Футеровка канала дымовых газов вертикальной многокамерной радиантно-конвекционной печи
Изобретение относится к конструктивным элементам трубчатых печей нефтеперерабатывающей промышленности, а именно к конструкции футеровки канала дымовых газов вертикальной многокамерной радиантно-конвекционной печи, используемой в установках каталитического риформинга, гидроочистки и ароматизации. Конструкция содержит вертикальные стены: внутреннюю, контактирующую с рабочим пространством радиантных камер печи и имеющую отверстия для прохода дымовых газов, и наружную, расположенную со стороны кожуха печи, выполненные из порядно уложенных вперевязку и с температурными швами шипованных огнеупорных изделий и содержащие со стороны канала зеркально расположенные выступающие ряды опорных изделий, размещенные один под другим по высоте канала, соединительные перегородки выполнены из огнеупорных фасонных элементов, смонтированных на выступающих рядах, образующие горизонтальные туннели канала; и теплоизоляцию, примыкающую к кожуху. Новым является то, что каждый элемент перегородок выполнен в виде двух огнеупорных фасонных изделий, установленных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга по вертикальной оси канала при термическом расширении стен футеровки и связанных между собой посредством Г-образных выступов, выполненных на концах изделий, обращенных в сторону оси канала и вмонтированных в вертикальные стены другими шипованными концами, уложенными на опорные скошенные изделия выступающего ряда, наружная стена выполнена привязанной к кожуху с возможностью перемещения по вертикальной оси канала при термическом расширении футеровки посредством последовательно контактирующих друг с другом фасонных изделий с отверстиями, рядами размещенных в футеровке наружной стены с интервалом в 6-9 рядов, скоб, одним концом установленных в отверстие изделия, а другим - в отверстие уголка, приваренного к кожуху; причем все изделия футеровки выполнены уложенными всухую, с вертикальными температурными швами между каждым изделием. При этом наружная и внутренняя вертикальные стены с вмонтированными в них огнеупорными фасонными изделиями перегородок выполнены из материалов с различным коэффициентом линейного термического расширения, большим у наружной стены. Изобретение направлено на повышение стойкости футеровки канала дымовых газов путем повышения ее строительной прочности при термическом расширении. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к конструктивным элементам трубчатых печей нефтеперерабатывающей промышленности, а именно к конструкции футеровки канала дымовых газов вертикальной многокамерной радиантно-конвекционной печи, используемой в установках каталитического риформинга, гидроочистки и ароматизации.
Известна футеровка канала дымовых газов многокамерной радиантно-конвекционной печи, включающая вертикальный стены: внутреннюю, контактирующую с рабочим пространством радиантных камер печи и имеющую отверстия для прохода дымовых газов, и наружную, расположенную со стороны кожуха печи, соединительные перегородки, образующие горизонтальные туннели канала. При этом вертикальные стены канала и связывающие их перегородки выполнены из шамотных огнеупорных изделий (Ентус Н.Р., Шарихин В.В. Трубчатые печи в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Москва, Химия, 1987, с.14-17, рис. 1-7).
Известная футеровка имеет низкую строительную прочность вследствие разрушения соединительных перегородок при термическом расширении футеровки стен. Кроме того, футеровка содержит большое количество типоразмеров шамотных изделий, что усложняет ее изготовление и ремонт.
Наиболее близким аналогом является футеровка канала дымовых газов вертикальной многокамерной радиантно-конвекционной печи, включающая вертикальные стены: внутреннюю, контактирующую с рабочим пространством радиантных камер печи и имеющую отверстия для прохода дымовых газов, и наружную, расположенную со стороны кожуха печи, выполненные из порядно уложенных вперевязку и с температурными швами шипованных огнеупорных изделий и содержащие со стороны канала зеркально расположенные выступающие ряды опорных изделий, размещенные один под другим по высоте канала; соединительные перегородки, выполненные из огнеупорных фасонных элементов, смонтированных на выступающих рядах, образующие горизонтальные туннели канала; и теплоизоляцию, примыкающую к кожуху печи. При этом каждый из элементов соединительных перегородок имеет форму параллелепипеда с утолщенными шаровидными концами, зажатыми в футеровке вертикальных стен канала. Огнеупорные изделия футеровки канала уложены на мертеле, а вертикальные температурные швы выполнены через 4 м у межкамерных стен печи. Вся футеровка изготовлена из шамотных огнеупоров. Теплоизоляция, примыкающая к кожуху печи, выполнена дискретно из диатомитовых изделий в сочетании с засыпкой. Наружная стена канала не привязана к кожуху печи (черт. 114016 и 114024. Рабочий проект. Печь вертикальная многокамерная радиантно-конвекционная, Q=18,5 млн ккал/час. Ленгипрогаз, г.Ленинград, 1960).
