Прогар в печи для чего нужен
Перейти к содержимому

Прогар в печи для чего нужен

  • автор:

Учет риска прогара трубчатой печи при оптимизации процесса пиролиза нефтешлама

Тугов, В. В. Учет риска прогара трубчатой печи при оптимизации процесса пиролиза нефтешлама / В. В. Тугов, Т. В. Гаибова, С. А. Саморуков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2013. — № 6 (53). — С. 150-153. — URL: https://moluch.ru/archive/53/7242/ (дата обращения: 26.02.2024).

Вопросы оценки и анализа риска имеют особую актуальность для предприятий нефтяной и нефтехимической промышленности в связи с повышенным уровнем опасности таких производств, широким спектром рисков и спецификой технологических решений. Как и любая другая управленческая технология, технология управления риском должна располагать средствами для идентификации, анализа и оценки риска, выбора метода снижения риска и организации процесса его реализации, контроля эффективности проводимых мероприятий и корректировки управляющих воздействий для снижения риска. При этом процедуры учета риска и его возможных последствий должны быть «встроены» в алгоритмы работы и производственной, и сбытовой подсистемы современного предприятия. Но на сегодняшний день существует набор разрозненных методик, решающих отдельные задачи идентификации риска, его качественного анализа и количественной оценки [1,2], причем, на слишком обобщающем уровне, не позволяющем получать необходимую информацию для принятия решений с учетом риска и неопределенности в конкретных ситуациях производства и управления. В настоящей статье описана концепция методики принятия технологических решений с учетом производственного риска для одного из перспективных направлений нефтехимии — процесса пиролиза нефтешлама.

Метод низкотемпературного пиролиза позволяет получать максимальное количество газа, содержащего энергетический потенциал отходов. Благодаря отсутствию процесса горения и правильному подбору температурного режима в процессе не образуется летучей или остаточной золы. Применение данного метода позволяет избежать образования вредных примесей в твердом коксующемся остатке, делая его пригодным для дальнейшего использования.

Данный метод является единственным методом переработки смешанных отходов, в котором достигается полный молекулярный распад и уничтожение вредных примесей, это достигается благодаря бескислородной среде.

Анализ аварийных ситуаций на предприятиях нефтехимической промышленности показал [3], что одним из наиболее опасных видов оборудования подобных производств являются трубчатые печи пиролиза (11 % аварий, произошедших на предприятиях нефтегазового комплекса). Технологические процессы на рассматриваемых объектах, сопровождающиеся высоким уровнем давления и температур, могут вызвать ряд опасных и вредных производственных факторов, регламентируемых ГОСТ 12.0.0030–80 системы стандартов безопасности труда [ТР-05–2-2002 Технологический регламент производства пиролиза углеводородов нефти 1 II производства СЭС ОАО «Уфаоргсинтез», 2002г.] По взрывоопасности печное отделение пиролиза объекта относится к I категории с постоянно действующими огневыми точками и раскаленными участками трубопроводов и аппаратов. Основной причиной аварий является разгерметизация змеевика, вызванная его локальным перегревом и прогаром.

Прогар труб змеевиков печи возможен при превышении температуры в камере сгорания, что связано с частыми остановками циркуляционных компрессоров и печных насосов; при попадании газового конденсата с топливным газом и при подаче избытка воздуха в камеру сгорания, а также в случае загрязнения внутренней поверхности труб (особенно многопоточных) змеевиков.

На состояние пиролизной печи могут оказывать влияние следующие группы факторов: характеристики сырья, в качестве которого для процесса пиролиза нефтешлама выступают газообразные и жидкие углеводороды, а также характеристики технологического режима пиролиза (температура, время контакта, парциальное давление углеводородов в реакционной зоне, частота и скорость изменения температуры и пр.). Для расчета напряжений, возникающих в трубе змеевика печей пиролиза, необходимо формализовать процесс влияния изменяющихся параметров технологического режима на стенки трубы, что весьма затруднительно из-за сложной схемы нагружения или формализовать хотя бы сам технологический процесс пиролиза, происходящий в трубчатой печи.

Идеальным формализованным представлением любого процесса является его математическая модель в виде системы уравнений и неравенств, разработанная аналитическим способом. Математическое описание процесса пиролиза нефтешлама состоит из уравнений материального и теплового баланса. Под материальным балансом понимаются уравнения, являющиеся аналитическими, табличными или графическими выражениями закона сохранения массы в технологическом процессе. Материальные балансы количественно отражают алгоритм управления процессом. Они используются для проверки правильности определения удельных расходов исходных компонентов или удельного выхода продуктов процесса, являющихся исходной базой для составления тепловых балансов высокотемпературной теплотехнологической установки и элементов ее тепловой схемы.

По данным [4] различают следующие разновидности материальных балансов высокотемпературных технологических процессов: материальный баланс компонентов; материальный баланс веществ; материальный баланс химических элементов.

Вышеописанные методы тепловых, материальных и энергетических балансов, содержащие в основе своей аналитические, табличные и графические выражения, составленные исходя из эмпирических данных [5–9], не могут в полной мере описать процессы, протекающие в установках пиролиза.

В основном это связано со значительными сложностями, а иногда и невозможностью описания некоторых параметров количественно. Зачастую они имеют качественный характер и могут быть определены лишь экспертно, что вносит изрядную долю неопределенности.

Таким образом, описание таких процессов при помощи классических методов является достаточно сложным с точки зрения либо аналитических расчетов, снижающих точность, в конечном счете, из-за введения большого числа допущений, либо высокой трудоемкостью циклических пересчетов целого ряда параметров объекта управления.

Необходимо отметить, что к настоящему времени накоплен достаточно широкий опыт решения задачи оценки технического состояния оборудования — подобные методы и средства рассматриваются в теории надежности [10], а также при разработке систем управления техническим обслуживанием и ремонтом [11], применительно к различным видам производства, а также в работах по диагностике состояния оборудования нефтехимических предприятий [4]. Но практическое использование разработанных инструментов на современном уровне развития рыночных отношений помимо учета специфики технологического процесса требует обязательного использования финансовых ограничений и критериев, характеризующих коммерческую результативность технологических корректировок, а такие задачи не рассматриваются пока ни в проектном менеджменте, ни в вышеперечисленных научных направлениях.

Предлагаемая авторами методика оптимизации процесса пиролиза с учетом риска располагает инструментами для решения двух основных задач:

1) оценки технического состояния и производственного потенциала пиролизной установки с учетом риска прогара трубчатой печи на основе теории нечетких множеств и многопараметрической регрессии;

2) определения оптимальных значений характеристик технологического процесса пиролиза нефтешлама, обеспечивающих должный уровень коммерческой эффективности производства с учетом результатов решения первой задачи.

Системное описание рассматриваемых задач в виде моделей черного ящика представлено на рисунке 1.

Рис. 1. Системное представление задачи оптимизации процесса пиролиза нефтешлама на основе оценки состояния и производственного потенциала пиролизной установки в виде модели черного ящика

Параметры для каждой из задач были определены на основе системного анализа проблем, связанных с состоянием трубчатых печей и возможностей их дальнейшего использования при определении технологического режима пиролиза нефтешлама, влияющего на количественный и качественный состав выходных продуктов переработки, а, соответственно, на уровень и продолжительность будущих доходов от производственной деятельности предприятия.

