CC BY
7
Усовершенствование технологии монтажа изоляционной футеровки радиантной камеры печи парового риформинга природного
газа
А.М. Буров, Д.К. Сметанников, Н.С. Яцкив, А.В. Белогорцев
Институт архитектуры и строительства (ИАиС) Волгоградского государственного технического университета (ВолгГТУ)
Аннотация: В работе приведены свойства и номенклатура изделий из керамоволокна применяемого для изоляционной футеровки в печах парового риформинга. На примере футеровки радиантной камеры рассмотрена технология монтажа на анкерные шпильки керамоодеял, применяемая в настоящий момент при строительстве и ремонте печей риформинга. Отмечены недостатки существующей технологии. К ним относятся трудоемкость процесса, сложность контроля монтажа и большая вероятность неравномерности теплопроводности футеровочной поверхности из-за скрытых дефектов, а также распыление в воздухе частиц керамоволокна, вызывающих заболевания. Предложена номенклатура и технология монтажа изоляционной футеровки керамоблоками по направляющим трубкам с последующей контактной сваркой с корпусом камеры. Технология позволит сократить время ремонта, улучшить теплопроводность камеры, снизить риск заболеваний.
Ключевые слова: риформинг газа, радиантная камера, изоляционная футеровка, керамоволокно, теплопроводность печи.
Введение
Установка каталитического риформинга предназначена для получения высокооктановых компонентов бензинов, выделения товарных ароматических углеводородов а также производства технического водорода при высоких температурах и представляет печь - реактор вертикального типа. К основным элементам печи относятся: камера радиации, камера конвекции, змеевики, горелки. В камере радиации происходит сгорание топлива, передача тепла нагреваемому продукту (сырью), находящемуся в змеевике. На камеру радиации (радиантная камера) приходится около 60% теплопередачи всей печи [1,2]. При этом температура природного газа на входе составляет 5600 С, а на выходе (выходной коллектор риформинга) 8700С. В самой в камере сгорания температура не более 10600С.
Корпус радиантной камеры установки парового риформинга имеет форму параллепипеда с габатитными размерами 10,12*14,56*13,55 (м), поставляется в виде панелей без футеровки для сборки. На сборочной
М Инженерный вестник Дона, №11 (2022) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/nlly2022/7983
площадке после сборки вертикальных и горизонтальных металлических панелей радиантная камера футеруется изнутри огнеупорным материалом [3,4].
Материалы и методы
В настоящий момент радиантная камера печи риформинга футеруется материалами из керамоволокна [5-7]. Термодинамические свойства керамоволокна приведены в таблице 1. Номенклатура представляет широкий спектр изделий в виде керамических одеял, керамического шнура, блоков, плит, керамической бумаги, огнеупорной мастики или формовочных покрытий, а также пенофракса, наносимого на поверхность распылением.
Данный материал позволяет моделировать изделия практически любой формы. Преимущества материала в его малом весе, малой тепловой инерционности, хороших изолирующих свойствах и устойчивости к резким колебаниям температуры, простоте монтажа.
Таблица № 1. Термодинамические свойства керамоволокна.
Характеристика материала Сред. знач. Ед. изм.
Остаточное линейное удлинение после
изотермического воздействия тепла в течении 24
час
При средней температуре 11000С -1,9 %
При средней температуре 12000С -2,9 %
При средней температуре 1 2500С -3,3 %
Теплопроводность
При средней температуре 6000С 0,11 Вт/мК
При средней температуре 8000С 0,16 Вт/мК
При средней температуре 10000С 0,21 Вт/мК
Удельная теплоемкость 1,14 кДж/кгК
Химический состав
SiO2 53,0....58 %
42,0....47,0 %
Fe2Oз <0,20 %
и
По существующей технологии, футеровка радиантной камеры печи осуществляется путем крепления керамических одеял, на металлические панели печи [3,8,9]. Схема крепления приведена на рис.1. Для этого необходимо установить в определённой последовательности анкерные шпильки из нержавеющей стали. Анкерные шпильки закрепляются на панелях камеры при помощи сварки. Наиболее эффективное применение нашли анкерные шпильки 2 с выемками на своей поверхности (рис.1). Эти выемки позволяют фиксировать и крепить керамические одеяла 4 при помощи клипс 3, а также регулировать сжатие одеяла во время монтажа (см. рис. 1).
а) б)
Рис. 1. Схема крепления керамических одеял на поверхность панелей а)- футеровка внахлест неровного стыка поверхностей; б)- футеровка внахлест ровного стыка поверхностей; 1-термостойкая пена (пенофракс); 2-анкерная шпилька; 3- клипс; 4-керамическое одеяло.
Для исключения потерь тепла и разрушения поверхности изолированной керамоволокном стены, необходимо выполнять монтаж одеял внахлёст, в тех местах, где рулон заканчивается. Нахлёст необходимо делать в сторону направления потока пламени горелок не менее 100 мм от стыка одеял, для предотвращения утечек тепла.
К достоинству использования керамических одеял можно отнести: 1-возможность их применения при футеровке неровной поверхности (рис.1.а);
2- поверхности тоннелей, имеющих многочисленные отводы или небольшой внутренний диаметр; 3- возможность применения при монтаже одеял, с различной плотностью, тем самым увеличивая термоизоляцию на участках с более высокими температурами и экономя материал в тех местах, где температуры не настолько высоки, применяя одеяла меньшей плотности; 4-термоодеяла наиболее эффективны в местах с повышенной вибрацией; 5- при монтаже футеровки, применение различных по длине шпилек позволяет регулировать количество слоев керамоодеял, тем самым добиваясь увеличения рабочих температур камеры до 10600 С.
Результаты исследования Применяемая технология монтажа изоляционной футеровки имеет несколько существенных недостатков: 1) крепление керамоодеял трудозатратный процесс, предполагает применение строительных лесов и большого количества квалифицированного персонала; 2) требуется тщательный контроль при производстве работ, так как одеяла могут рваться при неаккуратном обращении, а установка их раскатыванием из-под свода печи вниз вдоль стены приводит к дополнительной трудоёмкости процесса монтажа, вследствие ошибочных действий и появления нежелательных отверстий (дефектов) в одеяле, ухудшающих теплопроводность; 3- появление нежелательных отверстий в одеяле приводит к распылению в замкнутом пространстве частиц керамоволокна, вызывающих заболевание дыхательных путей и другие тяжёлые болезни у людей.
Вследствие указанных причин сроки ремонта часто перекрывают нормативные. При вышеуказанных габаритах камеры радиации, и при работе в две смены, время ремонта увеличивается в два раза от установленного в 28 дней.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что усовершенствование технологии монтажа огнеупорной футеровки является актуальной задачей.
Поставленную цель можно достичь следующим образом. Радиантную камеру предлагается футеровать специальными блоками на основе керамоволокна [8,10]. Керамический блок-модуль - это изделие из керамоволокна, в которое устанавливается специальный сварочный узел (рис.2).
Предварительная установка сварочного узла в керамический блок-модуля, позволяет изменить технологию монтажа изоляционной футеровки. На рис 3 показана схема крепления керамоблока при монтаже изоляционной футеровки.
Рис. 3. Схема крепления керамоблока контактной сваркой 1-керамический модуль; 2- сварочный пистолет; 3-модульный анкер; 4-торсионный трубчатый ключ; 5-гайка; 6-опорная трубка модуля; 7- сварочная контактная шпилька; 8- экран; 9 - стенка корпуса камеры.
Рис. 2. Керамический блок- модуль
3
Монтаж ведется двумя рабочими. В начальный момент керамоблок устанавливают (см. рис.3) на поверхность стенки корпуса камеры 9, а стыковку с соседними блоками осуществляют по опорным трубкам 6.
С помощью сварочного пистолета 2 осуществляется контактное воздействие на сварочную контактную шпильку 7. В результате образуется сварочное соединение шпильки 7 с корпусом 9. По окончании сварки, торсионным трубчатым ключом 4 осуществляется дополнительный прижим керамоблока к стенке радиантной печи гайкой 5.
