О вреде экономии на паровой завесе печей. Учебное пособие.Основное оборудование НПЗ. И. Р. Кузеев, Р. Б. Тукаева Противоаварийная защита технологических печей
Непрерывный огневой процесс имеет явно выраженный поточный характер.
Большое значение огневых процессов в народном хозяйстве СССР требует всестороннего их изучения с целью определения более совершенных методов управления этими процессами.
В лаборатории циклонных огневых процессов МВТУ в 1962 - 1963 гг. был проведен ряд опытов по плавлению материалов, различных по температурам их жидкоплав-кого состояния.
Печи с открытым огневым процессом должны быть снабжены устройством для создания вокруг них паровой завесы с тем, чтобы изолировать их от газовой среды при авариях в прилегающих к ним наружных установках или зданиях.
Для лучшей организации огневого процесса это бывает необходимо в целях раз-рития удельной суммарной поверхности, приходящейся на единицу объема топливно-воздушной смеси. Таким образом, облегчается и ускоряется процесс газификации частиц, имеющий гетерогенный характер; это в равной мере относится как к летучим, так и к коксу.
Расстояния до установок с огневыми процессами, размещенных вне зданий, должны приниматься в 1 5 раза более указанных.
Для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды при авариях на наружных установках или в зданиях печи должны быть оборудованы паровой завесой, включающейся автоматически. При включении завесы должна срабатывать сигнализация.
Для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды при авариях на наружных установках пли зданиях, печи должны быть обеспечены устройством для паровой завесы ц подводом пара к топкам печей.
Для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды при авариях на наружных установках или зданиях, печи должны быть обеспечены устройством для паровой завесы и подводом пара к топкам печей.
Для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды при авариях на наружных установках или в зданиях печи должны быть оборудованы паровой завесой, включающейся автоматически и (или) дистанционно. При включении завесы должна срабатывать сигнализация.
Несмотря на то, что огневые процессы в своей простейшей форме стали известны человеку с момента открытия и использования огня, они вследствие большой сложности во многом не расшифрованы до настоящего времени.
Развиваемые точки зрения на ход огневого процесса приводят к утверждению, не противоречащему и старой трактовке, что процесс этот развивается зонально и что каждая из последовательных зон выполняет в нем свою служебную роль.
Горение и газификацию необходимо рассматривать как единый огневой процесс.
Несмотря на наличие в печном цехе огневых процессов, электрооборудование, проводку и осветительную арматуру в этом цехе следует применять во взрывозащищенном исполнении.
При переходе на обычный уровень температур огневого процесса кривые смесеобразования резко отстают от кинетической кривой (диффузионная область) и не в состоянии использовать потенциальные возможности самой химической реакции.
Расстояния до цехов и установок с огневыми процессами, размещенных вне зданий, должны приниматься в 1 5 раза больше указанных.
Процессы горения и газификации иначе именуются огневыми процессами.
Расстояние до цехов и установок с огневыми процессами, размещенных вне зданий, должны приниматься в 1 5 раза более указанных.
Расстояния до цехов и установок с огневыми процессами, размещенных вне зданий, должны приниматься в 1 5 раза более указанных.
Для обезвоживания сточных вод и растворов используются огневые процессы, на основе которых разработаны различного рода печи.
Станции технического обслуживания, если в них предусматриваются огневые процессы, например сварка и пайка при ремонте аппаратуры и баллонов, должны быть расположены на расстоянии не менее 30 м от газораздаточных колонок п емкостей.
Горение и превращение топлива в газ рассматриваются как единый огневой процесс.
Пытаясь изложить сложную совокупность явлений, представляющих физическую сущность огневых процессов, средствами, доступными и читателю, не вполне подготовленному к кругу рассматриваемых вопросов, автор старается постепенно усилить и те средства, при помощи которых можно было бы перейти от популярных форм изложения материала к восприятию обычной технической литературы, если проблематика, рассматриваемая в этой книге, заинтересует читателя в достаточной мере. С этой целью, помимо подстрочных примечаний обычного характера, в конце книги даются необходимые или желательные по ходу изложения дополнительные пояснения, направленные к тому, чтобы напомнить забытые или недостаточно четко воспринятые физические понятия и определения.
Для решения этой задачи было использовано проводившееся в лаборатории циклонных огневых процессов МВТУ им.
Расстояния от резервуаров вместимостью менее 500м до цехов и установок с огневыми процессами следует принимать на 30 % более указанных в таблице.
Расстояние от резервуаров объемом менее 500 м до цехов и установок с огневыми процессами следует принимать на 30 % более указанных.
Приведенные примеры расчетов показывают, что новый метод базируется на правильной физической сущности огневых процессов. В настоящее время известны много-яисленные случаи успешного применения метода М. Б. Равича непосредственно в промышленной практике.
Приведенные примеры расчетов показывают, что новый метод базируется на правильной физической сущности огневых процессов. В настоящее время известны многочисленные случаи успешного применения метода М. Б. Равича непосредственно в промышленной практике.
Установка баллонов против топочных дверок отопительных печей и дверок других отопительных установок с огневыми процессами недопустима.
Вместе с тем автор делает еще одну попытку систематизировать многие детали представлений об огневых процессах, которые пока еще не получили общего признания и разбросаны в различных примечаниях или попутных высказываниях.
Опасности, возникающие при эксплуатации установки пиролиза метана и очистки сажи, связаны с проведе нием огневых процессов, подогревом горючих газов до высокой температуры, работой с нагретыми взрывоопасными газовыми смесями, а также с использованием концентрированного кислорода.
При горении жидкого топлива отдельные частицы его, окруженные свободной воздушной средой, прохоДят в огневом процессе стадию испарения, а затем горения. Под воздействием внешнего тепла или создаваемой вокруг них собственной огневой оболочки они испаряются, молекулы паров, перегреваясь, расщепляются и вступают в стадию истинного смесеобразования с молекулами газообразного окислителя, входя с ними в реакцию горения. Вследствие резкого увеличения объема горючего материала, вокруг частицы образуется сфера газифицированного топлива, вытесняющая воздух и не дающая ему доступа к поверхности испаряющейся жидкой капли. Тщательные фотофиксации показывают, что стехио-метрическая зона горения имеет радиус, превышающий радиус самой капли в 10 - 15 раз. Таким образом, горение возникает уже в объеме, в зоне образования истинной горючей смеси (даже в среде чистого воздуха), и весь внутренний объем такой огневой оболочки занят чисто газификационным процессом. Толщина самой огневой оболочки весьма мала и приближается к геометрической поверхности при горении однородных, отдельных углеводородов и может значительно увеличиться при горении смешанных (нефракционированных) углеводородов.
В практике проектирования, эксплуатации и испытания топочных устройств пользуются итоговыми характеристиками, описывающими количественную сторону огневого процесса. К этим характеристикам относятся: мощность топки, форси-ровка топочного устройства, удельная нагрузка топочного объема.
В практике проектирования, эксплуатации и испытания топочных устройств пользуются итоговыми величинами, количе - ственно характеризующими огневой процесс.
Следует напомнить, что до этого ни один космонавт еще не имел дело с расплавленным металлом и вообще с огневым процессом на космическом корабле.
Каким должно быть минимальное расстояние от надземных резервуаров для хранения сжиженных газов, размещенных на ГНС, до вспомогательных зданий без огневых процессов.
Прием охлаждения стенок топочной камеры, если они недостаточно огнеупорны, при помощи защитных слоев воздуха, непосредственно не участвующих в огневом процессе, весьма нередко применяется и в промышленных топочных устройствах, что особенно охотно делается в сильно форсированных топочных устройствах того или иного специального назначения.