Результатом решения первой задачи является алгоритм оценки технического состояния и производственного потенциала пиролизной установки на основе теории нечетких множеств. Результатом решения второй задачи является алгоритм определения оптимального уровня технологических параметров пиролиза с учетом продолжительности безотказной работы трубчатой печи и максимальной коммерческой эффективности пиролизной установки.

Потенциальным резервом повышения качества проводимой оценки при решении первой задачи может стать использование аппарата нечеткой логики — преимущества подобного подхода перед остальными методами принятия решений в условиях неопределенности подробно показаны в [12]. Тогда основу алгоритма оценки технического состояния и производственного потенциала пиролизной установки должны составлять следующие стандартные этапы нечеткого вывода:

— выделение признаков, определяющих состояние змеевика пиролизной печи и его производственного потенциала с учетом риска отказа оборудования по причине разгерметизации вследствие локального перегрева;

— определение лингвистических переменных для выделенных признаков;

— построение статистических моделей для идентификации функций принадлежности, заданных экспертно;

— построение базы нечетких лингвистических правил;

— использование в качестве алгоритма вывода алгоритма Мамдани.

В качестве экспериментальной базы для апробации предлагаемых алгоритмов могут быть использованы исходные данные для разработки проекта пиролиза нефтешлама. С использованием программы Project Expert необходимо разработать базовый вариант рассматриваемого проекта без учета риска прогара трубчатой печи. В качестве критериев коммерческой эффективности проекта могут быть выбраны общепринятые в международной практике инвестиционного анализа показатели: чистый дисконтированный доход (NPV) и индекс доходности (PI).

Далее для каждого технологического режима пиролиза, который может быть использован в рамках горизонта планирования проекта, необходимо реализовать алгоритм Мамдани для получения численных значений выходных параметров, характеризующих производственный потенциал пиролизной установки и максимально возможный уровень рентабельности по выбранным критериям коммерческой эффективности. На основании полученной информации впоследствии будет приниматься решение о выборе наиболее подходящего режима пиролиза нефтешлама.

Таким образом, разработанная методика позволяет определить количественную величину риска прогара трубчатой печи по каждому технологическому режиму пиролиза и выбрать наиболее коммерчески эффективный вариант с точки зрения безотказной работы пиролизной установки.

1. Ходырев, И. О. Совершенствование моделей и методов управления рисками на микроуровне: дисс. канд. экон. наук: 08.00.13: защищена 30.05.12. / И. О. Ходырев. — Ставрополь, 2012.

2. Воробьев, С. Н. Системный анализ и управление рисками в предпринимательстве: учебное пособие / С. Н. Воробьев, К. Н. Балдин. — М.: Издательство Московского психолого-социального института; Воронеж: Изд-во НПО «МОДЭК», 2009. — 760 с.

3. Матвеев Д. С. Диагностирование состояния элементов автоматизированных технологических комплексов на примере трубчатой печи: дисс. 2011.

4. Крейт, Ф. Основы теплопередачи / Ф. Крейт, У. Блэк; пер. с англ. — М.: Мир, 1983. — 512 с.

5. Лыков, А. В. Теория теплопроводности / А. В. Лыков — М.: Высшая школа, 1967. — 278 с.

6. Анисимов, И. В. Математическое моделирование и оптимизация ректификационных установок / И. В. Анисимов, В. И. Бодров, В. Б. Бодровский. — М.: Химия, 1975. — 216с.

7. Михеев, М. А. Основы теплопередачи / М. А. Михеев, И. М. Михеева. — 2-е изд. — М.: Энергия, 1977. — 207 с.

8. Проектирование и эксплуатация огнетехнических установок: учебное пособие. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 256 с.

9. Шах, Р. Тепловые граничные условия и некоторые решения для ламинарной вынужденной конвекции в каналах / Р. Шах, А. Лондон. — М.: Высшая школа, 1974. — 45с.

10. ГОСТ 27.301–95 Надежность в технике. Расчет надежности. Основные положения. — Введ. 1997–01–01. — Минск: Межгосударственный совет по организации, метрологии и сертификации, 1995. — 12 с.

11. Дрягин, Д. С. Методы управления техническим обслуживанием и ремонтом оборудования на промышленном предприятии: дисс. канд. экон. наук: 08.00.05 / Д. С. Дрягин. — СПб, 2007. — 252 с.

12. Новак В., Перфильева И., Мочкрож И. Математические принципы нечёткой логики = Mathematical Principles of Fuzzy Logic. — Физматлит, 2006. — 352 с

Основные термины (генерируются автоматически): производственный потенциал, трубчатая печь, техническое состояние, технологический режим пиролиза, безотказная работа, дальнейшее использование, локальный перегрев, материальный баланс, нефтехимическая промышленность, технологический процесс.

Похожие статьи

Автоматизация технологического процесса термообработки.

Рубрика: Технические науки.

Способы технологического процесса сушки материалов. Учет риска прогара трубчатой печи при оптимизации процесса пиролиза нефтешлама.

Моделирование и расчет теплового баланса пиролизной.

Среди современных термохимических технологий энергетического использования биомассы пиролиз является наиболее универсальной, которая позволяет получать

Уравнение теплового баланса для трубчатой (цилиндрической формы) биореактора имеет следующий вид

Расчет теплотехнических и конструктивно-технологических.

В связи с этим для дальнейшего развития использования альтернативных источников энергии (АИЭ), которые

— продолжительность технологического процесса (цикл)-4 часа; — количество циклов в сутки-6 циклов. Результаты испытания установки: (Медленный пиролиз.

Анализ характерных дефектов печей нагрева нефти по.

Ключевые слова: техническая диагностика, печь трубчатая блочная, трубчатый змеевик.

Обеспечение надежной работы печей нагрева при условии соблюдения режима

 отложение кокса, что ведет к перегреву стенки трубы, появлению отдулин и прогаров

Эффективность применения пиролизной технологии для.

Составим уравнение материального баланса: (3).

Продолжительность технологического процесса (цикл) переработки биомассы способом пиролиза с учетом загрузки и выгрузки реактора составляет τ = 4 часа.

Использование теплонасосных установок.

Рубрика: Технические науки.

Каскадная установка наиболее выгодна для нефтехимической промышленности, так как

Преимущество каскадной ТНУ — возможность покрывать нагрузку на пар технологических параметров круглый год, что для нефтехимического предприятия.

Основные факторы изменения структуры и свойств материалов.

В технологических процессах получения сталей для нефтехимического корпусного

В качестве мероприятий, обеспечивающих оценку возможности дальнейшей эксплуатации такого

К вопросу оценки скорости коррозии технических устройств нефтехимических и.

Автоматизированная система управления процессом.

Исходя из описания технологического процесса, закалки труб и муфтовых заготовок в печи основным показателем эффективности является температура трубы на

Для предотвращения попадания дымовых газов в производственный цех в печи поддерживается разряжение.

Анализ методов и перспективы борьбы с потерями нефти на.

Химическая технология и промышленность. Опубликовано в.

Рис. 1. Технологические потери нефти. Важной проблемой является загрязнение окружающей среды

Анализ характерных дефектов печей нагрева нефти по результатам технического диагностирования.

