Обзор конструктивных особенностей трубчатых печей

была изменена схема контроля. В случае неоднородности пробы теперь отбирается и анализируется металл непосредственно от чушки в месте наименьшего проявления ликвации.

В целом, полученные в работе данные позволяют усовершенствовать существующие методы пробоот-

бора при исследовании состава литейных сплавов на Иркутском алюминиевом заводе. Рекомендации по повышению однородности проб литейных алюминиевых сплавов могут быть использованы в литейном производстве других алюминиевых заводов.

Библиографический список

1. Агеев Н.В. Справочник двойных металлических систем / под общ. ред. Н.В. Агеева. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1959. Т.1. 670 с.

2. Баталин Г.И., Белобородова Е.А., Казимиров Е.А. Термодинамика и строение жидких сплавов на основе алюминия. М.: Металлургия, 1983. 160 с.

3. Голод В.М. Теория литейный процессов: учеб. пособие для вузов. Л.: ЛПИ, 1983. 88 с.

4. Кузьмин М.П., Кузьмина М.Ю., Кучина В.В. Устранение усадочных дефектов при литье малогабаритных чушек алюминия // Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов: мат. докл. науч.-практ. конф. с междунар. участием, апрель 2012 г. Иркутск, 2012. С.73-75.

5. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов / пер. с англ. под ред. Ф.И. Квасова [и др.]. М.: Ме-

таллургия, 1979. 640 с.

6. Производство отливок из сплавов цветных металлов: учеб. для вузов / А В. Курдюмов [и др.]. М.: Металлургия,

1986. 416 с.

7. Таран Ю.П. Исследования линейной усадки при непрерывном литье алюминия // Восточно-европейский журнал передовых технологий. 2013. № 5 (2). С.38-42.

8. De Young D. H., Weirauch D.A., Jr. Strontium additions to improve ingot surface quality // Light metals. 2004. P.699-705.

9. Reis A. Modelling feeding flow related shrinkage defects in aluminum castings / A. Reis Z. Xu, R.V. Tol, R. Neto // Journal of Manufacturing Processes. 2012, Volume 14, Issue 1, P.1-7.

10. Yang L.J. The effect of casting temperature on the properties of squeeze cast aluminium and zinc alloys / L.J. Yang // Journal of Materials Processing Technology. 2008, Volume 140, Issues 1-3, P.391-396.

УДК 66.041

ОБЗОР КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ

© С.Ю. Ляшонок1, С.Г. Дьячкова2

Иркутский государственный технический университет,

664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Обобщены материалы по конструкциям и техническим особенностям трубчатых печей, применяемых в химической и нефтехимической промышленности. Рассмотрены типы печей. Обсуждаются направления модернизации печей, такие как модернизация горелок, строительных конструкций, змеевиков, автоматики, замена топлива и материалов футеровки. Обосновывается необходимость новых решений для увеличения КПД и улучшения качества работы печи.

Ил. 8. Библиогр. 19 назв.

Ключевые слова: трубчатые печи; нефтепереработка; горелка; змеевик; блочная горелка; футеровка; типы печей.

SURVEY OF TUBE FURNACE STRUCTURAL FEATURES

S.Yu. Lyashonok, S.G. Dyachkova

Irkutsk State Technical University,

83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article summarizes the information on designs and technical features of the tube furnaces used in chemical and petrochemical industries. Having considered the types of furnaces it discusses the modernization trends of furnaces, including the modernization of burners, engineering structures, coils, automation, substitution of fuel and lining. The need for new solutions to increase the furnace efficiency and operation quality is substantiated.

8 figures. 19 sources.

Key words: tube furnaces; oil refining; burner; coil; industrial oil burner; lining; types of furnaces.

Трубчатые печи химической промышленности как и газовых потоков, таких как нефть и нефтепродукты,

один из важнейших элементов технологических про- газы, вода и др. Трубчатые печи - это и наиболее

цессов широко применяются для нагрева жидкостных энергоёмкое оборудование, особенно в нефтеперера-

1Ляшонок Сергей Юрьевич, аспирант, инженер-технолог ОАО «ИркутскНИИхиммаш», тел.: 89016405698, e-mail: ximik235@yandex.ru

Lyashonok Sergey, Student, Process Engineer of "IrkutskNIIhimmash" JSC, tel.: 89016405698, e-mail: ximik235@yandex.ru

2Дьячкова Светлана Георгиевна, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой химической технологии, тел.: (3952) 405120, e-mail: cmf_dean@istu.edu

Dyachkova Svetlana, Doctor of Chemistry, Professor, Head of the Department of Chemical Engineering, tel.: (3952) 405120, e-mail: cmf_dean@istu.edu

ботке, так как все процессы нагрева производятся именно в этих печах. Трубчатая печь состоит из множества устройств и периферийного оборудования, которое обеспечивает эффективное сжигание топлива [1] (Рис. 1). Для дополнительной экономии тепла трубчатые печи могут быть оснащены парогенераторами и пароперегревателями.

Примерный набор составляющих трубчатых печей, применяемых в производстве, остаётся неизменным (Рис. 1). Всё применяемое в трубчатых печах оборудование постоянно модернизируется. Например, в блочные горелки (Рис. 2) входят собственные системы подачи жидкого топлива, воздуха, автоматика контроля горения, наличия пламени, а также устройства, позволяющие встроить горелку в общий технологический процесс для удалённого управления [2, 3]. Автоматика может обеспечивать полную автономность работы без вмешательства человека. Футеровка трубчатых печей может состоять из шамотного кирпича или жаропрочных бетонных панелей. Для работы трубчатых печей необходимо топливное мазутное или газовое хозяйство, система КИПиА, обеспечивающая бесперебойную и безопасную работу трубчатой печи, дымовая труба, обеспечивающая необходимое разрежение в топке.

Большинство элементов, обеспечивающих работу трубчатых печей, сложно модернизировать для большей эффективности (например топливное хозяйство, топливопроводы или дымовую трубу). Но если конструкцию горелок или змеевиков можно изменить в большинстве случаев на другую - более оптимальную, то основное оборудование (строительные конструкции и как следствие тип печи) заменить сложнее - понадобится постройка печи заново. Поэтому конструкция печи выбирается один раз на весь срок ее эксплуатации.

Печи наиболее широко распространённых конструкций состоят из радиантной камеры, в которой смонтирован радиантный змеевик. Камера оснащена гляделками для наблюдения за работой горелок, люками-лазами или дверями для доступа в печь с целью обслуживания, взрывными окнами (для сбрасывания давления взрыва), системой продувки топки и системой пожаротушения.

В камере конвекции смонтирован конвективный трубный пучок, обогреваемый нагретыми продуктами сгорания. В камере конвекции также могут быть установлены дополнительные поверхности, утилизирующие тепло, такие как пароперегреватели, экономайзеры, парогенераторы.

Горелка

Футеровка печи

Змеевик

конвективный

Змеевик

радиантный

Топливный склад

Система

топливопроводов

Строительные

конструкции

Рис. 1. Основное оборудование трубчатой печи

Рис. 2. Устройство блочной горелки

После камеры конвекции устанавливаются газоходы, выводящие поток газов в дымовую трубу. Печь может быть оснащена системой рециркуляции дымовых газов для экономии тепла.

Печь монтируется в стальном каркасе, внутри футеруется огнеупорными материалами для предотвращения потерь в окружающую среду. Печи оснащаются первичными приборами контроля и регулирования технологического процесса нагрева сырья, в них предусматриваются аварийные блокировки для безопасной эксплуатации оборудования.

Промышленность предлагает на сегодняшний день множество видов конструкций печей [4, 5, 6, 7]. От конструкции печей зависит сложность изготовления и обслуживания змеевиков; доступ к горелкам, их обслуживание и настройка; габариты печи; величина теплонапряжения в камере радиации; аэродинамическое сопротивление. Из типовых конструкций трубчатых печей предприятиями предлагаются [8, 9, 10] цилиндрические, типа ЦС (а), типа КС (б), коробчатые, типа ВС (в), типа ГС и ГС2 (г), типа ГН и ГН2 (д).

а) Печи типа ЦС (Рис. 3). Это цилиндрические печи с одной радиантной камерой. Тип факела свободный. Горелки расположены в поду печи. На стенке радиантной камеры установлены однорядные трубные экраны. Над змеевиком радиантной камеры по ходу движения продуктов сгорания смонтирован конвективный змеевик. Затем дымовые газы уходят в дымовую трубу. Змеевик радиантной камеры может быть вертикальным или горизонтальным, в виде спирали.

б) Печи типа КС (Рис. 4). Печи цилиндрические с камерой конвекции кольцевой формы, имеют встроенный воздухоподогреватель и вертикальный трубный змеевик в радиантной и конвективной камерах. Сжигание топлива свободное, вертикально-факельное. Комбинированные горелки расположены в поду печи.

Рис. 3. Конструкция трубчатой печи типа ЦС: 1 -горелка; 2 - змеевик радиантных труб; 3 - каркас;

4 - футеровка; 5 - змеевик конвекционных труб.

Потоки: I - продукт на входе, II - продукт на выходе

в) Печи типа ВС (Рис. 5). Коробчатые печи. Расположение труб вертикальное по всем четырём сторонам радиантной камеры. Радиантные экраны двухстороннего освещения расположены на стенах. Над радиантной камерой расположен конвективный змеевик из гладких труб. Обслуживание горелок двухстороннее.

Рис. 4. Конструкция печи типа КС: 1 - горелка; 2 - змеевик радиантных труб; 3 - змеевик конвекционных труб; 4 -

каркас; 5 - футеровка; 6 - воздухоподогреватель; 7 - шибер

Рис. 5. Конструкция трубчатой печи типа ВС: 1 - камера конвекции; 2 - змеевик радиантных труб; 3 - взрывное окно; 4, 7 - гляделка; 5 - футеровка; 6 - каркас; 8 - горелка; 9 - лестничная площадка; 10 - дымовая труба

г) Печи типа ГС и ГС2 (Рис. 6, 7). Коробчатые печи с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным расположением труб в радиантной и конвективной камерах. Печи свободного вертикального сжигания

комбинированного топлива. Горелки расположены в один ряд в поду печи. Обслуживание горелок производится с одной стороны печи, что позволяет установить рядом две радиантные камеры (тип ГС2).

Рис. 6. Схема трубчатой печи типа ГС: 1 - горелка; 2 - змеевик радиантных труб; 3 - змеевик конвекционных труб; 4 - воздухоподогреватель;

5 - дымовая труба; 6 - лестничная площадка;

7 - футеровка; 8 - каркас

Рис. 7. Конструкция трубчатой печи типа ГС2:

1 - горелка; 2 - змеевик радиантных труб; 3 - каркас; 4 - футеровка; 5 - змеевик конвекционных труб;

6 - лестничная площадка; 7 - дымовая труба

Рис. 8. Схема трубчатой печи типа ГН: 1 - горелка; 2 - змеевик радиантных труб; 3 - настильная стенка; 4 -змеевик конвекционных труб; 5 - дымовая труба; 6 - лестничная площадка; 7 - футеровка; 8 - каркас

д) Печи типа ГН и ГН2 (Рис. 8). Коробчатые печи с верхним отводом дымовых газов, горизонтальным настенным или центральным трубным экраном. В печах данной конструкции применяется объемнонастильное сжигание комбинированного топлива (вариант I) или настильное сжигание газового топлива на фронтальные стены (вариант II). При исполнении печи по варианту I горелки расположены в два ряда на фронтальных стенах под углом 45°.

Все перечисленные типы печей требуют периодического обслуживания с целью повышения эффективности работы или как минимум восстановления исходных проектных характеристик [11, 12]. В периодическое обслуживание обязательно входит обследование строительных конструкций для определения их несущей способности; обследование футеровки для установления степени её разрушения и наличия пропусков тепла, которые обычно определяются тепловизором. Также проверяются режимные листы работы трубчатой печи, из которых можно получить информацию о том, на сколько рабочие параметры отличаются от проектных. Также проверяется визуально качество пламени при работе горелок, замеряется количество

оксидов азота [13] и количество свободного кислорода в дымовой трубе для определения качества сжигания топлива [14].

После всех обследований делаются необходимые расчёты [11, 15], восстанавливается футеровка, корректируется количество воздуха, подаваемого на сжигание. При необходимости возможна замена горелок. В некоторых случаях возможен пересмотр конструкции змеевика, например, уменьшение оребрения [16]. В целях экономии возможна также замена основного вида топлива, например, мазута на газ [17, 18, 19].

Все перечисленные конструкции печей являются базовыми, они обеспечивают работу печи с допустимым качеством. При этом обеспечивается передача необходимого количества тепла к продукту - тепловой режим и отвод дымовых газов через конвекционную камеру в дымовую трубу - аэродинамический режим. Необходимость модернизации работы печей с целью достижения максимального КПД, экономии ресурсов и капитальных затрат является одной из основных задач современной химической технологии, а актуальность разработки новых методов и подходов к проблеме модернизации печей не вызывает сомнений.

Библиографический список

1. ГОСТ Р 53682-2009. Установки нагревательные для нефтеперерабатывающих заводов. Общие технические требования.

2. Weishaupt. [Электронный ресурс], http://www.weishaupt.ru

3. ГОСТ 21204-97. Горелки.

4. Скобло А.И. Процессы и аппараты нефтегазоперера-ботки и нефтехимии. М.: Недра, 2005.

5. Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.,

1987.

6. Теляков Э.Ш., Закиров М.А., Вилохин С.А. Технологические печи химических, нефтехимических и нефтегазоперерабатывающих производств. Казань: КГТУ, 2008.

7. ФГУП "Завод химмаш РАН". Трубчатые печи. [Электронный ресурс], http://starorushimmash.ru/catalog/cat-130

8. ООО "РТ-ГРУП". Технологические печи. [Электронный ресурс], http://www.rt-group.com.ua/

9. Генерация. Нефтегазовое оборудование. [Электронный ресурс], http://www.generation-ngo.ru

10. Котишек Я. Трубчатые печи в химической промышленности. Л., 1963.

11. Книжник А.В., Ляшонок С.Ю., Марченко М.А. Оптимизация трубчатой печи установки № 209 ОАО «Ангарская нефтехимическая компания» // Химическая техника. 2012. №2.

12. S.Ju. Lyashonok, A.V. Knizhnik, A.Ja. Ribkin, S.G. D'yachkova. EURO-ECO. DAS INTERNATIONALE SYMPOSI-

UM. // Optimization of energy efficiency of tube furnaces. Hannover, 2012. С.82-83.

13. Дьяченко С.Н., Катин В.Д. Влияние состава нефтезаводских газов на образование оксидов азота в трубчатых печах // Нефтепереработка и нефтехимия. 2000. Вып. 9.

14. Павлов И.В., Дружинин О.А., Лазуренко А.А. и др. Опыт оптимизации режимов эксплуатации технологических печей в ОАО «Ачинский НПЗ ВНК» // Мир нефтепродуктов. 2010. №2. С.16-19.

15. Ляшонок С.Ю., Книжник А.В., Дъячкова С.Г. Перевод трубчатых печей на газовое топливо // Материалы III всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов" . Иркутск, 2013.

16. Ляшонок С.Ю., Книжник А.В., ДьячковаС.Г. Оптимизация конструкции трубчатых печей. Уменьшение поверхности оребрения труб // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2011. Вып.12. С. 170-174.

17. Ляшонок С.Ю., Кузнецов А.М., Дьячкова С.Г. Перевод трубчатых печей на газовое топливо // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. Вып.6. С.144-147.

18. ГОСТ 10585-99. Топливо нефтяное. Мазут.

19. ГОСТ 31369-2008 (ИСО 6976:1995) Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.