Каким должно быть шнималъное расстояние от подземных резерву аров для хранена сжияегных газов, размещенных на ГНС, до вспомогательных адзний без огневых процессов.
Основной особенностью производств стирола и метилстирола является низкий нижний предел взрываемости продуктов этих производств в смеси С воздухом при наличии в печных цехах производств огневого процесса.
Учитывая, что резервные топливные хозяйства должны обеспечивать бесперебойную работу топливопотребляющих агрегатов в аварийных ситуациях, одной из важнейших их характеристик является скорость переключения всех огневых процессов на резервное топливо. В этом отношении мазут имеет бесспорное преимущество по сравнению с углем. Значительно большие сроки требуются для перевода на уголь разного рода работающих на газе промышленных печей. Не говоря уже о том, что ряд конструкций промышленных печей вообще не допускает перевода на твердое топливо.
Переработка медных руд по этому способу заключается в обжиге концентратов, плавке огарка на штейн Ci S, продувке штейна в конверторе на черновую медь (продукт, содержащий 95 - 98 % Си), рафинировании черновой меди огневым процессом или электролизом.
Переработка медных руд по этому способу заключается в обжиге концентратов, плавке полученного огарка на штейн (сплав сульфидов меди и железа), продувке штейна в конверторе с получением черновой меди (содержащей около 5 % примесей), рафинировании черновой меди огневым процессом или электролизом для получения чистой меди.
На основе теоретических и экспериментальных исследований им и его учениками созданы принципиально новые технологические процессы и технические средства с применением взрывчатых веществ, обеспечивающие пожарную и экологическую безопасность, сокращение простоя перекачки нефти и продукции ее переработки, гарантированную безопасность, сокращение времени выполнения работ при реконструкции, плановых и аварийных ремонтах на предприятиях топливно-энергетического комплекса и других отраслей экономики более чем в 40 раз за счет замены огневых процессов сварки и резки на процессы с использованием кумулятивных зарядов. В 1980 г. за комплекс работ по применению энергии взрыва в созидательных целях он награжден дипломом ГКНТ. Им получены новые научные знания в оценке степени старения трубных сталей, дано научное объяснение причин аварийного разрушения трубопроводов, выявлен механизм внутритрубной коррозии трубопроводов, транспортирующих нефть и нефтепродукты.
Оба этих процесса можно условно отнести к числу горячих. Первый - огневой процесс, протекает при высокой температуре топлива, сгорающего в топке, и достаточно высокой температуре продуктов сгорания. Неправильное, небрежное ведение отдельных процессов, нарушение режимов, а также технических условий и правил может привести к несчастным случаям, взрывам в топках и газоходах, а иногда к разрушениям топки, обмуровки всей установки котельного здания.
Сложность природы процессов горения затрудняет изучение этих явлений как теоретическим, так и экспериментальным методами. Несмотря на то, что огневые процессы в простейшей форме стали известны человеку с открытием и использованием огня, они в ряде случаев не изучены вплоть до настоящего времени.
Нагревание пламенем и топочными газами относится к числу наиболее известных и давно применяемых способов нагрева. Этот способ не потерял своего значения и в настоящее время, так как позволяет осуществлять нагревание до высоких температур от 1000 до 1100 о С.
Наиболее часто топочные газы используют для нагрева промежуточных теплоносителей. Так, в котельных получают горячую воду и водяной пар, которые затем используются в теплообменной аппаратуре в качестве теплоносителей.
Однако открытое пламя и топочные газы часто используют непосредственно для нагрева горючих веществ, например в процессах перегонки нефти, крекинга, пиролиза, гидроочистки углеводородов, разгонки смол, переработки растительных масел и в других процессах.
Нагревание это осуществляется в специальных печах, в которых сжигается твердое, жидкое или газообразное топливо.
Чаще всего для этих целей используется жидкое и газообразное топливо.
Теплота сгорания передается поверхности теплообмена лучеиспусканием и конвекцией. Теплообменная поверхность в печах обычно выполняется в виде пучков труб, соединенных коллекторами, или в виде непрерывного змеевика.
Такие печи носят название трубчатых печей.
Трубчатые печи широко применяются в нефтеперерабатывающей, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.
Устройство печи, с. 196-199.
Камера А называется радиантной, так как в ее пространстве передача тепла осуществляется главным образом радиацией за счет теплового излучения пламени, горючих продуктов горения и раскаленных поверхностей стенок печи.
Камера Б называется конвекционной, так как в ее пространстве передача тепла от топочных (дымовых) газов осуществляется в основном конвекцией.
Каркас трубчатой печи обычно изготовляется из стали и воспринимает на себя нагрузку основных элементов печи и температурных напряжений. Кирпичная кладка выполняется трехслойной: наружный слой выкладывается из красного кирпича, средний слой – из теплоизоляционного кирпича, внутренний слой – из огнеупорного кирпича.
Радиационная (радиантная) камера – это топка. В ней находятся главные горелки или форсунки для сжигания газа или жидкости. Количество горелок зависит от мощности печи, ее назначения, нагреваемого продукта и используемого топлива (бывает 16 и более горелок или форсунок)
Теплообменная поверхность образуется трубами, внутри которых движется нагреваемый продукт. Снаружи трубы обогреваются пламенем и продуктами горения топлива.
Более современными являются трубчатые печи с излучающими стенками из беспламенных панельных горелок и двусторонним облучением труб змеевика.
Панельные горелки изготавливаются из керамики и имеют каналы, в которых происходит сжигание газообразного топлива.
Пожарная опасность трубчатых печей весьма велика.
Это объясняется рядом факторов.
Во-первых, мощной топливной системой (мазут, природный газ и т.п.), горючее из которой поступает на сжигание в топку.
Во-вторых, большим количеством нагреваемого горючего продукта, который движется по змеевикам под большим давлением.
В-третьих, высокой температурой нагревания продуктов, которая иногда превышает температуру их самовоспламенения.
Далее, наличием открытого огня и раскаленных продуктов горения, температура которых достигает 1000-1100 о С; появление неплотностей и повреждений в трубах, в результате чего из них может выйти наружу большое количество нагреваемого продукта.
Высоконагретые поверхности печи (кладка, трубы, двойники) и открытый огонь в топке обуславливают высокую пожарную опасность не только самой печи, но и соседних технологических аппаратов с горючими веществами.
Поэтому предотвращение возникновения пожара и взрыва – главная проблема при использовании трубчатых печей в технологическом процессе производств.
Возможные причины и взрывы при эксплуатации трубчатых печей.
Взрыв в топочном пространстве трубчатой печи произойдет в том случае, если в топке образовалась горючая среда.
Это может быть в двух случаях.
В период пуска, перед розжигом. Если из топливной линии или из змеевиков в топку попало топливо или горючий продукт, может образоваться горючая смесь с воздухом. Взрывоопасная смесь образуется и при нарушении порядка операций при розжиге печи. Чтобы избежать этого, необходимо строго соблюдать правила пуска печи, изложенные в технологическом регламенте и специальной инструкции.
В моменты внезапного погасания факелов пламени на горелках или форсунках при последующем возобновлении подачи топлива.
Погасание факелов пламени может произойти по разным причинам: либо в жидкое топливо попала вода и образовались водяные пробки, либо в газовых топливных линиях образовался конденсат. Кроме того, при временном прекращении подачи топлива также может погаснуть пламя в форсунках.