Прогар в печи для чего нужен

Вы используете устаревший браузер. Этот и другие сайты могут отображаться в нём некорректно.
Необходимо обновить браузер или попробовать использовать другой.

Дорогие друзья! Если Ваш дом украшает и обогревает финская печь Туликиви, у вас есть отличная возможность пригласить съёмочную группу FORUMHOUSE для съёмок обзорного сюжета о вашем доме и об этой классной печи! Впереди зима, согреемся от теплой истории!) Пишите нам! expert@forumhouse.ru

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 /10 0,00 оценок: 0

Словарь печных терминов


Аккумулирующая способность печи —
поглощение и накапливание печью теплоты во время топки и постепенная ее отдача вовне.

Активная высота печи — расстояние по вертикали от колосниковой решетки или дна нижнего дымового канала до верхней плоскости перекрыши (толщина до 140 мм) или до нижней ее плоскости (толщина более 140 мм).

Баран — каминная дымовая заслонка-вертушка.

Байпас небольшое окно (отверстие) в задней или боковой стенке топливника для создания тяги в печи при растопке.

Бетон — искусственный каменный материал, получаемый при смешивании цемента (10-15% от всей массы) с наполнителями (песок, гравий, щебень). Изменяя прочность, плотность и теплопроводность, ему можно придать самые разнообразные свойства и формы. В печном деле применяется для устройства фундаментов, сборно-блочных бытовых печей и перекрытий.

Битая печь так в старину называли монолитную печь, построенную на основе густого раствора из глины и песка, набитого в опалубку.

Боров
горизонтальный дымоход к трубе, часто устраиваемый на чердаках.

«Буржуйка» — нетеплоёмкая металлическая печь, устроенная из подручных материалов. Имела широкое применение в начале прошлого века. Ею обогревались дома, складские и торговые помещения, землянки, бараки, железнодорожные вагоны. Часто используется на стройках для сушки помещений. Существуют «буржуйки» различных форм заводского изготовления.


Водопоглощение —
отрицательное свойство материала впитывать и удерживать влагу. Насыщенные водой материалы теряют свою прочность и увеличивают теплопроводность. Например, прочность кирпича, насыщенного влагой, составляет всего 75% прочности сухого кирпича.

Выдра — кирпичный напуск на дымовой трубе в местах соединения с кровлей, препятствующий проникновению снега на чердачное помещение. Это расширение кирпичной трубы кладкой над кровлей, с целью предотвращения стока дождевой воды по трубе, в возможные щели в местах примыкания трубы к кровле, т.е. вода будет стекать по «выдре», и падать на кровлю минуя место примыкания трубы к кровельному материалу.

Гжельский кирпич — кирпич, изготовленный из тугоплавкой глины. Наибольшей прочностью и огнестойкостью обладает глина «песчанка», которая в большом количестве содержит примеси мелкого кварцевого песка. В этой глине отсутствуют щелочи. Кирпич из тугоплавкой глины получается белый и ровный, обладает большой прочностью и повышенной огнестойкостью, что позволяет использовать его для облицовки внутренней поверхности топливника для дров.

Глина — остатки выветрившихся горных пород. Состоит из мельчайших частиц, напоминающих чешуйки. В природе встречается с примесями песка, слюды, извести. Если содержание примесей незначительное, глину называют жирной, высокое — тощей (жирная глина содержит не более 2-3% песка, средняя — около 15%, а тощая — около 30%). При кладке печей глину используют как вяжущее средство. На кладку стен топливника и жаровых каналов, изготовляемых из гжельского или огнеупорного кирпича, идет гжельская глина.

Голландка – это название прочно укоренилось в лексиконе печника, очевидно, этот вид печей зарекомендовал себя во времени и невозможно вычеркнуть из памяти людской, даже несмотря на то, что настоящих голландок уже не изготавливают. Послужила верой и правдой человеку голландка, оставила после себя миф о том, что она продолжает существовать. Сейчас чаще всего голландкой называют плиту с отопительным щитком. Она более проста в строительстве, имеет в своей конструкции целый ряд положительных качеств, не безразличных как для того, кто ее строить, так и для того , кто будет ею пользоваться. Этот вид печи требует меньше кирпича на свою конструкцию, чем скажем, шведка, меньше печных приборов.

Горнило — основной элемент русской печи, где сжигается топливо и готовится пища, перекрытый кирпичным сводом.

Дефлектор — устройство, действие которого основано на явлении подсоса дымовых газов с помощью ветра.

Дрова — наиболее распространенный вид твердого топлива для печей и кухонных очагов. Теплотворная способность дров зависит от их влажности и плотности. Сухие дрова из тяжелой древесины при горении дают более высокую температуру. Например, березовые дрова дают на 20-25% больше теплоты, чем осиновые.

Душник — печной прибор, предназначенный для сообщения внутренних воздуховодов с обогреваемым помещением.

«Дымовой зуб» — один из конструктивных элементов камина между топливником и дымосборником. Предназначен для устранения перепада воздушных потоков, вызывающих дымление камина и проникновение сажи в помещение.

Запечек свободное пространство между печью и стеной в отапливаемом помещении.

Заслонка щиток в русской печи для закрытия устья горнила.

Зольник находится под колосниковой решеткой и служит для сбора золы и остатков несгоревших частиц топлива. Закрывается “поддувальной” или “зольной”.

Зона ветрового подпора — пространство, ограниченное кровлей и выступающими над ней конструкциями и условной плоскостью, проведенной под углом 45 град. к горизонту от верха выступающей конструкции. Для устранения ветрового подпора, преграждающего выход дыма из трубы, следует нарастить трубу так, чтобы ее устье поднялось за зону ветрового подпора.

Известь — гидравлическое вяжущее средство, получаемое в результате обжига известняка в шахтных печах. Изначально образуется негашеная известь (комовая или известь-кипелка). При взаимодействии с водой она «кипит», т.е. гасится, рассыпаясь на мелкие части, активно выделяя теплоту и увеличиваясь в объеме. Полученная известь называется гашеной. Она входит в состав цементно-известковых растворов, необходимых при выкладке дымовых труб и устройстве фундаментов и приготовлении сложных растворов для оштукатуривания печей. До употребления гашеную известь рекомендуется выдерживать 2-3 недели.

Излучение — процесс передачи теплоты в виде лучистой энергии от горящего топлива и раскаленных газов к внутренним поверхностям топливника и дымовых каналов.

Изразец — плитка из обожженной глины (кафель) для облицовки печей. С лицевой стороны изразец покрыт глазурью, с другой — имеет систему крепления со стеной печи.

Каменный уголь — соединение углерода и водорода. Имеет очень высокую теплотворность.

Камины закрытые — камины, в которых топочное пространство и дымоход монтируются в стене.

Камины открытые — камины, не зависящие от стен и перегородок и установленные, как правило, в центре комнаты. Отводом для горячих газов служит металлический колпак над топливником, открытым со всех сторон.

Камины полуоткрытые — камины, которые пристраиваются к стене, поэтому топка и дымоходы действуют самостоятельно.

Каркас — пространственная решетчатая система, состоящая из элементов, несущих на себе нагрузку, направленную на сооружение. Каркасные печи — печи в металлическом каркасе.