Известная конструкция футеровки канала дымовых газов имеет низкую стойкость вследствие недостаточной строительной прочности при термическом расширении футеровки. Это обусловлено неравномерностью термического расширения внутренней и наружной стен, выполненных из однородного по составу материала как по высоте, так и по сечению. При температурах рабочего пространства радиантных камер печи 1000-1200°С средняя температура стен различается на 300-400°С. При высоте канала более 10 м внутренняя стена увеличивается на 70-90 мм, а наружная - на 50-60 мм. В связи с этим элементы соединительных перегородок занимают наклонное положение, стягивая стены между собой. Процесс углубляется при быстром и неравномерном нагреве. За счет больших нагрузок на изгиб зажатые в стенах элементы перегородок скалываются, что является причиной потери связи между стенами и нарушения целостности горизонтальных каналов.
Вместе с тем, неравномерное распределение температур по сечению вертикальных стен обуславливает большее расширение внутренней стены со стороны рабочего пространства камер, а наружной - со стороны дымового канала, что приводит к выпучиванию стен в указанном направлении.
Кроме того, строительная прочность футеровки канала дымовых газов снижается также за счет неравномерного сдвига соединительных перегородок при термическом расширении вертикальных стен в сторону температурных швов, расположенных у торцов межкамерных стен.
Помимо указанного, деформации футеровки канала при периодическом охлаждении и нагреве печи способствует наличие в швах огнеупорного мертеля, который не спекается при рабочих температурах, осыпается и оказывает расклинивающее действие на огнеупорные изделия.
Кроме того, разрушение соединительных перегородок, выпучивание наружной стены в сторону канала и дискретная теплоизоляция приводят к отклонению наружной стены от кожуха и прососу дымовых газов между футеровкой и кожухом печи, в результате чего деформируются металлические конструкции печи.
Задачей изобретения является повышение стойкости футеровки канала дымовых газов вертикальной многокамерной радиантно-конвекционной печи.
Технический результат, который может быть достигнут при использовании изобретения, заключается в повышении строительной прочности футеровки канала при ее термическом расширении.
Указанный технический результат достигается тем, что в футеровке канала дымовых газов вертикальной многокамерной радиантно-конвекционной печи, включающей вертикальные стены: внутреннюю, контактирующую с рабочим пространством радиантных камер печи и имеющую отверстия для прохода дымовых газов, и наружную, расположенную со стороны кожуха печи, выполненные из порядно уложенных вперевязку и с температурными швами шипованных огнеупорных изделий и содержащие со стороны канала зеркально расположенные выступающие ряды опорных изделий, размещенные один под другим по высоте канала; соединительные перегородки, выполненные из огнеупорных фасонных элементов, смонтированных на выступающих рядах, образующие горизонтальные туннели канала; и теплоизоляцию, примыкающую к кожуху печи, согласно изобретению каждый из элементов перегородок выполнен в виде двух огнеупорных фасонных изделий, установленных с возможностью независимого перемещения друг относительно друга по вертикальной оси канала при термическом расширении стен футеровки, и связанных между собой посредством Г-образных выступов, выполненных на концах изделий, обращенных в сторону оси канала и вмонтированных в вертикальные стены другими шипованными концами, уложенными на опорные скошенные изделия выступающего ряда; наружная стена выполнена привязанной к кожуху с возможностью перемещения по вертикальной оси канала при термическом расширении футеровки посредством последовательно контактирующих друг с другом фасонных изделий с отверстиями, рядами размещенных в футеровке наружной стены с интервалом в 6-9 рядов, скоб, одним концом установленных в отверстие изделия, а другим - в отверстие уголка, приваренного к кожуху; причем все огнеупорные изделия футеровки выполнены уложенными всухую, с вертикальными температурными швами между каждым изделием, при этом наружная и внутренняя вертикальные стены с вмонтированными в них огнеупорными фасонными изделиями перегородок выполнены из материалов с различным коэффициентом линейного термического расширения (КЛТР), большим у наружной стены.
