ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ
TUBE KILN

Изобретение относится к конструкции трубчатой печи и может быть использовано в нефтехимической и нефтеперерабатывающей отраслях промышленности для нагрева углеводородных сред.
Известна трубчатая печь для нагрева нефтепродуктов типа ЦС (Каталог. Трубчатые печи, ООО «ВНИИНЕФТЕМАШ» и ООО «НЕФТЕХИММАШ-ТТО», издание 7-е, М., 2007, С.16), содержащая цилиндрический корпус с верхним отводом дымовых газов, настенным расположение труб витого змеевика. Над камерой радиации расположена камера конвекции с горизонтальным расположением труб. Горелки расположены в поду печи. Дымовая труба установлена над камерой конвекции.
Однако данная конструкция усложняет процесс ремонта участков отбракованных витков змеевика или полной его замены, имеет малый межремонтный период из-за быстрого выхода труб из строя, большие габариты.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной печи является односекционная трубчатая печь для нагрева нефтепродуктов типа СС (Каталог. Трубчатые печи, ООО «ВНИИНЕФТЕМАШ» и ООО «НЕФТЕХИММАШ-ТТО», издание 7-е, М., 2007, С.14), имеющая радиантную камеру прямоугольной формы, отдельно стоящую конвективную камеру, которая позволяет разместить оптимальную поверхность труб, также дополнительно установить теплоутилизационный змеевик или воздухоподогреватель. Радиантный змеевик самонесущий, установленный непосредственно в поду печи, выполнен прямоугольной витой формы на 90°С отводах с горизонтальной ориентацией труб. Опорожнение витого змеевика от нефтепродуктов происходит самотеком.
Однако известная печь не обеспечивает равномерную тепловую напряженность труб змеевика как по его периметру, так и по длине, вызывая перегревы в средних участках прямых труб, и способствует локальным коксоотложениям.
Задачей настоящего изобретения является улучшение теплотехнических характеристик печи, повышение эффективности теплопередачи от дымовых газов к углеводородной среде в радиантном змеевике и снижение коксоотложения в змеевике, повышение надежности эксплуатации печи, уменьшение габаритов трубчатой печи, снижение потерь тепла в окружающую среду, улучшение аэродинамических характеристик газового тракта печи.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в трубчатой печи для нагрева углеводородных сред, содержащей корпус с радиантной и отдельно расположенной конвективной камерами, в которых установлены однопоточный радиантный и многопоточный конвективный змеевики, горелочные устройства в подовой части корпуса по центру, дымовую трубу, соединенную с конвективной камерой, при этом для выравнивания эпюры теплоподвода по периметру труб радиантного змеевика между обмуровкой и радиантным змеевиком в радиантной камере установлена лучеотражательная обечайка, выполненная из жаропрочной стали, а в нижней части конвективной камеры дополнительно установлен многопоточный змеевик из труб малого диаметра для утилизации тепла дымовых газов перед дымовой трубой. Внутри радиантной камеры может быть дополнительно установлен витой змеевик для нагрева другого продукта. Для уменьшения аэродинамического сопротивления по газовому тракту газоход, соединяющий радиантную и конвективную камеры, выполнен в виде полутора из сегментных элементов. Направление движения дымовых газов противоточно направлению движения нагреваемой среды в обоих змеевиках. Кроме того, обмуровка радиантной и конвективной камер выполнена из жаропрочных муллитокремнеземистых хромсодержащих материалов, выдерживающих температуру до 1300°С и выше. При обмуровке стен, камер, газохода и крышки радиантной камеры используют клей огнеупорный защитный КО3-3 на основе алюмосиликатов с рабочей температурой 1600°С. В поду печи выполнен люк для обслуживания рабочих узлов во время ремонтных и профилактических работ, а также три поворотные гляделки с окуляром, которые позволяют контролировать как состояние факела, так и радиантный змеевик в период эксплуатации печи и выжига кокса. Клапан безопасности установлен по ходу движения дымовых газов в верхней точке торообразного газохода. Для отдельно стоящей трубчатой печи устанавливают индивидуальную дымовую трубу, выполненную из двух цилиндрических обечаек разного диаметра. Устойчивость индивидуальной дымовой трубы от ветровых, резонансных и прочих нагрузок обеспечивают за счет трехгранных конических мачт. Ввод дымовых газов в данную дымовую трубу осуществляют через тангенциальный штуцер. Общая самонесущая дымовая труба для блока печей (две-четыре печи) выполнена конусообразной, состоящей из четырех усеченных конусов с разной толщиной стенок, уменьшающейся от нижнего конуса к верхнему. На нижнем конусе установлены два штуцера в одной плоскости под углом друг к другу 180°. На каждом входе дымовой трубы установлены направляющие аппараты, выполненные в виде спирали Архимеда, с небольшим наклоном к вертикальной оси трубы.