Керамический кирпич — основной материал для кладки печей; изготовляется из глины методом пластического или полусухого прессования. Стандартные размеры 250х120х65 мм. Масса одного кирпича 3,5-3,8 кг. Кирпич обжигают в кольцевых и тонельных печах непрерывного действия. Глина начинает спекаться при температуре 800-1000 град. С. Отдельные ее частицы плавятся и связуют массу в целое. При температуре свыше 1000 град. С происходит плавление глины — получается пережженный кирпич, который плохо поддается отесыванию, впитывает мало воды и поэтому слабо связуются с раствором. Такой кирпич для кладки печей непригоден.

Колодец — старое название вертикального канала в дымооборотах печи.


Колосник
решётчатый чугунный или стальной настил между поддувалом и топливником. На нём происходит горение твёрдого топлива. Он служит для поступления воздуха для поддержания горения.

Колпак —
металлический зонд со скошенными плоскостями. Устанавливается над трубой, в целях предохранения печи от задувания и попадания влаги.

Конвекция —
явление, которое возникает при соприкосновении движущихся газов со стенками дымовых каналов.

Коэффициент полезного действия печи (КПД) —
отношение количества полезно использованной теплоты (поступившей в помещение) к количеству затраченной (планируемая при условии полного сгорания топлива). Допустим, печь отдала 24 000 ккал за сутки, а теплота, содержащаяся в топливе, составляла 34 000 ккал, В этом случае коэффициент полезного действия печи равен 0,7 (24 000 : 34 000 = 0,7). Печь не могла отдать всю теплоту, находящуюся в топливе, потому что часть ее ушла в дымовую трубу с горячими газами, часть осталась в топливе и золе, провалившейся в зольниковую камеру, плюс неизбежные потери вследствие неполного сгорания топлива.

Лежак
– горизонтальный дымоход из кирпича на чердаке. Раньше располагали на деревянном настиле, что нередко приводило к пожарным происшествиям. Лежак запрещен современными нормами пожарной безопастности.

Летний ход – прямоток из топки в трубу. Используется для розжига печи.

Ложок — положение кирпича плашмя и вдоль стены, кладка логом, ложком.

Морозостойкость — способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без видимых признаков разрушения и без значительного снижения прочности. Морозостойкость выражается количеством циклов (около 15-20) замораживания и оттаивания, проводимых в лабораторных условиях. Например, кирпич и раствор для дымовых труб должны иметь свою определенную морозостойкость.

Насадные печи — печи верхних этажей, которые возводятся на печах нижних этажей и имеют общий фундамент.

Огнеупорность — свойство материала выдерживать высокие температуры и непосредственное воздействие огня, не разрушаясь, не изменяя форму и не теряя прочности. Отдельные части печей подвергаются воздействию разных температур, поэтому в печном деле применяются кирпичи с различной огнеупорностью. Шамотный кирпич выдерживает температуру до 1600 град. С, Им выкладывают и футеруют топливные камеры. Тугоплавкий кирпич способен выдержать температуру 900-1000 град. С. Его можно использовать для устройства топливников печей, где сжигают дрова и торф.

Огнеупорный шамотный кирпич — изготовляется путем обжига шамота — порошка из обожженной и размолотой огнеупорной глины. Размеры этого кирпича 230х113х65 или 250х123х65 мм. Он идет в основном на футеровку котельных топок, кухонных очагов и отопительных печей.

Оголовок — верхняя часть дымовой трубы.

Отступив — пространство между печью и стеной (холодная четверть) для предохранения деревянных конструкций от возгорания.

Очаг собирательное название всевозможных печей, каминов, плит.

Перевальная стенка — часть конструкции печи (печи-каменки), устанавливаемая между топочной камерой и первым дымовым каналом или внутри топочной камеры, где горячие газы поднимаются к чугунной плите или другому перекрытию для более полной отдачи тепла.

Перекидной рукав — горизонтальный дымовой канал, соединяющий выходной канал печи с коренной или стенной трубой.

Перекрыша печи — верхняя стенка печи, перекрывающая все газоходы. Обычно выполняется в два-три ряда кирпичной кладки. При наличии насадной трубы в перекрыше делается отверстие для выхода дымовых газов не менее 130х130 мм.

Песок — природный материал, применяется для приготовления глинопесчаного раствора. Песок в печных работах для растворов должен быть мелкозернистым (величина зерна не более 1 мм). При более крупных зернах не удается добиться тонких швов, что снижает прочность кладки.

Печи-калориферы — печи, служащие для обогрева помещения. Горячий воздух поступает в комнаты по коротким воздуховодам, идущим от печи.

Печи-каменки периодического действия — печи, которые имеют массивную кирпичную кладку и значительный объем камней, что защищает наружные стены от перегрева и сохраняет долгое время тепло. Каменная засыпка нагревается открытым огнем в нижней части до 1000 град. С, а в верхней — до 500 град. С. При таких температурах сажа полностью сгорает. Если камни отделены от дымовых газов плитой, то она может использоваться как в режиме постоянного действия, так и периодического.

Печи-каменки постоянного (длительного) действия — печи, имеющие минимальную толщину стенок и минимальный объем каменной засыпки. Температура камней достигает 300-350 град. С. При использовании газообразного или жидкого топлива она регулируется количеством поступаемого топлива, а при применении электричества — за счет изменения силы тока. Такие печи обязательно должны быть оснащены автоматикой, отключающей или уменьшающей питание при повышении температуры выше нормы. Преимущество этих печей в том, что камни отделены от дымовых газов железной плитой, что позволяет протапливать печь во время банных процедур.

Печи отопительные — печи, которые служат только для отопления помещения.

Печи отопительно-варочные — печи, используемые как для отопления помещений, так и для приготовления пищи, выпечки хлеба, т.е. печи комбинированного действия.

Печи СДГ – печи колпаковой конструкции, где реализован принцип свободного движения газов. Известный пропагандист таких печей И. О. Кузнецов.

Печи специального назначения — печи, предназначенные для выполнения специальных функций: банные печи-каменки, сушилки для одежды и обуви, печи для подогрева строительных материалов, для отопления гаражей, теплиц и т.д.

Печной инструмент — инструмент, используемый при печных работах:

Молоток-кирочка представляет собой стальную головку, насаженную на деревянную ручку. С одной стороны головки — тупой боек, с другой — заостренная лопаточка. Служит для околки и тески кирпича, рубки изразцов, разбивания старой кирпичной кладки.

Кельма предназначена для растирания, разравнивания и подрезки раствора, выступающего из швов.

Правило заменяет печнику линейку и служит для проверки точности ведения кладки.

Железная лопата используется для приготовления раствора и уборки мусора.

Деревянная лопата необходима при замесе глиняного раствора.

Строительный уровень предназначен для проверки горизонтальности рядов и правильности ведения кладки.

Цикля — нож для рубки и обсечки изразцов.

Угольник служит для контроля правильности кладки углов.

Отвес — нить с грузом, которой проверяют вертикальность кладки.
В современном печном строительстве применяемых инструментов стало гораздо больше, так как возросли требования заказчиков и уровень печестроения.

Печные приборы — металлические изделия, которыми оснащают отопительные печи и кухонные очаги. К печным приборам относят: дверцы и полудверцы, вьюшки и дымовые задвижки, поворотные заслонки, чугунные плиты, колосниковые решетки и т.д.