Горючее, поступившее в топку, испаряется, и пары его с воздухом могут образовать взрывоопасную смесь.
Меры пожарной безопасности. Чтобы избежать этой опасности, следует:
не допускать попадания воды в топливо, очищая его и от механических примесей;
в установленные сроки производить чистку форсунок;
использовать автоматические системы перекрывания топливной линии при погасании факела пламени;
предусмотреть возможность перехода на другой вид топлива.
Во избежание разрушения печи при возможном взрыве в топочном пространстве (в стенках радиантной камеры) делают предохранительные клапаны шарнирно-откидного или иного типа.
Взрыв в борове (дымовом канале) трубчатой печи может произойти, если не обеспечено полное сгорание топлива, что имеет место при недостатке воздуха. Дымовые газы, обогащенные продуктами неполного сгорания топлива (в частности, водородом, окисью углерода), смешиваясь с воздухом, могут воспламениться. Неполное сгорание топлива имеет место при неправильном ведении процесса горения. Воздух может подсасываться через неплотности кладки.
Меры пожарной безопасности. Во избежание опасности взрыва в боровах следует:
обеспечить правильное ведение процесса горения, контролируя его газоанализаторами (в топочных газах максимум двуокиси углерода и отсутствие окиси углерода и водорода);
следить за состоянием кладки, не допускать подсоса воздуха, своевременно обеспечивать ее ремонт;
предусмотреть применение предохранительных клапанов мембранного типа для предохранения кладки борова на случай возможности взрыва.
Пожары при повреждении труб змеевика наиболее типичны.
Причинами повреждения труб змеевика могут стать прогары стенок труб, коррозия и эрозия материала труб, повышенное (по сравнению с нормой) давление продукта в змеевике.
Прогар стенки трубы возникает в результате сильного перегрева отдельного участка теплообменной поверхности. Механическая прочность металла снижается, появляется его текучесть, необратимые деформации, утоньшение, а затем разрыв стенки и выход продукта в топочное пространство. Перегрев бывает чаще в тех местах трубы, где имеются различные отложения (кокса, солей и др.) или инородные включения, являющиеся плохими проводниками.
Температуру стенки трубы на участках с отложениями и без отложений можно определить по уравнениям теплопередачи.
Мероприятия по уменьшению скорости образования кокса в трубах включают:
обеспечение высоких скоростей движения продукта по змеевику (2-3 м/с);
обеспечение равномерного обогрева труб по всей длине путем рационального их размещения, а также горелок и излучающих панелей;
строгое соблюдение температурного режима работы печей.
Контроль за состоянием труб ведут визуально и с помощью приборов. Перегретые участки труб заметны: они имеют более светлую окраску. При плановых ремонтных работах делается осмотр (ревизия) труб, при котором выявляются места деформаций, вспучиваний.
Осуществляется контроль температуры дымовых газов над перевальной стенкой, которая в зависимости от типа печи не должна превышать 810-900 о С. Повышение этой температуры сверх нормы (без увеличения расхода топлива) свидетельствует об ухудшении теплообмена в радиантных трубах за счет их закоксования.
В случае появления опасности принимают следующие меры:
снижают теплонапряженность поверхности труб;
увеличивают скорость движения продукта по змеевик, подавая в него пар; осуществляют очистку змеевика от отложений с применением одного из следующих способов: механического, паромеханического, паровоздушного.
Наружная поверхность радиантных труб подвергается химической коррозии под действием кислорода воздуха и сернистых соединений, содержащихся в продуктах сгорания. Причем скорость процесса коррозии растет с увеличением коэффициента избытка воздуха и температуры поверхности труб.
Внутренняя поверхность труб змеевика подвергается коррозии под действием нагреваемого продукта и находящихся в нем примесей, а также механическому износу материала движущейся средой – эрозии.
Мероприятия по снижению вредного влияния коррозии и эрозии включают:
поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха при сжигании топлива и умеренной теплонапряженности поверхности труб;
регулирование факелов пламени форсунок таким образом, чтобы они не доходили до поверхности экранов и не создавали местные перегревы, ведущие к пережогу металла;
очистку нагреваемого продукта от коррозионных примесей, введение в продукт ингибиторов коррозии;
очистку нагреваемого продукта от твердых примесей для снижения эрозийного износа материала труб.
Повышенное против нормы давление продукта может привести к повреждению труб змеевика.
Причиной повышения давления является возрастание гидравлического сопротивления системы при образовании кокса и солей. Поэтому отложения, ококсования, пробки в трубах весьма опасны в смысле образования повышенного давления в змеевике. В современных печах давление, как и температура, регулируются автоматически.
Пожары при повреждении двойников трубчатых печей возникают в результате выхода нагретого продукта наружу и его воспламенения. Выход продукта может иметь место в следующих случаях: при неплотном прилегании пробки к корпусу двойника; при выбросе пробки; при нарушении герметичности соединения труб с корпусом двойника; при повреждениях корпуса двойника.
Пожары при утечке топлива из топливных коммуникаций трубчатой печи могут иметь место при неисправностях фланцевых соединений, вентилей, задвижек, а также других повреждениях трубопроводов. Разлившаяся жидкость, пары (газы), вышедшие из топливных коммуникаций, воспламеняются от пламени форсунок (горелок) печи.
Мероприятия.
Наблюдение за состоянием топливной системы.
Предупреждение появления неплотностей и повреждений.
Смыв (уборка) разлившегося топлива.
Установка дополнительной задвижки (на расстоянии 10 м от печи) на топливной линии для быстрого отключения подачи топлива.
Остановка печи.
Трубчатая печь – источник зажигания горючих смесей, образующихся при авариях соседних аппаратов.
Печи опасны не только возможностью возникновения пожара при повреждениях непосредственно в них самих.
Они весьма опасны как возможные источники зажигания при авариях на соседних технологических установках и аппаратах: образующиеся паровоздушные смеси входят в соприкосновение с высоконагретыми элементами печей. Происходит воспламенение парогазового облака. Пламя быстро распространяется по облаку к месту аварии.
Существует и другая возможность воспламенения парогазового облака.
Оно может быть подсосано внутрь топки и там воспламениться. Пламя в результате обратного проскока может выйти из печи и распространиться до места аварии. Из-за медленного охлаждения печь остается источником зажигания даже при погасании форсунок (горелок).
Примечание. Для охлаждения печи от 1000 до 250 о С требуется от 3 до 6 часов – в зависимости от того, применяется принудительная вентиляция или естественная циркуляция .
По подсасываемой в печь горючей смеси происходит проскок пламени наружу при условии, когда скорость распространения пламени w пл будет больше скорости движения смеси w см , т.е. w пл >w см .
Из этого следует, что для обратного проскока пламени наиболее благоприятные условия возникают при уменьшении скорости движения смеси. Такие условия создаются при снижении тяги в печи, т.е. при погасании форсунок (горелок), перекрытии задвижки борова, остановке дымососа.
В целях пожарной профилактики предусматривается:
между печами, расположенными на открытых площадках, и открытыми пожаровзрывоопасными установками размещать закрытые здания с неопасной технологией. Эти здания являются своеобразными защитными экранами;
делать разрывы между печами и соседними аппаратами (установками) по расчету, но не менее установленных нормами;
защищать теплоизоляцией высоконагретые наружные элементы печи, чтобы их температура не превышала 80% наименьшей температуры самовоспламенения веществ, применяемых в соседних аппаратах;
устраивать паровые завесы для изоляции печи от парогазового облака в случае аварии соседних аппаратов.