Предлагаемое выполнение элементов соединительных перегородок в виде двух огнеупорных фасонных изделий, установленных с возможностью независимого перемещения относительно друг друга по вертикальной оси канала, обеспечивает независимое перемещение стен по вертикали при термическом расширении футеровки. Каждое из фасонных изделий перегородок, вмонтированное в одну из стен шипованным концом, перемещается при расширении вместе со стеной, причем его Г-образный выступ, расположенный на другом конце изделия, скользит вдоль аналогичного выступа второго изделия перегородки. Таким образом, исключается перекос перегородок, предотвращается скалывание их элементов и сохраняется целостность горизонтальных каналов.
Привязка наружной стены к кожуху печи с возможностью перемещения по вертикальной оси канала при термическом расширении футеровки не позволяет стене отходить от кожуха при работе печи, сдерживает выпучивание стены в сторону канала и, при сохранении целостности соединительных перегородок, предотвращает разрушение и внутренней стены при ее расширении по сечению канала. При нагреве футеровки фасонные изделия с отверстиями, расширяясь, перемещаются по вертикали вместе со стеной, увлекая за собой установленные в отверстия скобы, при этом другие концы скоб перемещаются по вертикали в отверстиях уголков, приваренных к кожуху. Таким образом, связь между кожухом, наружной и внутренней вертикальными стенами при их термическом расширении сохраняется, обеспечивая повышение строительной прочности футеровки канала при работе печи.
Размещение фасонных изделий с отверстиями рядами в футеровке наружной стены через 6-9 рядов позволяет осуществить надежную связь между стеной и кожухом по всей поверхности контакта. Увеличение интервала между рядами более 9 рядов не обеспечивает надежной привязки стены к кожуху, что может вызвать деформацию некоторых участков стен при термическом расширении. Сокращение интервала между рядами менее 6 рядов излишне и не приносит дополнительного эффекта.
Укладка изделий всухую, без использования огнеупорного мертеля для связывания изделий, исключает причину возникновения расклинивающих воздействий в швах футеровки и сдвиг изделий в процессе эксплуатации. Скрепление изделий футеровки посредством шипов является достаточным для осуществления надежной работы печи.
Наличие вертикальных температурных швов между изделиями позволяет расширяться при нагревании каждому изделию без сдвига футеровки, при этом швы между изделиями закрываются, обеспечивая газоплотность футеровки. Вертикальные стены канала не сдвигаются в сторону межкамерных стен, благодаря чему исключается горизонтальное смещение соединительных перегородок, что способствует повышению строительной прочности футеровки канала.
Выполнение наружной и внутренней стен с вмонтированными в каждую из них изделиями соединительных перегородок из материалов с различным КЛТР, большим у наружной стены, позволяет выровнять термическое расширение стен при нагревании футеровки, что также повышает ее строительную прочность.
Согласно изобретению наружная вертикальная стена с вмонтированными в нее огнеупорными фасонными изделиями перегородок выполнена из муллитокремнеземистых огнеупорных изделий (КЛТР* 8,3 мм/м), а внутренняя вертикальная стена с соответствующими изделиями перегородок - из шамотных огнеупорных изделий (КЛТР* 5,3 мм/м).
Предусмотрено также согласно изобретению выполнение наружной вертикальной стены с вмонтированными в нее огнеупорными фасонными изделиями перегородок из полукислых огнеупорных изделий (КЛТР* 7,6 мм/м), а внутренней вертикальной стены с соответствующими изделиями перегородок - из шамотных огнеупорных изделий (значение КЛТР приведено выше).