Дверцы и полудверцы разделяются на топочные, поддувальные, прочистные и вьюшечные. Лучший материал для изготовления печных дверец — чугун. Дверцы из чугуна не коробятся, не ржавеют, плотно закрывают отверстия. Через топочную дверцу загружают топливо.

Поддувальная дверца предназначена для регулирования подачи воздуха.

Прочистная дверца закрывает отверстие, служащее для чистки дымовых каналов. Через вьюшечную полудверцу открывают и закрывают вьюшки. Печные вьюшки и дымовые задвижки служат для закрывания дымовой трубы по окончанию топки и регулирования тяги печи.

Вьюшка представляет собой чугунную рамку с отверстием, перекрываемым «блинком» или крышкой (противнем). Размеры вьюшек по отверстию рамки в свету 120, 180 и 220 мм. Масса от 1,9 до 4,3 кг.

Задвижка состоит из чугунной рамки и чугунного движка, перемещаемого в пазах, Размеры отверстий задвижек от 130х130 до 260х240 мм.

Поворотная заслонка (шибер) предназначена для закрывания дымовой трубы. Диаметр поворотных заслонок от 152 до 230 мм, масса от 2,7 до 4,2 кг.

Верхний чугунный настил — цельная плита с одним или двумя отверстиями, перекрываемыми конфорками, либо из несколько стандартных чугунных плит, которыми оборудуют плиты.

Решетки колосниковые служат для обеспечения равномерной подачи воздуха к слою горящего топлива. Под разные виды топлива изготовляют разные размеры решеток.

Духовые шкафы (печные духовки) выполняются из кровельной стали. Размерь; шкафа зависят от размеров печи. Наиболее распространен духовой шкаф размером 450х400х350 мм.

Водогрейные коробки изготовляют из оцинкованной стали. Оптимальный размер водогрейной коробки 400х190х420 мм.

Печурка — небольшая ниша, предназначенная для хранения в русской печи домашней утвари,

Печь ОПТ — отопительная прямоугольная толстостенная печь.

Пластичность — способность материала под действием нагрузки значительно изменять форму и размер без образования трещин, разрывов и других деформаций. При кладке печей очень важно иметь раствор хорошей пластичности.

Под площадка в горниле русской печи или в топливнике камина, на которой сжигаются дрова.

Подовый кирпич — производится из огнеупорной или обыкновенной глины и имеет размеры 225х225х70 мм. Им облицовывают поды хлебопекарных печей. За счет уменьшения швов под из этого кирпича получается более ровным, чем из керамического или тугоплавкого.

Подошва фундамента — нижняя плоскость, опирающаяся непосредственно на грунт.

Подпечье — пространство между фундаментом и нижним сводом, поддерживающим под русской печи. Устраивается с целью экономии материалов, а также для хранения дров, инвентаря и т.д.

Подтопок — топливник, расположенный ниже шестка русской печи.

Полати деревянный настил русской печи, увеличивающий площадь лежанки.

Порсок закуток в русской печи. Обычно приямок на поду горнила для хранения тлеющих углей.

Портландцемент — гидравлическое вяжущее средство, получаемое при совместном тонком измельчении клинкера и гипса. Клинкер образуется в результате обжига до спекания сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины.

Прогар – специальное отверстие во внутренней кирпичной кладке для улучшения первичной тяги печи. Рекомендовано сечение не более ¼ кирпича.

Прочность — способность материала сопротивляться разрушению при воздействии внешних сил, вызывающих деформацию и внутреннее напряжение в материале. Прочность определяют по наибольшему напряжению, вызывающему разрушение материала. Эта величина называется пределом прочности и выражается в паскалях (Па). Для характеристики прочности такие материалы, как кирпич, бетон, цемент, а также растворы маркируют. Например, марка кирпича «100» обозначает, что он разрушается при нагрузке в 100 МПа. Марку материала определяют в лабораториях.

Разделка трубы — утолщение стенки печи или дымового канала (трубы) в месте соприкосновения её с конструкцией здания, выполненной из горючего материала.

Распушка трубы — расширение стен трубы в виде напуска кирпичей на стыках с перекрытиями. Выполняется для утолщения стенки трубы, с целью максимально уменьшить температуру трубы в местах соприкосновения с деревянными конструкциями, для противопожарной безопасности.

Раствор —
разведенная водой смесь из вяжущих и скрепляющего вещества. При кладке кирпичных печей используют глиняные, известковые или цементные растворы, назначение которых — связать отдельные кирпичи и бетонные блоки в единый прочный фундамент и монолитный корпус печи. Глиняный раствор в печных работах применяют главным образом при кладке самих печей и дымовых труб, поскольку он выдерживает температуру до 1000 град. С. Количество входящего в него песка зависит от жирности глины. Известковый раствор применяют для кладки фундаментов и дымовых труб над кровлей. Как правило, используется известково-песчаный раствор, составляемый в пропорциях 1:2 или 1:3.

Наиболее прочное и быстро твердеющее соединение дает цементный раствор, поэтому он необходим при кладке фундамента и оголовков дымовых труб. Растворы смешанные применяют в тех случаях, когда известковые оказываются недостаточно прочными и не выдерживают больших нагрузок на кладку. Наряду с цементно-известковыми в печном деле используют и цементно-глиняные растворы. Глина улучшает пластичность, повышает водоудерживающую способность и плотность раствора.

Румпа — коробка с отверстиями, предназначенными для соединения изразцов между собой и кирпичной кладкой.

Теплоемкость — свойство материала при нагревании поглощать теплоту, а при охлаждении — отдавать ее. Показатель — удельная теплоемкость.

Теплоотдающая поверхность печи:

1. Поверхность стенок в пределах активной высоты печи, «омываемая» с одной стороны воздухом, а с другой — дымовыми газами или соприкасающаяся с горячим топливом;
2. Перекрыша при высоте печи не более 2 м;
3. Поверхность стенок нагревательных камер.

Теплопередача в печах — процесс перехода теплоты от дымовых газов к наружным поверхностям печи благодаря конвекции, излучению, теплопроводности.

Теплопоглощающая поверхность печи — внутренняя поверхность топливника и дымовых каналов, омываемая пламенем или горячими газами. По степени теплопоглощения поверхности неодинаковы: стенки топливника поглощают тепло интенсивнее, чем стенки дымовых каналов.

Теплопроводность — свойство материала передавать теплоту.

Теплотворная способность топлива — количество теплоты, выделяемое при сжигании 1 кг твердого или 1 куб. м газообразного топлива. Теплотворность каждого вида топлива зависит от его горючих составляющих, а также от зольности и влажности. К основным горючим составляющим относят углерод, водород и летучую горючую серу. Углерод в чистом виде представляет собой твердое вещество черного цвета, водород — горючий бесцветный газ, не имеющий запаха. В состав топлива входят также кислород, азот и минеральные вещества, образующие после сгорания золу и шлак. Также содержится в топливе вода, которая вместе с минеральными веществами и азотом не принимает участия в горении и составляет так называемый балласт топлива.

Торф — остатки перегнивших растительных веществ. По своему химическому составу и теплотворной способности приближается к дровам, но имеет большую зольность.

Тычок наименьшая по площади грань кирпича.

Удельная теплоемкость — количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг материала на один градус. Удельную теплоемкость обозначают буквой С и выражают в джоулях (Дж = кг • град.).