Паровая защита технологических печей предусматривает:
наружную паровую завесу для предотвращения проникновения к печам облака горючей паровоздушной смеси при аварии на соседней технологической установке;
систему внутреннего пожаротушения для локализации и ликвидации пожара непосредственно в камере печи; наличие специальных устройств продувки камер печи от горючих газов и паров перед розжигом и после остановки;
эвакуацию продукта из змеевика;
систему наружного паротушения с использованием переносных шлангов.
Трубчатые печи оборудуют стационарной системой паротушения.
4.2. Дополнительные требования безопасности при эксплуатации нагревательных печей4.2.1. Оборудование с огневым подогревом должно быть оснащено техническими средствами, исключающими возможность образования взрывоопасных смесей в нагреваемых элементах, топочном пространстве и рабочей зоне печи.
4.2.2. Не допускается эксплуатация нагревательных печей при отсутствии либо неисправности:
систем регулирования заданного соотношения топлива, воздуха и водяного пара;
блокировок, прекращающих поступление газообразного топлива и воздуха при снижении их давления ниже установленных параметров, а также при прекращении электро- и пневмопитания приборов КИПиА;
средств сигнализации о прекращении поступления топлива и воздуха при их принудительной подаче в топочное пространство;
средств контроля за уровнем тяги и автоматического прекращения подачи топливного газа в зону горения при остановке дымососа или недопустимом снижении разряжения в печи, а при компоновке печных агрегатов с котлами-утилизаторами - систем перевода агрегатов в режим работы без дымососов;
средств подачи водяного пара в топочное пространство и в змеевики при прогаре труб;
системы освобождения змеевиков печи от нагреваемого жидкого продукта при повреждении труб или прекращении его циркуляции;
средств дистанционного отключения подачи сырья и топлива в случаях аварий в системах змеевиков.
4.2.3. Печи с открытым огневым процессом должны быть оборудованы паровой завесой, включающейся автоматически и (или) дистанционно. При включении завесы должна срабатывать сигнализация.
4.2.4. Топливный газ для нагревательных печей должен соответствовать требованиям технологического регламента по содержанию в нем жидкой фазы, влаги и механических примесей.
Печи с форсунками
4.2.5. Во время работы печи должен быть обеспечен периодический визуальный контроль за состоянием труб змеевика, трубных подвесок и кладки печи.
4.2.6. Запрещается эксплуатация печи при наличии деформации труб, деформации кладки или подвесок, других видимых неисправностей.
4.2.7. При прогаре труб необходимо прекратить эксплуатацию печи согласно режиму аварийной остановки.
4.2.8. На паропроводе или трубопроводе инертного газа, служащего для продувки змеевика печи при остановках или аварии, должны быть установлены обратные клапаны и по две запорные задвижки. Между задвижками необходимо предусмотреть пробный (продувочный) краник для контроля за герметичностью задвижки и спуском конденсата.
4.2.9. Вентили трубопроводов системы паротушения камеры сгорания печи и коробки двойников должны располагаться в удобном для подхода и безопасном в пожарном отношении месте на расстоянии не менее 10 м от печи.
4.2.10. Трубопроводы подачи газа к неработающим форсункам должны быть отглушены.
Печи с беспламенными панельными горелками
4.2.11. Розжиг панельных горелок должен производиться при давлении газа в коллекторах, соответствующих нормам, заданным технологическим регламентом.
4.2.12. Розжиг блока панельных горелок должен производиться не менее чем двумя рабочими.
4.2.13. При эксплуатации печи необходимо следить за температурой наружных стенок распределительных камер горелок и при опасном ее повышении (более 60 °С) отключить горелку.
4.2.14. При появлении «хлопков» следует отключить горелку и прочистить сопло.
4.3. Дополнительные требования при эксплуатации отдельных установок и производств
Установка сероочистки
4.3.1. Работники установки должны быть проинструктированы и обучены правилам оказания первой доврачебной помощи пострадавшим при отравлениях сероводородом, диэтаноламином, диэтиленгликолем, другими вредными веществами, применяемыми на установке, и иметь при себе СИЗОД.
4.3.2. При прекращении работы вентиляции в производственных помещениях установки работникам следует надеть СИЗОД, открыть окна и двери и известить старшего по смене для принятия немедленных мер по ее исправлению.
4.3.3. Газ, подаваемый на сероочистку, не должен содержать конденсата.
4.3.4. Дня нормальной работы блока осушки должна быть обеспечена равномерная, подвергающаяся очистке подача газа.
4.3.5. За работой автоматического регулятора уровня в абсорбере, который отводит насыщенный раствор на регенерацию, должен быть установлен постоянный контроль.
4.3.6. Во время приготовления раствора амина верхний люк емкости должен быть закрыт.
4.3.7. При нарушении герметичности оборудования аппаратуры и трубопроводов и невозможности отключения аварийного участка установка должна быть остановлена согласно ПЛА.
4.3.8. Во время пуска установки работы, связанные с приемом кислых газов, должны проводиться в присутствии работников газоспасательной службы.
Установка получения серы
4.3.10. Трубопроводы, по которым транспортируется сероводород, должны быть окрашены в желтый цвет, или на них должны быть нанесены желтые кольца.
Примечание. Нумерация подпунктов дана в соответствии с официальным текстом документа.
4.3.11. Перед розжигом топок подогревателя и реактора генератора необходимо продуть топки воздухом в течение 15 мин на свечу и выполнить контроль пробы воздуха из топок на отсутствие взрывоопасной смеси.
4.3.12. Во избежание образования взрывной смеси в топках реактора генератора и подогревателей должно обеспечиваться регламентное соотношение подачи воздуха и газа в топки с помощью дозирующего устройства.
4.3.13. Розжиг горелок следует проводить при помощи запальника.
4.3.14. Стекла смотровых окон должны очищаться от загрязнений.
4.3.15. Гидрозатворы должны периодически очищаться от отложений.
4.3.17. В инструкции по безопасному ведению работ по разливу серы должны быть предусмотрены требования, запрещающие:
вставать на застывшую серу;
стоять над открытым люком хранилища серы;
находиться вблизи желоба для разлива серы.
Замер уровня серы в приямке хранилища следует производить через приспособленный для этого штуцер, не открывая люка, с применением СИЗОД и светильников во взрывозащищенном исполнении.
Наблюдать за разливом серы следует, находясь с наветренной стороны.
4.3.18. Отбор проб паровой фазы над серой должен осуществляться в пробоотборники, выполненные из диэлектрического материала.
4.3.19. Не допускается в помещении насосной по перекачке жидкой серы разлив продукта. Полы и лотки насосной должны промываться водой в промканализацию.
4.3.20. При работе с расплавленной серой необходимо соблюдать осторожность во избежание получения ожогов и отравления парами сероводорода.
4.3.21. Выгрузку серы из форм допускается производить только после полного застывания серы.
4.3.22. При погрузочно-разгрузочных работах, связанных с образованием серной пыли, работники должны использовать респираторы.
4.3.24. Перед вскрытием все аппараты, агрегаты и трубопроводы, содержащие сероводород, необходимо продуть инертным газом в линию «газ на факел».
4.3.25. Перед вскрытием реакторов генераторов необходимо охладить их до 30 °С, продуть воздухом до положительных результатов контроля на отсутствие вредных веществ в концентрациях выше ПДК.
Необходимо также убедиться в отсутствии серы в газовых камерах реакторов генераторов.