(* Справочник огнеупорные бетоны. Москва, Металлургия, 1982, с.115, 119, 124).
Выравнивание термического расширения внутренней и наружной стен с изделиями перегородок позволяет максимально приблизить конфигурацию сечения горизонтального туннеля при термическом расширении к проектному.
Кроме того, согласно изобретению теплоизоляция между наружной вертикальной стеной и кожухом печи выполнена сплошным слоем из керамовермикулитовой массы.
Наличие сплошного слоя теплоизоляции исключает просос дымовых газов между футеровкой и кожухом печи и отклонение вследствие этого наружной стены от кожуха, обеспечивает выравнивание температуры кожуха, не допуская перегрева металлических конструкций. Вместе с тем, использование керамовермикулитовой массы с прочностью до 0,5 Н/мм2 для изготовления слоя теплоизоляции не создает особых препятствий при движении скоб при термическом расширении футеровки.
Таким образом, предлагаемая совокупность конструктивных признаков позволяет повысить строительную прочность футеровки канала дымовых газов при ее термическом расширении, а следовательно, повысить ее стойкость при эксплуатации печи.
Изобретение поясняется чертежами:
фиг.1 - поперечное сечение А-А канала дымовых газов с фиг.2;
фиг.2 - продольный разрез Б-Б с фиг.1;
фиг.3 - узел В с фиг.1 (фрагмент поперечного сечения А-А);
фиг.4 - поперечный разрез Г-Г с фиг.1;
фиг.5 - узел Д с фиг.3.
Футеровка канала дымовых газов по изобретению включает вертикальные стены: внутреннюю 1 и наружную 2 (фиг.1). Внутренняя стена 1 контактирует с рабочим пространством радиантных камер 3 печи и имеет отверстия 4 (фиг.2) для прохода дымовых газов. Наружная стена 2 расположена со стороны кожуха 5. Вертикальные стены 1 и 2 выполнены из порядно уложенных вперевязку шипованных огнеупорных изделий 6 (фиг.3) и содержат со стороны канала зеркально расположенные выступающие ряды 7 опорных изделий 8, размещенные один под другим по высоте канала. На выступающих рядах 7 смонтированы соединительные перегородки 9, образующие горизонтальные туннели 10 канала, попарно сообщающиеся между собой через отверстия 11 в соединительных перегородках 9 и связанные с конвекционной камерой печи (на чертеже не показана). Перегородки выполнены из огнеупорных фасонных изделий 12 и 13 с Г-образными выступами на концах, обращенных в сторону канала, которыми они соединены между собой (фиг.4). Другой конец каждого из фасонных изделий 12 и 13 выполнен с шипами 14, которыми он соединяется с изделиями 6 и скошенными опорными изделиями 8. Огнеупорные фасонные изделия 12 и 13 перегородок могут независимо смещаться друг относительно друга по вертикальной оси канала при термическом расширении стен 1 и 2. Наружная стена 2 содержит со стороны кожуха 5 ряды 15 огнеупорных фасонных изделий 16 с отверстием 17, размещенные через 6-9 рядов. На кожухе 5 с внутренней стороны приварены горизонтальные уголки 18 с отверстиями 19 (фиг.5). Скобы 20, один конец которых находится в отверстии 17 фасонных изделий 16, а другой - свободно установлен в отверстии 19 уголков 18, обеспечивают привязку наружной стены 2 к кожуху 5 с возможностью перемещения по вертикальной оси канала при термическом расширении футеровки. Все изделия футеровки уложены всухую, без применения огнеупорного мертеля. Вертикальные температурные швы 21 (фиг.4) выполнены между каждым изделием футеровки, включая изделия 6, 8, 12, 13, 16. Наружная стена 2, содержащая изделия 6, 8 и 16, и вмонтированные в нее изделия 13 перегородок выполнены из огнеупорного материала с более высоким КЛТР, чем внутренняя стена 1, содержащая изделия 6 и 8, и вмонтированные в нее изделия 12 перегородок. В частности, стена 1 и изделия 12 перегородок - из шамотных огнеупоров, а стена 2 и изделия 13 перегородок - из муллитокремнеземистых или полукислых огнеупоров. Между стеной 2 и кожухом 5 имеется сплошной слой теплоизоляции 22 из керамовермикулитовой массы.