Устье — самое узкое отверстие в русской печи, которое перекрывается аркообразной кладкой. Через устье в жаровую камеру закладывается топливо и ставятся чугунки и кринки.

Флюгер — прибор, меняющий свое положение под действием ветра. Необходим для защиты дымовой трубы от задувания.

Футеровка — защитная облицовка толщиной в 1/2 или 1/4 шамотного кирпича со стороны внутренней поверхности топливника, предохраняющая стенки и свод от воздействия высоких температур. Если теплоотдача печи при любом виде топлива не превышает 3000 ккал/ч (3490 Вт), то футеровку можно выполнить толщиной 1/4 кирпича. Если превышает – то футеровка выполняется в 1/2 кирпича. Футеровка выполняется без перевязки с основной кладкой наружных стенок печи.

Хайло — отверстие входа дыма в трубу. В камине имеет форму усеченной пирамиды, низ которой соответствует площади топки, а верх — сечению дымовой трубы.

Хлебная камера – пространство в отопительной печи для приготовления пищи. Бывают “по белому” и “по серому” с проходящим огнем.

Хозяйственно-бытовые печи — вид печей, которые находят применение в домашнем хозяйстве: подогрев воды, запарка корма для скота, сушка овощей и фруктов и т.д.

Цемент — вяжущее средство. Используется при изготовлении фундаментов под печи и трубы, при выкладке оголовков труб, а также для кладки коренных труб в домах высотой более одного этажа. Цемент начинает схватываться не ранее чем через 45 мин и по истечении 12 ч полностью закрепляется. К цементам относятся все разновидности портландцементов, шлакопортландцементов, пуццолановых портландцементов и глиноземистый цемент.

Шведка – 1) Отопительно-варочная печь, отличительной особенностью которой является варочная камера, в нижней части которой над топливником размещается чугунная плита. 2) Под названием «шведка» подразумевается отопительная печь с встроенным в нее кухонным очагом. При этом печь имеет, как правило, «летний и «зимний» ход.

Шейка трубы — часть дымовой трубы, выступающая над крышей между выдрой и оголовком.

Шесток — площадка из кирпича, расположенная перед устьем термической камеры в русской печи.

Предотвращение повышенного изнашивания змеевиков технологических печей

В статье рассматривается случай интенсивного повреждения змеевиков камер радиации печи каталитического риформинга. Анализируется характер повреждения и данные технического обследования печи в ходе эксплуатации. Рассматривается механизм повреждения в виде влияния накопления механических отложений с наружной стороны змеевиков камер конвекции. Формулируются рекомендации по обеспечению надлежащего технического состояния печей.

Змеевики технологических печей нефтеперерабатывающих предприятий являются одними из самых нагруженных видов оборудования. Для снижения повреждаемости змеевиков нормативно-техническими документами устанавливаются повышенные требования, определяющими их материальное исполнение (например, [1]). В качестве основного материального исполнения предусмотрены теплоустойчивые стали – преимущественно 15Х5М, или нержавеющие стали 08Х18Н10Т и др. Это позволяет обеспечить надежную и безаварийную эксплуатацию змеевиков печей в течение расчетного срока службы. Технические специалисты предприятий, как правило, в установленные сроки и в надлежащем объеме производят работы по ревизии технического состояния печей с выявлением и отбраковкой элементов змеевиков малых толщин, ремонтом внутренней футеровки, горелок и других частей печей. В результате в ходе эксплуатации расчетный срок службы змеевиков и в целом печей обычно перекрывается с большим превышением. Однако в ходе длительной эксплуатации оборудования проявляются особенности его конструкции, способные привести к резкому и значительному увеличению повреждаемости. Примером в данном случае может являться практика эксплуатации печи установки каталитического риформинга одного из нефтеперерабатывающих предприятий.

Объект исследования

Назначение печи: нагрев газосырьевой смеси перед реакторами каталитического риформинга. Год начала эксплуатации печи – 1978. Нагреваемый продукт – жидкое сырье (бензиновые фракции) и ВСГ (водородсодержащий газ).

Число камер радиации и конвекции – соответственно 3 и 2.

Число потоков печи – 2 в камерах конвекции; многопоточные в камерах радиации.

Камеры радиации №1 и №2 печи имеют по 86 петель из труб размером 60´6 мм, камера радиации №3 имеет 29 петель из труб размером 108´8 мм. Петли собраны из двух вертикальных труб, соединенных между собой трубой дугообразной формы. Снизу петли присоединены к отдельным для каждой камеры входным и выходным коллекторам из труб Dу = 500 мм и Dу = 600 мм соответственно.

Камеры радиации установлены в едином корпусе, имеются разделительные стенки не на полную высоту топочного пространства. Общая схема печи показана на рис. 1, схемы змеевиков камер радиации №1 и №2 – на рис. 2.

Камеры конвекции установлены сверху камер радиации. Каждая камера конвекции состоит из 60 горизонтальных труб размером 152´8 мм в виде пакета из 10 рядов по 6 труб; два нижних ряда в каждой камере конвекции – гладкие, остальные имеют ошиповку для увеличения площади поверхности теплообмена.

Материальное исполнение змеевиков камер радиации печи – сталь 15Х5М, змеевиков камер конвекции и коллекторов – сталь 1Х2М1.

Годы начала эксплуатации змеевиков печи:

  • камер радиации №1 и №2 – 2002 г.;
  • камеры радиации №3 – 2015 г.;
  • камер конвекции №1 и №2 – 1978 г.

Основные регламентные нормы по эксплуатации печи

Давление газосырьевой смеси (ГСС) на входе, МПа 1,6…2,65

Температура, °С, не более:

ГСС на выходе из камер конвекции 495

ГСС на выходе камер радиации 512

дымовых газов на перевалах 850

Проблемы в ходе эксплуатации печи

За время эксплуатации период между капитальными ремонтами установки был увеличен до двух лет. В периоды капитальных ремонтов в печи производились работы по ревизии змеевиков с определением остаточной толщины стенок. При выявлении недопустимых утонений трубы отбраковывались и заменялись новыми. Данные по заменам труб приведены в табл. 1.

Как видно, при проведении ревизии в ходе капитального ремонта 2021 г. произошло резкое и значительное увеличение числа отбракованных труб в камерах радиации печи.

Для иллюстрации проблемы повышенного изнашивания в табл. 2 приведены выборочные данные по замерам остаточных толщин труб для камеры радиации №2.

Фактическая расчетная скорость изнашивания труб, рассчитанная за период эксплуатации с 2019 г., значительно превышает значение 0,1 мм/год, указанное в нормативно-технической документации для змеевиков печей установок каталитического риформинга [1]. Например, для трубы № 15 камеры радиации №2 с южной стороны замеры остаточной толщины стенок в 2019 г. и 2021 г. составили соответственно 5,6 и 3,9 мм. В этом случае скорость изнашивания может быть определена по формуле:

где Ск – скорость изнашивания, мм/год;

Sф1, Sф2 – фактическая минимальная замеренная толщина стенки в определенный момент времени, мм;

Для других труб, отбракованных в ходе ревизии 2021 г., значения расчетной скорости коррозии также значительно превышают значения, установленные в РТМ [1] и находятся в пределах 0,4…0,9 мм/год.

В 2019 г. в ходе эксплуатации печи произошел прогар труб №17 и №35 камеры радиации №2.