4.3.26. Перед пуском установки необходимо:
газовые трубопроводы печи продуть топливным газом на факельную линию;
проверить исправное действие гидрозатворов, заполнить гидрозатворы серой и расплавить ее.
4.3.27. Во время пуска установки работы, связанные с приемом кислого газа, должны проводиться в присутствии работников газоспасательной службы.
Требования безопасности при наливе жидкой серы на площадках складов , в железнодорожные цистерны разработке серных карт , погрузке комовой и гранулированной серы в полувагоны и контейнеры
4.3.28. Складирование серы должно осуществляться в соответствии с технологическим регламентом, разработанным при участии генпроектировщика и утвержденным в установленном порядке. Технологический регламент должен включать:
решения, обеспечивающие равномерность налива жидкой серы на площадку склада;
обоснование максимальной толщины слоя для послойного налива жидкой серы и периода выдержки, необходимого для его застывания;
обоснование максимально допустимой высоты накопления серы на площадке с учетом ее геометрических размеров;
способы и технические средства безопасного налива серы на площадку (опалубка, обваловка и др.);
способы безопасной разработки серных карт (автоматизированный и механизированный);
средства индивидуальной защиты работающих от воздействия серной пыли, продуктов горения серы, сероводорода.
4.3.29. Разработку площадок хранения серы и погрузку серы запрещается производить при скорости ветра более 15 м/с, в период грозы и ограниченной видимости (менее 50 м).
4.3.30. На ГПЗиП должна быть разработана и утверждена техническим руководителем инструкция по взаимодействию технологического персонала и вспомогательных служб (цехов), участвующих в процессах налива, разработки и отгрузки серы.
4.3.31. Работники, занятые в процессах налива, разработки и отгрузки серы, должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты согласно специально разработанному перечню.
4.3.32. Во время работы применяемая спецодежда должна быть полностью застегнута, брюки должны быть одеты поверх сапог и завязаны на голенищах. Ношение защитных очков и касок обязательно.
4.3.33. Работа по наливу жидкой серы по площадкам, разработке и погрузке комовой и гранулированной серы должна регистрироваться в журнале проведения работ повышенной опасности.
4.3.34. При наливе жидкой серы запрещается выполнять работы внутри обвалования (опалубки) площадки (карт) до ее полного застывания, а также подходить к разливному крану (пилону) ближе 30 м.
4.3.35. Заход работников внутрь обвалования (опалубки) площадки разрешается не ранее чем через 12 ч после последнего налива жидкой серы.
4.3.36. Перед началом разработки площадки хранения серы необходимо убедиться в полном ее застывании путем контрольного забуривания.
4.3.37. Заход работников на площадки хранения серы должен осуществляться по лестницам (трапам).
4.3.38. Заезд техники на площадки хранения серы должен осуществляться по насыпи, выполненной из комовой серы под углом не более 35° к основанию площадки.
4.3.39. Транспортная техника должна располагаться от края площадки на расстоянии не меньшем полуторакратной длины вылета ковша экскаватора.
4.3.40. При наливе цистерн необходимо руководствоваться требованиями раздела 5.5 настоящих Правил.
4.3.41. Подвижной транспорт, перевозящий серу, перед отправкой должен быть промыт и очищен.
Установка получения гелия
4.3.42. Для предотвращения создания взрывоопасных смесей в аппаратной при работающем блоке разделения газа необходимо:
обеспечить постоянную работу вентилятора каналов;
обеспечить систематический контроль загазованности внутри кожухов блоков в каналах и помещении аппаратной с помощью газоанализаторов сигнализаторов.
Данные о состоянии воздушной среды должны быть выведены на пульт управления.
4.3.43. При увеличении содержания горючих газов в каналах выше 1 % (объемн.) необходимо подать в каналы газообразный азот и включить вытяжную вентиляцию помещения аппаратной.
4.3.44. Продувка аппаратов и коммуникаций перед ремонтом должна проводиться азотом до содержания горючих газов не более 20 % нижнего предела воспламенения с последующей продувкой воздухом до содержания горючих газов не более ПДК.
4.3.45. Продувку импульсных линий, сдувок, регуляторов на коммуникациях и аппаратах горючих газов следует проводить в атмосферу вне помещения (на свечу).
4.3.46. Работники, выполняющие все технологические операции со сжиженными газами, должны использовать защитные очки с боковыми щитками, спецодежду и брезентовые рукавицы. Запрещается прикасаться незащищенными руками к неизолированным сосудам со сжиженным газом.
4.3.47. Запрещается во время обслуживания установки получения гелия устранять пропуски на аппаратах и коммуникациях, находящихся под давлением.
4.3.48. После промывки воздухоразделительных колонн и других аппаратов дихлорэтаном или четыреххлористым углеродом и их последующего слива выделившиеся пары должны отводиться на свечу в безопасную зону вне помещения.
Блок разделения воздуха
4.3.49. Установка блока разделения воздуха должна соответствовать требованиям безопасности при производстве и потреблении продуктов разделения воздуха.
4.3.50. Машины, аппараты и трубопроводы, в которых обращается обогащенный кислородом воздух, должны быть оснащены специальными кислородными манометрами, окрашенными в синий цвет и имеющими на циферблате надпись: «Кислород, маслоопасно».
4.3.51. При временной остановке колонны блока разделения воздуха на период свыше 3 ч следует произвести полный слив жидкого азота из колонны.
4.3.52. При внезапном падении давления в колонне блока разделения воздуха ниже установленного технологическим регламентом диапазона рабочих значений следует немедленно остановить воздушный компрессор, снизить давление во всех коммуникациях и доложить о случившемся сменному инженеру.
4.3.53. Запрещается эксплуатация блока разделения воздуха при наличии в конденсаторе, кубе (испарителе) ректификационной колонны органических соединений (масла, ацетилена) в количествах, превышающих нормы, установленные технологическим регламентом. Контроль за содержанием органических соединений должен выполняться в соответствии с требованиями технологического регламента.
4.3.54. Отпуск жидкого азота из блока разделения воздуха в сосуды Дьюара должен производиться только по письменному разрешению начальника смены.
4.4. Общие правила безопасности при эксплуатации установок по производству газового технического углерода
4.4.1. Газ, поступающий для производства технического углерода, должен быть очищен от пыли и других примесей до соответствия нормативам технологического регламента.
4.4.2. При нарушении герметичности неисправное оборудование или газопровод должны быть отключены от источников поступления газа.
4.4.3. Во избежание взрыва при розжиге газа в реакторе, генераторе, камере следует предварительно проверить их на отсутствие взрывоопасных смесей (при необходимости проветрить или продуть), затем внести горящий факел, расположив его над горелкой, после чего подавать газ. Розжиг разрешается производить, если концентрация взрывоопасного газа в воздухе помещения (камере) согласно результатам анализа отобранных проб либо экспресс-анализа не превышает 20 % нижнего предела воспламенения.
4.4.4. Трубопроводы и аппараты, в которых производятся технологические операции с воспламеняющимися газами или сажегазовой смесью, должны работать под избыточным давлением во избежание подсоса воздуха.
4.4.5. Транспортирование технического углерода следует осуществлять инертным газом.
4.4.6. Технический углерод, выработанный до установления нормального режима работы, должен храниться отдельно от общей выработки в течение 3 сут, за его температурой должно быть установлено постоянное наблюдение.
4.4.7. Хранение упакованного технического углерода в упаковочных помещениях разрешается в количестве, не превышающем сменной выработки.
4.4.8. На складе необходимо не менее двух раз в сутки контролировать температуру затаренного технического углерода с регистрацией результатов контроля в сменном журнале.