На фиг.1 представлена заявляемая трубчатая печь, общий вид, на фиг.2 - дымовая труба для блока печей, общий вид, на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2, на фиг.4. - блок печей с дымовой трубой для блока печей, общий вид.
Трубчатая вертикальная печь (фиг.1) содержит корпус 1 с подом 2, обмуровку печи 3, радиантную 4 и отдельно расположенную конвективную 5 камеры. Радиантную 4 и конвективную 5 камеры соединяет газоход 6, выполненный из сегментных элементов в виде полутора. В конвективной камере 5 расположен многопоточный конвективный змеевик 7, выполненный трубчатым спирально-витым. Нижняя часть конвективной камеры 5 соединена с дымовой трубой 8 через шибер и боров (на чертеже не бозначены). В поду печи 2 по центру радиантной камеры 4 установлены 1-3 горелочные устройства 9. В радиантной камере 4 расположен радиантный продуктовый змеевик 10, выполненный трубчатым спирально-витым. Между обмуровкой печи 3 и радиантным змеевиком 10 в радиантной камере 4, согласно изобретению, расположена лучеотражательная обечайка 11. Внутри радиантной камеры 4 может быть дополнительно установлен витой змеевик 12 для нагрева другого продукта. В нижней части конвективной камеры 5 дополнительно расположен многопоточный змеевик 13 из труб малого диаметра 45·3 мм. В поду печи 2 установлены три поворотные гляделки 14 для контроля за состоянием факела с полным обзором поверхности радиантного змеевика в период эксплуатации и выжига кокса. В поду печи 2 расположен люк (на чертеже на показан) для внутреннего осмотра и устранения неполадок во время ремонтных работ. Клапан безопасности 15 с противовесом 16 установлен по ходу движения дымовых газов в верхней точке газохода 6. Для отдельно стоящей трубчатой печи устанавливают индивидуальную дымовую трубу 8 (фиг.1), выполненную из двух цилиндрических обечаек разного диаметра, с наружной теплоизоляцией из шлаковаты и металлическим кожухом. Дымовая труба для блока печей 17 (фиг.2) выполнена конусообразной и на каждом входе содержит направляющий аппарат 18 (фиг.3), выполненный из листового металла в виде спирали Архимеда с небольшим наклоном к вертикальной оси трубы. Труба имеет высоту 48 метров, диаметр основания - 2800 мм, верха - 1300 мм. Труба состоит из четырех усеченных конусов с толщиной стенок, уменьшающейся от нижнего конуса к верхнему, нижний конус имеет толщину стенки 12 мм, верхний - 8 мм.
Печь работает следующим образом.
Топливо, подаваемое в печь, сжигается в горелочных устройствах 9, расположенных в поду 2 радиантной камеры 4. Тепло факела в виде лучистой энергии передается нагреваемому продукту в спирально-витом змеевике 10 радиантной камеры 4. Лучеотражательная обечайка 11, выполненная из жаропрочной стали, излучает лучистую энергию змеевику с наружной стороны, и тем самым трубы радиантного змеевика 10 радиантной камеры 4 получают равномерную тепловую напряженность по всему периметру трубы. Внутри радиантной камеры может быть дополнительно установлен витой змеевик 12 для нагрева другого продукта, например «горячая струя», рециркулирующий продукт кубовой части ректификационной колонны. Потоки дымовых газов, отдав около 60% тепловой энергии в радиантной камере 4 продукту, поступают в верхнюю часть конвективной камеры 5 по газоходу 6, проходят конвективную камеру 5 и отдают тепло противоточно движущемуся продукту в конвективном змеевике 7. Далее дымовые газы проходят дополнительный многопоточный змеевик 13, где охлаждаются, подогревая специальный теплоутилизационный продукт, и поступают через боров (на чертеже не обозначен) в дымовую трубу 8 или дымовую трубу 17 и отводятся в атмосферу. Движение дымовых газов и нагреваемой среды противоточное. Дымовые газы на каждом входе проходят через направляющие аппараты 18, выполненные в виде спирали Архимеда, закручиваются и плавно вливаются в общий закрученный поток. В случае нестандартной ситуации, приведшей к образованию взрывоопасной смеси, срабатывает клапан безопасности 15.
Преимущества предлагаемой конструкции трубчатой печи по сравнению с известной заключаются в улучшении теплотехнических характеристик витого трубчатого змеевика в радиантной камере, увеличении срока службы радиантного змеевика и уменьшении его габаритов, улучшении условий технического обслуживания и ремонта печи, уменьшении габаритов трубчатой печи, уменьшении аэродинамического сопротивления по газовому тракту, снижении потерь тепла в окружающую среду.