Данные приборного контроля эксплуатации печи

Сведения о параметрах эксплуатации печи, полученные в ходе технического диагностирования в 2019 г., приведены в табл. 3, там же указаны установленные нормы согласно Режимной карте (РК) и Технологическому регламенту установки (ТР).

При анализе данных приборов, контролирующих работу печи, было установлено несоответствие показаний приборов замеров разрежения на перевалах печи указаниям ТР в части наличия положительного значения давления дымовых газов в топочном пространстве +13,6 Па для камеры радиации №3 вместо требуемого разрежения в размере не более 0 Па согласно ТР. Остальные контролируемые параметры эксплуатации печи соответствуют требованиям ТР.

Нарушение нормы по разрежению указывает на затрудненное движение дымовых газов через камеры конвекции и нарушение движение дымовых газов в топочном пространстве.

Обращает на себя внимание очень высокий уровень содержания кислорода в дымовых газах печи. Согласно данным табл. 3, содержание кислорода составляет 10,2% об. Для новых печей максимальное значение содержания кислорода в дымовых газах устанавливается в размере 4% об., в дальнейшем после длительной эксплуатации и изнашивания печей, как правило, максимальное содержание кислорода в дымовых газах считается допустимым на уровне 6% об. Это свидетельствует о больших подсосах наружного холодного атмосферного воздуха в горелках и в топочное пространство, что снижает тепловую эффективность печи. Из этого можно сделать вывод, что печь эксплуатируется с повышенным расходом топлива. На основе данных работы [2] перерасход топлива может быть оценен в размере около 25%.

Проблемы технического состояния камер конвекции и их влияние на условия эксплуатации змеевиков печей

Для промышленных печей в ходе длительной эксплуатации существует проблема накопления отложений в камерах конвекций с горизонтальным расположением труб и наличием наружной ошиповки или оребрения труб. Горизонтальное расположение труб позволяет конструктивно выполнить камеры конвекций печей с компактной установкой на верху камер радиации, при этом для труб змеевиков выполняется наружная ошиповка или оребрение для увеличения площади поверхности теплообмена. Такое исполнение печей применяется наиболее часто при конструировании, по такому типу выполнена рассматриваемая печь. Эти печи имеют особенности конструкции, которые способствуют накоплению механических отложений в камерах конвекций. На горизонтальных поверхностях труб происходит накопление отложений (воздушной пыли, минеральных частиц топлива, частей внутренней футеровки печи при ее изнашивании). Особенно быстро происходит накопление отложений в межшиповом и межреберном пространстве труб.

По опыту обследования технического состояния печей ситуация с большим количеством отложений наблюдается практически всегда на змеевиках конвекции технологических печей с горизонтальным расположением труб, если они не подвергаются периодическому демонтажу и чистке. Примеры очень сильного загрязнения конвекционных змеевиков механическими отложениями снаружи труб, зафиксированные на предприятиях отрасли, показаны на рис. 3, 4).

Это говорит об актуальности темы проведения чистки конвекционных змеевиков. В ходе эксплуатации межреберное или межшиповое пространство забивается механическими отложениями. Это приводит к значительному снижению тепловой эффективности камер конвекции печи.

Механические отложения и куски разрушившейся футеровки накапливаются также в различных частях змеевика пакета труб конвекционной секции. На рис. 4 показан пример того, как на верхней части пакета труб конвекционного змеевика располагаются обрушившиеся части футеровки дымоходов. В результате перекрывается проходное сечение для потока дымовых газов, и поток дымовых газов начинает перераспределяться в сторону, свободную от отложений. В итоге нарушается симметричность движения потока дымовых газов, он начинает двигаться непредсказуемым образом с отклонением от вертикального направления, предусмотренного проектом.

Вследствие перекрытия проходного сечения дымовых газов через пакет конвекционных труб поток горячих дымовых газов начинает перераспределяться в пространство между стенками камеры конвекции и наружной поверхностью труб пакета труб конвекционного змеевика. В результате происходит перегрев стенок камеры конвекции.

Из-за накопления отложений снаружи труб камеры конвекции работают с меньшей тепловой нагрузкой. Неэффективная работа камер конвекции увеличивает тепловую нагрузку камер радиации, что увеличивает потребление топлива в печи и теплонапряженность змеевиков камер радиации печи. Это приводит к увеличению температуры стенок труб змеевиков и ускоряет процессы их повреждения.

Эксплуатация печи в случае перекрытия механическими отложениями различной природы проходного сечения камеры конвекции также создает риски перегрева и прогара труб конвекционного змеевика для тех труб, которые располагаются непосредственно у стенок камеры конвекции и в ходе эксплуатации подвергаются дополнительному нагреву потоком горячих дымовых газов, двигающихся с высокой скоростью по оставшемуся уменьшенному проходному сечению. Движение дымовых газов в этих местах происходит с высокой скоростью, поскольку дымовые газы не имеют возможности движения в средней части пакета труб конвекционного змеевика, забитого механическими отложениями. При этом дымовые газы имеют высокую температуру. Таким образом, создаются условия для перегрева и прогара труб конвекционного змеевика, что увеличивает риски эксплуатации печей.

Причина повышенного изнашивания змеевиков

При рассмотрении результатов замеров остаточных толщин стенок в 2021 г., частично приведенных в табл. 2, можно сделать следующие выводы:

1) наблюдается значительное увеличение числа отбракованных труб вследствие утонения стенки вертикальных участков петель змеевиков, для дугообразных участков петель змеевика отбраковочных значений не выявлено;

2) расчетная (фактическая) скорость изнашивания стенки для отбракованных труб составляет в среднем 0,5 мм/год, максимальное значение – до 0,9 мм/год, что значительно превосходит значение 0,1 мм/год, указанное в нормативно-технической документации для змеевиков печей установок каталитического риформинга [1];

3) участки с минимальными значениями толщин согласно замерам, выполненным в 2021 г., наблюдаются на всех вертикальных трубах (в том числе и на отбракованных); в камере №1 – на верхней части труб северной стороны, в камере №2 – на нижней части труб южной стороны. При проведении измерений толщины труб в 2019 г. такой картины не было.

Основной вывод в данном случае заключается в том, что за период 2019–2021 гг. произошло резкое и значительное ускорение процессов повреждения змеевиков печи. Можно сделать обоснованное предположение, что причиной этого является перекрытие проходного сечения камеры конвекции печи механическими отложениями различной природы, в результате чего картина движения потоков дымовых газов изменилась кардинальным образом по сравнению с предусмотренной проектом. Вместо вертикального восходящего потока дымовых газов движение потоков дымовых газов происходит вбок и вверх с непосредственным обтеканием труб потоком раскаленных дымовых газов. В результате происходит перегрев участков верхней части вертикальных труб с северной стороны для камеры №1 и перегрев нижней части вертикальных труб с южной стороны для камеры №2.

Неудовлетворительное техническое состояние камеры конвекции печи было установлено при проведении технического обследования печей установки в 2019 г.

Установлено наличие очень высокой температуры наружной обшивки камеры конвекции печи: по данным теплового контроля температура наружной обшивки составила не менее 180 о С при максимальной допустимой температуре 60 о С, принимаемой при проектировании согласно п. 11.1.2 ГОСТ Р 53682–2009 [3], рис. 5–7.