4.4.9. При тушении горящего технического углерода в бункерах и на складе работники должны использовать изолирующие СИЗОД.
4.4.10. Горящий технический углерод следует тушить путем смачивания его распыленной водой и механическим перемешиванием.
Технический углерод в кулях следует тушить в гасительных емкостях или заливать водой из распылителя. Запрещается тушить технический углерод компактной водяной струей.
Предприятия нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности оснащены различными трубчатыми печами, предназначенными для огневого нагрева, испарения и перегрева жидких и газообразных сред, а также для проведения высокотемпературных термотехнологических и химических процессов. В трубчатых печах тепло сжигаемого топлива передается прокачиваемой через трубный змеевик жидкости или парожидкостной смеси .
Трубчатые печи используются при необходимости нагрева среды (обычно углеводородов) до температур более высоких, чем те, которых можно достичь с помощью пара, т.е. примерно свыше 230 °С. Несмотря на сравнительно большие первоначальные затраты, стоимость тепла, отданного среде при правильно спроектированной печи, дешевле, чем при всех других способах нагрева до высоких температур. В качестве топлива могут применяться продукты отходов различных процессов, в результате чего не только используется тепло, получаемое при их сжигании, но часто устраняются и затруднения, связанные с обезвреживанием этих отходов.
Современная печь представляет собой синхронно работающий печной комплекс, т.е. упорядоченную совокупность, состоящую из непосредственно печи, средств обеспечения печного процесса, а также систем автоматизированного регулирования и управления печным процессом и средствами его обеспечения.
Трубчатая печь относится к аппаратам непрерывного действия с наружным огневым обогревом.
Впервые трубчатые печи предложены русскими инженерами В.Г. Шуховым и С.П. Гавриловым.
Трубчатые печи отличаются друг от друга по конструктивным и технологическим признакам.
Не смотря на большое разнообразие конструкций печей принцип работы их во многом однотипен. Рассмотрим его на примере однокамерной односкатной трубчатой печи (рисунок 2.64). Обычно внутренний объем печи разделен полуперегородкой – перевальной стеной на две части, называемые радиантной и конвекционной камерами. В этих камерах размещены трубные змеевики, через поверхности которых осуществляется теплопередача.
| а) | б)  |
| в)  |
|
а) – устройство печи: 1 – камера радиации, 2 – камера конвекции; 3 – дымоход (боров); 4 – трубный змеевик радиантной камеры, 5 – футеровка; 6– форсункаб) – схема потоков: 1 и 2 – вход и выход нагреваемого продукта, 3 – дымовые газы; в) – общий вид печи.
Рисунок 2.64 – Конструкция однокамерной печи
с наклонным сводом
Под радиационной теплопередачей понимают поглощение лучистого тепла, под конвективной – теплопередачу путем омывания поверхностей труб дымовыми газами.
В радиантной камере основное количество тепла передается радиацией и лишь незначительное – конвекцией, а в конвекционной камере – наоборот.
Мазут или газ сжигается с помощью горелок, расположенных на стенах или поду камеры радиации. При этом образуется светящийся факел, представляющий собой раскаленные частицы горячего топлива, которые нагревшись до 1300–1600 °С, излучают тепло. Тепловые лучи падают на наружные поверхности труб радиационной секции и поглощаются, создавая так называемую поглощающую поверхность. Также тепловые лучи попадают и на внутренние поверхности стен радиантной камеры печи. Нагретые поверхности стен, в свою очередь, излучают тепло, которое также поглощается поверхностями радиантных труб.
При этом поверхность футеровки радиационной секции создает так называемою отражающую поверхность, которая (теоретически) не поглощает тепла, переданного ей газовой средой печи, а только излучением передает его на трубчатый змеевик. Если не учитывать потери через кладку стен, то при нормальной установившейся работе печи внутренние поверхности стен печи излучают столько тепла, сколько поглощают.
Продукты сгорания топлива являются первичным и главным источником тепла, поглощаемого в радиационной секции трубчатых печей – 60–80% всего используемого тепла в печи передается в камере радиации, остальное – в конвективной секции.
Трехатомные газы, содержащиеся в дымовых газах (водяной пар, двуокись углерода и сернистый ангидрид), также поглощают и излучают лучистую энергию в определенных интервалах длин волн.
Количество лучистого тепла, поглощаемого в радиантной камере, зависит от поверхности факела, его конфигурации и степени экранирования топки. Большая поверхность факелов способствует повышению эффективности прямой передачи тепла поверхностям труб. Увеличение поверхности кладки также способствует возрастанию эффективности передачи тепла в радиантной камере.
Каркас.
Каркас печи несет основную нагрузку от веса труб, двойников, трубных решеток и подвесок, кровли, подвесного свода и стен печи и других деталей.
Металлический каркас представляет собой пространственную раму, обрамляющую стены печи, поэтому конфигурация каркаса соответствует наружной форме печи. В зависимости от ширины трубчатой печи основой конструкции каркаса могут служить рама, ферма, прикрепляемая к колоннам, или целая ферма (рисунок 2.74), которые опорными поверхностями стоек устанавливаются на фундамент и взаимно связываются горизонтальными связями из балок или швеллеров. Ферм может быть разное количество.
а – из простых балок; б – со стойками из балок и фермой для свода; в – из ферм; 1 – рама; 2 – стойки; 3 – ферма; 4 – верхний пояс; 5 – нижний пояс
Рисунок 2.74 – Схемы конструкций каркасов трубчатых печей
Крепление колонн к фундаменту в двух первых случаях выполняется как защемление, целые фермы закрепляют на неподвижных шарнирах, при этом считается, что температурные перемещения поглощаются вследствие упругой деформации рамы или фермы. На рисунках 2.68, 2.75, 2.76 показаны каркасы двухскатной и вертикальной печи.
Рисунок 2.75 – Двухскатная печь
Опорные стойки каждой фермы или рамы при помощи шарнирных узлов и плит крепятся к фундаменту анкерными болтами. Узлы рам крупных печей с большими пролетами ферм имеют шарнирные соединения для компенсации линейного удлинения балок, возникающего при нагреве. В малых печах шарнирные узлы рам отсутствуют, а удлинения балок компенсируются их упругой деформацией.
 |  |
| а) | б) |
| Рисунок 2.76 – Каркас двускатной печи |
|
Фермы каркаса соединены между собой горизонтальными балками и прогонами для кровли. По нижнему поясу балок закреплены трубные подвески для продуктовых змеевиков, подвески и кронштейны для обмуровочных кирпичей (см. рисунок 2.73).
Стены.
Стены, как и вся обмуровка, предназначены для герметизации топки и камер трубчатой печи, а также образования поверхности для размещения экранов радиантных труб и отражения лучистой энергии. Стены должны быть прочными в условиях высоких температур, герметичными и обладающими незначительной теплопроводностью.
В печах старых конструкций стены трехслойные: внутренний слой, подверженный действию огня и раскаленных дымовых газов, выложен из огнеупорного кирпича, средний – из изоляционного кирпича или плит, наружный – из обыкновенного кирпича повышенной прочности. Хотя толщина этих стен значительна (до 0,7 м), особой долговечностью они не отличаются: сравнительно быстро расслаиваются и разрушаются.
Более просты по конструкции и гораздо надежнее в эксплуатации стены, выложенные только из огнеупорного кирпича на растворе, составленном из огнеупорной глины и шамотного порошка. Для герметизации стены снаружи штукатурят или обшивают металлическими листами.
В зависимости от теплонапряженности топочной камеры огнеупорную кладку выполняют из шамотного кирпича марок А, Б и В, который имеет следующую огнеупорность: кирпич марки А – не ниже 1730 °С, марки Б – 1670 °С, марки В – 1580 °С. Исходя из того, что почти все старые печи работают в форсированных режимах, предпочтительно применение кирпича марки А.
Кирпич марок Б и В в жестких условиях эксплуатации с течением времени оплавляется, в результате толщина стен уменьшается, а под печи покрывается твердыми наростами оплавившегося шамота. В дальнейшем, при ремонтах, эти наросты удаляют с большими трудностями. Особенно недопустимо оплавление стен при наличии подовых трубных экранов.
Стены современных печей имеют блочную конструкцию (рисунок 2.77) и собираются из огнеупорного кирпича разнообразной формы. Например, обмуровку двухскатных печей выполняют из блоков более 80 фасонов и размеров. Геометрическая форма огнеупорных блоков позволяет собирать их на балках и стержнях, прикрепленных к каркасу печи. Сопряженные поверхности соседних блоков снабжены выступами и соответствующими им впадинами, которые образуют замки-лабиринты. Грани блоков, обращенные внутрь печи, гладкие и обеспечивают образование внутренней гладкой поверхности стены печи. Такая обмуровка производится без растворов и имеет большие эксплуатационные преимущества перед монолитной футеровкой, опирающейся на самостоятельный фундамент.
1 – элемент блочной футеровки (блочный кирпич); 2 – несущие горизонтальные шнеллеры; 3 – кронштейны для блоков
Рисунок 2.77 – Блочная конструкция стен трубчатых печей
В технике кладки печей следует отметить тенденцию к применению в качестве материала для обмуровки жаростойкого бетона. Железобетонные стены печи отличаются простотой конструкции и низкой стоимостью. Однако жаропрочность таких стен и их способность переносить резкие колебания температур пока еще полностью не изучены. В эксплуатации находятся печи из крупноблочного жаростойкого бетона , стены которых являются несущими. Это исключает необходимость в металлическом каркасе.
В наиболее тяжелых температурных условиях работают перевальные стены, поэтому конструктивно они должны быть более прочными и долговечными. Их толщина обычно больше толщины контурных стен.
Благодаря отсутствию раствора каждый блок-кирпич легко воспринимает тепловые деформации и компенсирует их в пределах зазоров в замках. Этому же способствует разгруженность кладки от собственного веса. Нагрузку от кладки почти целиком воспринимает металлический каркас печи.
Замки-лабиринты в соединениях кирпичей обеспечивают надежную герметизацию кладки, что очень важно для снижения тепловых потерь через стены и уменьшения количества подсасываемого в топку воздуха. Объем блочной кладки невелик вследствие малой толщины стен (до 250 мм). Вертикальные стены печей беспламенного горения с излучающими стенами топок полностью или на отдельных участках составлены из керамических панелей. Панели могут чередоваться с кладкой из простых блоков. Керамические панели представляют собой конструктивный элемент горелок, прикрепляемых к каркасу печи. Уплотнения между отдельными горелками, а также между горелками и кладкой осуществляются асбестовой прокладкой или асбестовым шнуром.
Основание печи выкладывается из трех слоев: нижний слой из простого кирпича стелится на бетонную постель плашмя, без раствора; второй слой – из простого кирпича на цементно-глиняном растворе; третий слой (самый верхний) – из огнеупорного кирпича, положенного на ребро, с шамотно-глиняным раствором.
Футеровка печей (рисунок 2.78) – это конструкция из огнеупорных, кислотоупорных, теплоизоляционных и облицовочных материалов и изделий, ограждающая рабочую камеру, в которой протекают печные процессы, от взаимодействия с окружающей средой.
 |  |
 |  |
| Рисунок 2.78 – Футеровка печи |
|
Во многих печах футеровку выполняют из фасонных шамотных кирпичей с огнеупорностью: 1730 °С – класс А; 1670 °С – класс Б; 1580 °С – класс В.
Футеровка предохраняет металлоконструкции печи, а также обслуживающий ее персонал от воздействия высоких температур и печной среды. Она обеспечивает необходимую газоплотность в рабочей камере печей, т.е. полную герметизацию при работе под высоким давлением, либо достаточную газоплотность при давлениях, близких к атмосферному.
Футеровка один из основных конструктивных элементов печей, который дает возможность осуществления высокотемпературных термотехнологических и теплотехнических процессов в печной среде при наличии механических нагрузок с сохранением в течение длительного времени геометрической формы рабочей камеры, механической и строительной прочности.
Большое разнообразие огнеупорных кирпичей (до 80 типоразмеров) очень усложняет сборку обмуровки. Поэтому в современных печах все чаще применяют блочные обмуровки из жаростойкого бетона и железобетона.
Для печей с металлическим каркасом применяют блоки массой 500 кг и более, монтируемые с использованием кранов, и мелкие блоки массой 50 кг, которые укладывают вручную.
В мировой практике строительства трубчатых печей четко наметилась тенденция перехода от тяжелой кирпичной огнеупорной обмуровки к облегченным жароупорным и теплоизоляционным блокам.
Конструктивно блок комбинируется из сборных теплоизоляционных плит, защищаемых с огневой стороны слоем жаростойкого бетона. Значительное уменьшение массы обмуровки способствует распространению новых конструкций печей с облегченным каркасом.
Трубные змеевики.
Трубчатый змеевик является наиболее ответственной частью печи. Его собирают из дорогостоящих горячекатаных бесшовных печных труб
Печные трубы работают в трудных условиях; они подвержены двустороннему воздействию высоких температур: изнутри – от нагреваемого сырья и снаружи – от дымовых газов и излучающих поверхностей.
Причины износа труб различны и зависят от гидравлической и теплотехнической характеристик режима эксплуатации и технологических особенностей процесса, учитывающих качество сырья. Величина износа при этом зависит от качества изготовления и металла труб. Внутренние поверхности труб подвержены коррозионному и эрозионному износам. Наибольшая коррозия наблюдается при переработке сернистых нефтей, а также нефтей, содержащих хлористые соли. Эрозионный износ обусловлен содержанием в нагреваемом сырье механических включений и большими скоростями движения среды по трубам. Особенно интенсивно изнашиваются концы труб.
В процессе эксплуатации наружные поверхности труб подвергаются износу из-за коррозии дымовыми газами, окалинообразования и прогаров.
Коррозии дымовыми газами подвержены главным образом поверхности труб первых рядов змеевика конвекционных камер, если температура сырья на входе в печь ниже 50 °С, то есть ниже наиболее вероятной температуры точки росы. При этом дымовые газы, которые непосредственно соприкасаются с поверхностями труб, охлаждаются, водяной пар в них конденсируется и, поглощая из газов сернистый ангидрид, образует агрессивную сернистую кислоту.
Окалинообразование является следствием окисления металла труб, начинающегося с их наружных поверхностей.
Под прогарами печных труб принято понимать разрывы их на некоторых участках. Всякому прогару предшествует образование на трубе отдулин – местных увеличений диаметра вследствие ползучести металла при высоких температурах и давлениях внутри трубы.
В настоящее время применяют печные трубы диаметром 60–152 мм, длиной до 18 м, толщиной стенки до 15 мм.
Применяют бесшовные катаные трубы из углеродистой стали марок 10 и 20 (при температуре до 450 °С) и из легированных сталей 15Х5М и 15Х5ВФ (при температуре до 550 °С). При более высоких температурах нагрева сырья используют трубы из жаропрочных сталей. Трубы из углеродистой стали можно применять только в неагрессивных средах.