Заключение
При футеровке радиантной камеры риформинга керамическими блоками, процесс монтажа изоляции упрощается, количество задействованного персонала и оснастки уменьшается.
Уменьшается риск повреждения изоляционного материала, а вероятность распространения керамической пыли и частиц в воздухе резко снижается.
Улучшаются теплоизоляционные свойства, вследствие большей равномерности теплопроводности изоляционной футеровки. Равномерность теплопроводности обеспечивается отсутствием появления скрытых дефектов в керамоволокне.
Процесс сервисного обслуживания и время текущего ремонта изоляции сокращается не менее чем в два раза, по сравнению с керамическими одеялами.
Литература
1. Багиров И.Т. Современные установки первичной переработки нефти. М.: Химия, 1974. 240 с.
2. Владимиров А. И. Установки каталитического риформинга. М.: Нефть и газ, 1993. 60 с.
3. Земляной К.Г. Служба огнеупоров. Екатеринбург: Изд-во Уральского ун-та, 2018. 172 с.
4. Капустин В.М., Рудин М.Г., Кукес С.Г. Справочник нефтепереработчика. М.: Химия, 2018. 416 с.
5. Ахметов С.А., Сериков Т.П., Кузеев И.Р., Баязитов М.И. Технология и оборудование процессов переработки нефти и газа. СПБ: Недра, 2006. 868 с.
6. Leiser D.B., Smith М., Stewart D.A., Goldstein H.E. Ceram. Eng. and Sci. Proco. 1983. № 7, р. 551.
7. Mc. Cormick M.J., Advam Ceram. Mater. 1988. v. 3, № 4, р. 317.
8. Кац С. М. Высокотемпературные теплоизоляционные материалы. М.: Металлургия, 1981. 232 с.
9. Бабашов Е.Г. Гибкие высокотемпературные изоляционные материалы на основе муллитокорундовых волокон: Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. М.: 2015. 147 с.
10. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. Под ред. Лыкова А.Б. М.: Энергия, 1976. 392 с.
References
1. Bagirov I.T. Sovremennyye ustanovki pervichnoy pererabotki nefti [Modern primary oil refining plants]. M.: Khimiya, 1974. 240 р.
2. Vladimirov A. I. Ustanovki kataliticheskogo riforminga [Catalytic reforming plants]. M.: Neft' i gaz, 1993. 60 р.
3. Zemlyanoj K.G. Sluzhba ogneuporov [Refractories service]. Ekaterinburg: Izd-vo Ural'skogo un-ta, 2018. 172 р.
4. Kapustin V.M., Rudin M.G., Kukes S.G. Spravochnik neftepererabotchika [Petroleum Refiner's Handbook]. M.: Khimiya, 2018. 416 р.
5. Akhmetov S.A. Serikov T.P., Kuzeev I.R., Bayazitov M.I.. Tekhnologiya i oborudovaniye protsessov pererabotki nefti i gaza [Technology and equipment of oil and gas processing processes]. SPB: Nedra, 2006. 868 р.
6. Leiser D.B., Smith M., Stewart D.A., Goldstein H.E. Ceram. Eng. and Sci. Proco. 1983. № 7, p. 551.
7. Mc. Cormick M.J., Advam Ceram. Mater. 1988. v. 3, № 4, p. 317.
8. Kats S. M. Vysokotemperaturnyye teploizolyatsionnyye materialy [High-temperature thermal insulation materials]. M.: Metallurgiya, 1981. 232 p.
9. Babashov E.G. Gibkiye vysokotemperaturnyye izolyatsionnyye materialy na osnove mullitokorundovykh volokon [Flexible high-temperature insulation materials based on mullitocorundum fibers]: Dissertatsiya na soiskaniye uchenoy stepeni k.t.n. M.: 2015. 147 p.
10. Polezhayev YU.V., Yurevich F.B. Teplovaya zashchita [Thermal protection]. Pod red. Lykova A.B. M.: Energiya, 1976. 392 p.