По результатам наружного осмотра камер конвекции было выявлено наличие коробления металлических листов наружной обшивки и растрескивание сварных швов наружной обшивки, а также следы выхода горячих дымовых газов, что говорит о нарушении целостности футеровки.

Высокая температура наружной обшивки камер конвекции обусловлена следующим: вследствие затрудненного движения дымовых газов через пакет труб поток дымовых газов с высокой температурой начинает перераспределяться в пространство между трубами стенками камер конвекции, что приводит к перегреву стенок.

Недопустимое снижение разрежения в печи было установлено при анализе параметров эксплуатации печи. Это свидетельствует о затрудненном прохождении дымовых газов через камеру конвекции.

Представляется, что причиной произошедшего в 2019 г. прогара вертикальных участков змеевика камеры радиации №2 печи является именно неудовлетворительное техническое состояние камер конвекции. Место образования прогара трубы показано на рис. 8, 9.

Вид разрушенной трубы №17 при прогаре в 2019 г. показан на рис. 10, фрагменты образцов труб, отбракованных в 2021 г., приведены на рис. 11.

Следует указать на то, что трубы №17 и №35 камеры радиации №2, на которых произошли прогары в 2019 г., расположены в непосредственной близости к трубам, которые были отбракованы по результатам ревизии в 2021 г. (см. табл. 2). Это говорит о том, что причины повреждений для данных случаев схожи.

В обоих рассматриваемых случаях повреждения наблюдается характер преимущественного утонения на одной стороне и половине периметра трубы (см. рис. 10, 11). Такой характер повреждения, вызванный температурным воздействием, наиболее вероятно мог иметь место в случае обтекания трубы потоком раскаленных дымовых газов, а также от непосредственного излучения факела горелок. Это подтверждает описанный механизм повреждения.

Согласно результатам исследования образца с прогаром в 2019 г., наружная поверхность труб со стороны дефектов покрыта плотным слоем темно-серых окислов; толщина слоя окислов увеличивается в местах дефектов и достигает 4,0 мм; внутреннее пространство труб по всему сечению заполнено твердыми рыхлыми отложениями черного цвета (см. рис. 9, 10). Наружная поверхность фрагментов труб покрыта плотным слоем окалины серого цвета (3…4 мм), свидетельствующим о перегреве стали 15Х5М выше 800 °С. В местах сколов окалины металл имеет гладкую поверхность, следовательно, тип коррозии наружной поверхности труб – общая равномерная. На внутренней поверхности образца характер коррозии равномерный, а скорость коррозии имеет низкий показатель.

Согласно результатам исследования образцов труб, отбракованных в 2021 г., внутренняя поверхность металла труб ровная, без каких-либо существенных повреждений, например, в виде язв или отслоений металла. Основную роль в возникновении повреждений играли процессы наружного окисления труб. С наружной стороны образцы покрыты слоем окалины толщиной до 1 мм.

Результаты проведенного визуально-измерительного контроля фрагментов труб, обракованных в 2021 г., из мест с минимальной толщиной стенки трубы приведены в табл. 4.

Как видно, измеренное значение внутреннего диаметра находится в пределах 48,5…48,7 мм, что в целом соответствует значению, полученному при вычитании из значения наружного диаметра значений исполнительной толщины:

где Dв, Dн – внутренний и наружный диаметры трубы, мм;

Sисп – исполнительная толщина стенки трубы, мм.

Некоторое увеличение фактического значения на 0,5…0,7 мм может объясняться влиянием допуска при изготовлении по наружному диаметру и толщине стенки.

Значения наружного диаметра находятся в пределах 58,3…58,7 мм, что соответствует уменьшению относительно номинального значения на 1,3…1,7 мм. При том, что процесс утонения происходит преимущественно на одной половине трубы, то такое утонение соответствует утонению трубы практически до минимального допустимого (отбраковочного) значения 4,0 мм.

Таким образом, можно сделать вывод, что процессы утонения для труб змеевика связаны с изнашиванием наружной стороны стенки труб. В данном случае происходили процессы наружного окисления металла (обгорание труб).

Общее техническое состояние печей установки

Неудовлетворительное техническое состояние камер конвекции было установлено не только для рассматриваемой печи, но также для других печей установки. Пример аналогичных признаков неудовлетворительного технического состояния другой печи установки приведен на рис. 12.

Можно сделать вывод, что поскольку действующие нормативно-технические документы, определяющие виды и объем работ при ревизии печей, не содержат требований к контролю площади проходного сечения камер конвекции печей и не определяют периодичность проведения работ по чистке от отложений пакетов труб с горизонтальным расположением, (например, [4]), такие работы для печей установки не проводились и в ходе длительной эксплуатации произошло накопление отложений в камерах конвекции. Это повлияло на условия эксплуатации печей установки.

По результатам обследования в 2019 г. было рекомендовано произвести работы по чистке пакетов труб и ремонту внутренней футеровки камер конвекции печей установки. К сожалению, данная рекомендация не была использована специалистами предприятия. Наоборот, поскольку из-за неэффективной работы камер конвекции печей установки эксплуатация печей стала происходить с повышенным расходом топлива, что привело к увеличению количества дымовых газов повышенной температуры, было принято решение об установке дополнительного змеевика в утилизаторе тепла дымовых газов с целью производства большего количества пара для заводской сети.

Выводы

  1. При проведении периодических ревизий печей следует уделять особое внимание состоянию камер конвекции после длительной эксплуатации, так как ненадлежащее техническое состояние камер конвекции оказывает отрицательное влияние на условия эксплуатации всей печи и может привести к усилению процессов повреждения змеевиков и других частей печи;
  2. Для обеспечения эффективной работы камер конвекции технологических печей необходимо производить их регулярный демонтаж и чистку наружной поверхности труб от отложений, что снизит повреждаемость змеевиков и риски прогаров змеевиков камер радиации и конвекции печей, а также значительно повысит тепловую эффективность печей;
  3. Периодичность проведения чистки пакетов труб камер конвекции с горизонтальным расположением труб с наружным оребрением или огиповкой от механических отложений рекомендуется не реже чем через 10 лет эксплуатации. В ходе каждой ревизии печей необходимо производить осмотр верхней части пакета труб змеевиков камер конвекции, выявлять и устранять препятствия механического характера для движения дымовых газов (части футеровки, кирпичной кладки и др.).

Список литературы

  1. РТМ 26-02-42–78. Руководящий технический материал. Методы защиты от коррозии и выбор материалов для основных элементов и узлов аппаратов установок каталитического риформинга.
  2. Charles E. Baukal Jr. Combustion handbook. Vol. 1. Second Edition. CRC Press. Taylor&Francis Group. Boca Raton London New York. 2013.
  3. ГОСТР53682–2009. Установки нагревательные для нефтеперерабатывающих заводов. Общие технические требования.
  4. СТО-СА-03-004–2009. Трубчатые печи, резервуары, сосуды и аппараты нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств. Требования к техническому надзору, ревизии и отбраковке. Волгоград: ОАО «ВНИКТИнефтехимоборудование». Допущен к применению Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору. Письмо от 22.01.2010 г. N 08-01-05/209.
  • ТЕГИ
  • камера конвекции
  • механические отложения
  • печи с огневым обогревом

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *