспособления и гидроизоляцию. Фундаменты конструктивно изо

лируют от воздействия высоких температур устройством каналов для

циркуляции воздуха, так как цемент бетона при 300

…400 °С теряет крис-

таллическую воду, поэтому его прочность снижается.

Рис. 2.84. Конструкция свода печи

174

МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ КАРКАС

Каркас является основ-

ным несущим узлом, воспри

нимающим нагрузки от веса

огнеупорной обмуровки,

трубчатых змеевиков, гарни

туры, системы для сжигания

топлива (рис. 2.85). Во мно

гих типах печей на каркасе

монтируют дымовые трубы

и вспомогательные устрой

ства.

Каркас представляет собой сборную конструкцию из отдельных рам

или ферм, изготовленных из углеродистого стального проката.

Конфигурация каркаса соответствует форме трубчатой печи. Опор

ные 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 (рис. 2.86а).

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 об

муровочных кирпичей (рис. 2.86б).

Механическому расчету подлежит средняя ферма печи, как наиболее

нагруженная.

Рис. 2.85. Металлический каркас

Рис. 2.86. Каркас печи

175

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

В качестве топлива для трубчатых печей нефтеперерабатывающих

заводов используют жидкое нефтяное топливо (в основном мазут или

другие продукты нефтепереработки) и нефтяной или природный газ.

Вид применяемого топлива определяет конструкцию и особенности

оборудования для его сжигания.

Для сжигания топлива применяют горелки, работающие на жидком

топливе, газообразном и комбинированные.

Конструкция горелок для трубчатых печей должна отвечать следую-

щим требованиям:

— обеспечить стабильное равномерное распределение тепловой энер

гии по зонам печи и заданный температурный профиль по длине

трубчатого змеевика;

— обеспечить полное сжигание топлива любого состава;

— горение должно быть устойчивым во всем диапазоне изменения рас

хода газа, т

. е. происходить без отрыва пламени от выходной части

горелки или проскока его в смеситель;

— иметь большую единичную теплопроизводительность, позволяю

щую размещать в топке ограниченное число горелок;

— отличаться простотой изготовления, сборки, монтажа в печь и воз

можностью ремонта без останова печи;

— обеспечивать эффективный и экономичный расход топлива

, рабо-

тать с минимальным избытком воздуха (ά = 1,05…1,1);

— быть конструктивно несложной и удобной для технического обслу

живания;

— обеспечить безопасность эксплуатации и ремонта, а также сохра

нение чистоты окружающей среды, предотвращать загрязнение ее

вредными выбросами с дымовыми газами;

— работать без значительного шумового давления с соблюдением уста

новленных санитарных норм;

— обладать возможностью включения в систему автоматического

управления тепловым процессом печи.

Комбинированные (газомазутные) горелки

парового и воздушного распыливания

Комбинированными (газомазутными) горелками оборудовано боль

шинство современных трубчатых печей, применяемых для нагрева жид

ких и газообразных сред. Эти горелки удобны в эксплуатации, так как

переход от сжигания одного вида топлива к другому эксплуатационно

несложен и осуществляется в короткий промежуток времени.

176

Горелки типа ГП

Горелки типа ГП (рис. 2.87) парового распыливания предназначены

для сжигания газообразного или жидкого топлива (или того и другого

одновременно) в горизонтальном или вертикальном положении при

распылении водяным паром или сжатым компрессорным воздухом.

Горелки (рис. 2.8

8) состоят

из трех основных узлов:

— жидкостного;

— газового;

— воздушного.

Газовый узел представля

ет собой торообразный кол

лектор с рассредоточенными

по окружности отверстиями

большего и меньшего разме

ров — диаметром 10 и 4 мм.

Газопровод соединен с кол

лектором резьбовым соедине

нием.

Жидкостной узел состоит из двух частей – узла подачи жидкого то

плива с регулирующим вентилем и узла ввода пара для распыливания.

Жидкостной узел расположен по оси горелки и на выходе его имеется

распыливающее сопло.

Рис. 2.87. Горелка типа ГП

��

Рис. 2.88. Горелка типа ГП:

1 — газовый коллектор; 2 — корпус; 3 — реактор; 4 — воздушный завихритель; 6 — форсунка;

7 — шибер; 8 — сектор; 9 — газоподводящая труба

177

Воздушный узел состоит из двух частей корпуса с окнами, пере-

крываемыми регистром, через который проходит атмосферный воздух,

и патрубка с фланцами для подачи воздуха от вентилятора.

Горелка работает следующим образом.

На жидком топливе — по наружной трубе вводится мазут, а водяной

пар подается по внутренней, их расход регулируют запорной армату

рой. Подогретая парожидкостная эмульсия направляется к соплу. Затем

мелкодисперсная паромазутная эмульсия, образованная внутри узла,

направляется двумя потоками к завихрителю горелки: один (внешний)

направляется через отверстие распределителя, а другой (внутрен-

ний) – через рефлектор. Из горелки эмульсия распыляется в воздуш

ные потоки, инжектируемые через воздушный узел. Образование то

пливо-воздушной смеси и ее воспламенение начинается в амбразуре

камеры сгорания.

На газообразном топливе горелка работает следующим образом.

Топливный газ через отверстие газового коллектора распределяется

в центральный закрученный и периферийный прямоточный воздушные

потоки, инжектируемые в горелку через воздуховод и окна корпуса.

Газовоздушная смесь воспламеняется и сгорает в амбразуре

.Расход ат-

мосферного воздуха регулируют шибером и регистром.

Конструкцией горелки предусмотрена возможность подачи в нее

воздуха от вентилятора через воздуховод

. Необходимость подачи воз-

духа в горелку может быть вызвана двумя причинами: недостаточным

разряжением в топке, при котором не обеспечивается подсос необхо

димого количества воздуха, и использованием подогретого воздуха для

сжигания топлива.

Техническая характеристика ГП-1

Тепловая мощность, Гкал/ч 1,7…2,1

Производительность:

при работе на жидком топливе (Q = 39 800 кДж/кг), кг/ч

при работе на газе (Q = 34 500 кДж/м

), кг/ч

180…216

210…250

Давление перед горелкой:

мазута и пара, кгс/см

(МПа)

газа, кгс/м

(кПа)

4,7 (0,47); 3,8 (0,38)

510 (5,1); 150 (1,5)

Давление в камере сгорания, кгс/м

(Па) 3 (30)

Температура перед горелкой, °С:

мазута

газа

120…120

до 250

Удельный расход пара на распыливание топлива

кг пара/кг топлива 0,17…0,2

178

Коэффициент избытка воздуха:

при работе на мазуте

при работе на газе

1,1

1,07…1,08

Диапазон рабочего регулирования:

по расходу газа, м

/ч

по расходу мазута, кг/ч

52…208 , 52…250

44…180, 45…216

Коэффициент рабочего регулирования 4,1…4,8

Длина факела, м 5,5

Общий уровень звукового давления, дБ 83…83

Масса, кг 73

Горелки типа ГП работают устойчиво при совместном сжигании

жидкого и газообразного топлива (в любых соотношениях). При этом

обеспечивается номинальная тепловая мощность горелки. На графиках

приведены характеристики работы горелок.

Горелки типа ФГМ

Применяемые на нефтехимических заводах форсунки не полностью

удовлетворяют требованиям изложенным выше. Получившие ранее

широкое распространение паровые комбинированные форсунки типа

ГНФ, хотя и надежны в работе, поскольку имеют большие отверстия

для выхода парожидкостной смеси, но малоэкономичны.

ГНФ ВНИИнефтема

шем взамен комбиниро

ванных форсунок созданы

комбинированные газома

зутные факельные горелки

ФГМ (рис. 2.89). Они име

ют высокие технико-эконо

мические показатели рабо

ты, т. к. для распыления то

плива можно использовать

подогретый в воздухоподо

гревателях воздух невысо

кого давления – до 0,3 МПа.

Горелки типа ФГМ работают бесшумно и, в отличие от форсунок ГНФ

с паровым распыливанием, дают более короткое пламя.

Горелки предназначены для сжигания жидкого или газообразного

топлива и могут работать на обоих топливах одновременно.

На рис.

2.90 показана универсальная газомазутная форсунка ФГМ-

4 конструкции ВНИИнефтемаша. Она приспособлена для работы на

низконапорном воздухе (200…300 мм вод. ст.).

Рис. 2.89. Горелки типа ФГМ

179

Форсунка снабжена специальным завихрителем 1 (кожух с лопат-

ками), сообщающим потоку воздуха вращательное движение. Воздуш

ный распыл топлива регулируется заслонкой

3, которая открывается

рукояткой 4, создавая кольцевой зазор между завихрителем и корпусом

форсунки. Подача жидкого топлива регулируется вентилем

6 в паро-

жидкостной камере 5. Часть форсунки для сжигания газа состоит из

газового кольцевого коллектора 9, в который ввернуты наконечники 10.

Воздух для горения газа поступает через расположенные на корпусе

форсунки окна 7, прикрытые регистром 8.

Для обеспечения бесперебойной работы горелок требуется соблю

дение определенных условий. В топливной схеме должна быть преду-

смотрена фильтрация мазута, поступающего на горение, а также филь

трация газа, если в нем имеются механические примеси.

Схема обвязки горелок по мазуту должна быть рециркуляционной,

позволяющей перепускать мазут через паромазутную головку или по

мимо нее в обратную линию печи.

Газовые горелки

В старых конструкциях трубчатых печей при больших обьемах то

почных камер топливо сжигалось в длинном факеле, которому свой

ственно хаотическое распределение тепла, что приводит к местным

перегревам трубчатого змеевика. Поэтому пришедшим им на смену

узкокамерным печам понадобилась иная система сжигания топлива.

С целью выравнивания теплонапряженности поверхности трубчатого

Рис. 2.90. Горелки типа ФГМ:

1 — завихритель; 2 — крепле-

ние завихрителя;

3 — воздуш-

ная заслонка; 4 — рукоятка

заслонки;

5 — парожидкост-

ная камера;

6 — топливный

венти л ь ;

7 — в о здушные

окна; 9 — кольцевой газовый

коллектор; 10 — наконечники

газового коллектора

180

змеевика во ВНИИнефтемаше разработанны панельные горелки бес-

пламенного сжигания топлива типа ГБПш.

Беспламенные панельные горелки типа ГБПш

Предназначены для сжигания в трубчатых печах газообразного топ-

лива, не содержащего конденсата и механических примесей

(рис. 2.91).

На рис. 2.92 приведена конструкция одной из беспламенных панель

ных горелок, составляющих излучающие стенки топок соответствую

щих печей. В сварную распределительную камеру

1 вмонтированы

трубки 5, свободные концы которых входят в керамические призмы 6.

Между призмами и стенкой камеры имеется изоляционный слой из

диатомовой крошки.

Газовоздушная смесь подается в камеру по трубке инжектора

2. Газ

поступает к соплу

3 из газопровода 8. Подача воздуха регулируется

заслонкой 4 путем увеличения зазора между ее торцом и трубкой ин-

жектора.

Выйдя из сопла со скоростью

200…400 м/с, струя газа подсасывает

необходимое количество атмосферного воздуха. Газовоздушная смесь

через инжектор поступает в распределительную камеру, а оттуда по

трубкам 5 в керамические туннели.

Панель горелки собирается из керамических призм

6, зазор между

призмами составляет

1…3 мм. В каждой призме имеется один, два,

четыре или девять туннелей; длина туннеля зависит от его диаметра.

В туннелях происходит нагрев газовоздушной смеси до температуры

воспламенения и ее горение. Этому способствует высокая температура

стенок туннелей, которая зависит от условий эксплуатации печи (про

изводительности горелок и температуры стен трубных экранов).

Рис. 2.91. Беспламенная

панельная горелка типа ГБПш:

1 — стальная труба; 2 — эжектор;

3 — сопло; 4 — регулятор возду-

ха;

5 — изоляционная прослойка;

6 — корпус; 7 — керамические

призмы