Футеровка канала дымовых газов по изобретению работает следующим образом. Дымовые газы из рабочего пространства радиантных камер 3 проходят через отверстия 4 в стене 1 и распределяются по туннелям 10, в том числе и через отверстия 11 в перегородках 9, обеспечивая равномерную температуру по сечению камер 3. Далее дымовые газы следуют в конвекционную камеру. Футеровка канала нагревается дымовыми газами, происходит термическое расширение изделий 6, 8, 12, 13 и 16 и удлинение футеровки канала по высоте. Вследствие разницы температур по сечению стен их расширение по вертикали приводит к смещению Г-образных выступов изделий 12 и 13 перегородок 9 относительно друг друга, то есть осуществляется независимое удлинение стен без разрушения перегородок. В процессе перемещения стен по вертикали скобы 20, установленные в отверстиях 17 изделий 16, поднимаются вместе со стеной, скользя другими концами в отверстиях 19 уголков 18. При этом непрочный слой теплоизоляции 22 из керамовермикулита не создает особых препятствий движению скоб. Размещение изделий 16 рядами 15 в футеровке наружной стены через 6-9 рядов обеспечивает равномерность привязки стены 2 к кожуху 5. Одновременно с удлинением стен по высоте канала происходит расширение футеровки по сечению и длине канала. Каждый из Г-образных выступов изделий 12 и 13 смещается в сторону противолежащей стены, при этом связь между изделиями 12 и 13 не теряется и целостность перегородок сохраняется. Скобы 20 не позволяют наружной стене отходить от кожуха 5, а благодаря целостности перегородок 9 сдерживается выпучивание внутренней стены 1 в сторону камер 3. Расширение футеровки по длине канала приводит к закрытию швов 21 между изделиями, что повышает газоплотность футеровки и исключает горизонтальный перекос перегородок 9. В процессе работы печи изделия 12 и 13 перегородок прочно закреплены в футеровке соответствующих стен благодаря шипам 14, контактирующим с шипованными изделиями 6 и опорными 8 выступающих рядов 7. Величины термического расширения стен выравниваются за счет использования для их изготовления, а также вмонтированных в них изделий перегородок, материалов с различным КЛТР, большим у стены 2 и изделий 13. Сплошной слой теплоизоляции 22 не допускает прососа дымовых газов к кожуху 5.
Осуществление изобретения подтверждается следующими примерами выполнения.
Пример 1. Изготовлена футеровка канала дымовых газов вертикальной многокамерной радиантно-конвекционной печи. Габаритные размеры футеровки канала: высота - 10325 мм; длина - 16236 мм; ширина - 1365 мм; ширина туннеля канала - 560 мм; высота туннеля - 1558 мм; количество туннелей по высоте канала - 6.
Внутренняя стена, контактирующая с камерами, выполнялась из шамотных огнеупорных изделий марки ББШФ-28 (ТУ 14-8-479-84), а наружная стена - из муллитокремнеземистых изделий марки ББМКФ-45 (ТУ 14-8-479-84). Кладка стен производилась порядно вперевязку с выполнением температурных швов толщиной 2 мм между каждым изделием. Укладка изделий осуществлялась всухую, без применения огнеупорного мертеля, скрепление изделий между собой производилось посредством шипов. Через 15 рядов кладки со стороны канала укладывались выступающие ряды опорных скошенных изделий, на которых монтировались фасонные изделия соединительных перегородок с Г-образным выступом на конце. Изделие перегородки, вмонтированное в противоположную стену, укладывалось в перевернутом положении таким образом, чтобы связь между изделиями перегородки осуществлялась посредством их Г-образных выступов. Для кладки были использованы фасонные изделия перегородок двух составов, соответствующих составам изделий стен. При этом изделия перегородки, вмонтированные во внутреннюю стену, были выполнены шамотными, а в наружную стену - муллитокремнеземистыми. Была произведена привязка наружной стены к кожуху. Для этой цели к поверхности кожуха были приварены горизонтальные уголки с отверстиями диаметром 12 мм, а в наружную стену уложены через 9 рядов фасонные изделия с отверстием диаметром 12 мм. Привязка осуществлялась посредством скоб диаметром 10 мм, установленных в отверстия фасонных изделий и уголков. Зазор между наружной стеной и кожухом засыпали керамовермикулитовой массой, которую уплотняли вручную в два раза по объему. Плотность слоя теплоизоляции после сушки составляла 400-500 кг/м3.
Пример 2. Изготовлена футеровка канала дымовых газов вертикальной многокамерной радиантно-конвекционной печи. Габаритные размеры футеровки и условия реализации кладки канала те же, что в примере 1, за исключением следующего. Наружная стена и вмонтированные в нее части перегородок выполнялись из полукислых огнеупорных изделий (ГОСТ 390-83). Другой особенностью явилась привязка наружной стены к кожуху, выполненная через 6 рядов кладки.
По истечении одного года эксплуатации печи был произведен визуальный осмотр той и другой футеровки, который показал, что в обоих случаях наружная и внутренняя стены сохранили свою вертикальность. Выпучивания футеровки в сторону камер не наблюдается. Соединительные перегородки находятся в хорошем состоянии. Температура на кожухе на 10-20% превышает температуру воздуха, что свидетельствует об отсутствии прососа дымовых газов через наружную стену. Эксплуатация печи в течение года показала высокую строительную прочность футеровки.
Таким образом, использование изобретения позволит повысить стойкость футеровки канала дымовых газов за счет повышения строительной прочности при ее термическом расширении.
1. Футеровка канала дымовых газов вертикальной многокамерной радиантно-конвекционной печи, включающая вертикальные стены: внутреннюю, контактирующую с рабочим пространством радиантных камер печи и имеющую отверстия для прохода дымовых газов, и наружную, расположенную со стороны кожуха печи, выполненные из порядно уложенных вперевязку и с температурными швами шипованных огнеупорных изделий и содержащие со стороны канала зеркально расположенные выступающие ряды опорных изделий, размещенные один под другим по высоте канала; соединительные перегородки, выполненные из огнеупорных фасонных элементов, смонтированных на выступающих рядах, образующие горизонтальные туннели канала; и теплоизоляцию, примыкающую к кожуху печи, отличающаяся тем, что каждый из элементов перегородок выполнен в виде двух огнеупорных фасонных изделий, установленных с возможностью независимого перемещения друг относительно друга по вертикальной оси канала при термическом расширении стен футеровки, и связанных между собой посредством Г-образных выступов, выполненных на концах изделий, обращенных в сторону оси канала и вмонтированных в вертикальные стены другими шипованными концами, уложенными на опорные скошенные изделия выступающего ряда; наружная стена выполнена привязанной к кожуху с возможностью перемещения по вертикальной оси канала при термическом расширении футеровки посредством последовательно контактирующих друг с другом фасонных изделий с отверстиями, рядами размещенных в футеровке наружной стены с интервалом в 6-9 рядов, скоб, одним концом установленных в отверстие изделия, а другим - в отверстие уголка, приваренного к кожуху; причем все огнеупорные изделия футеровки выполнены уложенными всухую, с вертикальными температурными швами между каждым изделием, при этом наружная и внутренняя вертикальные стены с вмонтированными в них огнеупорными фасонными изделиями перегородок выполнены из материалов с различным коэффициентом линейного термического расширения, большим у наружной стены.
2. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что наружная вертикальная стена с вмонтированными в нее огнеупорными фасонными изделиями перегородок выполнены из муллитокремнеземистых огнеупорных изделий, а внутренняя вертикальная стена с соответствующими изделиями перегородок - из шамотных огнеупорных изделий.
3. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что наружная вертикальная стена с вмонтированными в нее огнеупорными фасонными изделиями перегородок выполнены из полукислых огнеупорных изделий, а внутренняя вертикальная стена с соответствующими изделиями перегородок - из шамотных огнеупорных изделий.
4. Футеровка по п.1, отличающаяся тем, что теплоизоляция между наружной вертикальной стеной и кожухом печи выполнена сплошным слоем из керамовермикулитовой массы.