Трубы могут соединяться в змеевики двумя способами:
ретурбендами – соединение производится посредством развальцовки концов труб в гнездах;
калачами или двойниками – соединение производится посредством сварки (рисунок 2.79).
Когда по условиям эксплуатации нет необходимости в систематическом вскрытии торцов труб (для чистки или ревизии), предпочтение следует отдавать сварному змеевику как наиболее простому, компактному, дешевому и надежному в работе. 
Рисунок 2.79 – Печной двойник
Ретурбенды представляют собой стальные литые или кованые короба, соединяющие трубы в змеевик. Направление потока в них изменяется на прямо противоположное. Конструкция всех ретурбендов такова, что в случае необходимости может быть открыт доступ к внутренней поверхности печных труб.
В последнее время появились печи без ретурбендов и peтурбендных камер. Цельносварной трубный змеевик в таких печах размещается внутри камер и удерживается по концам, как и в промежутках, подвесками вместо трубных решеток.
Трубные змеевики по экранам радиантных камер размещаются в один или в два ряда (рисунок 2.80). При размещении в два ряда трубы одного ряда располагают в створе труб другого ряда, то есть в шахматном порядке. Шаг между трубами обычно составляет 1,7–2 наружных диаметра печной трубы.
 |  |
 |
|
| Рисунок 2.80 – Различные конструкции трубных змеевиков |
|
Гарнитура печей.
К гарнитуре печей относятся детали, предназначенные для удержания труб от провисания в промежутках между трубными решетками, для сборки блоков футеровки стен и подвесных сводов, а также гляделки
и предохранительные окна.
Трубные решетки
применяют для удержания труб конвекционных камер (рисунок 2.81). Их крепят к специально выполненному для этой цели участку фундамента печи.
align="bottom" width="238" height="173" border="0"> align="bottom" width="225" height="170" border="0">
Рисунок 2.81 – Трубные решетки
Решетки конвекционных труб однокамерных печей можно с одной стороны крепить к металлоконструкциям, а с противоположной стороны заделывать в кладку перевальных стен. В местах заделки оставляют достаточные зазоры, чтобы при тепловых деформациях решетки не разрушали кладку.
Для конвекционных труб обычно достаточно надежны решетки из чугуна марки СЧ21-40, и лишь для нескольких верхних рядов, где температура среды высока, целесообразно применять решетки из жароупорной стали или ее заменителей.
Для высоких конвекционных камер решетки составляют из нескольких частей, соединенных болтами из нержавеющей стали. Нижние участки отверстий решеток снабжены приливами, увеличивающими площади опирания труб.
Подвески (рисунок 2.82).
| align="bottom" width="211" height="158" border="0"> | align="bottom" width="212" height="158" border="0"> |
| align="bottom" width="215" height="162" border="0"> | align="bottom" width="217" height="162" border="0"> |
| Рисунок 2.82 – Подвески |
|
Подвески используются для крепления труб потолочного экрана. Их прикрепляют к элементам каркаса.
Трубные подвески могут быть закрытыми и открытыми. Закрытые подвески прочнее, но для смены их в случае прогара требуется демонтаж печных труб.
Учитывая их высокую температуру в радиантной камере, подвески и кронштейны изготовляют из высоколегированных жаропрочных сталей. Для литых изделий, например, применяют сталь ЭИ316 (ЭИ319), обладающую жаростойкостью при температурах до 1000 °С в атмосфере сернистых топочных газов. Применяют также хромомарганцевоникелевые и хромомарганцевокремнистые стали.
По сравнению с печными трубами подвески находятся в более тяжелых рабочих условиях, так как они не охлаждаются потоками нефтепродуктов и нагреваются иногда до 1100 °С.В топочных газах часто содержатся большие количества сернистого газа, водяных паров, оксида углерода, водорода и других агрессивных агентов, вызывающих коррозию металла подвесок.
Так, ударная вязкость стали 20Х23Н13, из которой сделаны подвески, эксплуатировавшиеся в печах АВТ, в течение полугода снизилось более чем втрое. Исходя из условий работы подвесок, к их литью предъявляют следующие основные требования:
подвески не должны иметь раковин, короблений, острых углов и резких переходов от одного сечения к другому;
отверстия боковых креплений и отверстия труб должны тщательно зачищаться от литейного шлака и быть скруглены.
Кронштейны используют для крепления труб бокового экрана. Кронштейны крепятся к элементам каркаса.
align="bottom" width="180" height="139" border="0"> align="bottom" width="184" height="137" border="0"> align="bottom" width="200" height="139" border="0">
Рисунок 2.83 – Кронштейны
Гляделки
(смотровые окна)
(рисунок 2.84).
Гляделки, или смотровые окна, предназначены для наблюдения в процессе работы за состоянием печных труб и работой форсунок (размером и яркостью пламени).
Их изготовляют из чугуна марки СЧ 21–40 и крепят на болтах снаружи кладки к металлоконструкции печи. Для большей обзорности на участке установки гляделок в стенах печи выполняют отверстие, расширяющееся внутрь печи.
Рисунок 2.84 – Гляделки (смотровые окна)
Предохранительные (взрывные) окна
(рисунок 2.85).
Предохранительные окна отличаются от гляделок большими размерами. Они предназначены для ослабления силы хлопка (взрыва) в топке печи в случае нарушения нормального режима, при ремонтах ими пользуются как лазами, через которые обслуживающий персонал проникает внутрь печи.
Рисунок 2.85 – Предохранительные окна
Крышки гляделок и предохранительных окон в рабочем состоянии должны плотно прилегать к корпусу под действием собственного веса. Для этого поверхности их сопряжения наклонены к вертикали. Крышки предохранительных окон изнутри покрывают изоляцией для предохранения от больших деформаций и потерь тепла.
Борова – это футерованные каналы для транспортирования отходящей из печей газовой печной среды до выбросных труб. Конструкции боровов типизированы, и они выбираются в зависимости от количества газовой печной среды, ее температуры и химического состава. При температуре отходящих газов до 500 °С борова футеруются глиняным кирпичом марки 75, а при более высоких температурах – шамотным кирпичом класса В или Б на шамотном растворе с несущей конструкцией из глиняного кирпича.
В них предусматривают люки-лазы для осмотра и чистки при ремонтах. Все каналы дымоходов снабжают системой паротушения.
Для регулирования тяги на дымоходах или в самом низу дымовой трубы устанавливают шиберы.
Шиберы – плоские заслонки, частично прикрывающие сечение тракта, по которому проходят дымовые газы, предназначенные для достаточно плотного отключения печей от тяговой установки, а также для достижения легкого и чувствительного регулирования количества газовой печной среды, выходящей из печи, и их давления.
При пожаре шибером прикрывают боров, что резко снижает тягу и интенсивность горения и предотвращает попадание пламени в дымовую трубу.
Шибер ставится при выходе отходящих газов из камеры печи и представляет собой чугунную, керамическую заслонку, опущенную в боров и подвешенную на тросе, перекинутом через блок с противовесом или непосредственно на барабан ручной или электрической лебедки.
Шибера в боровах для зоны с температурой дымовых газов до 600 °С выполняются из чугуна. Для зоны с температурой выше 600 °С шибера для предотвращения коробления выполняются водоохлаждаемыми или керамическими.
Дымовые трубы и газоходы.
Дымовая труба (рисунок 2.86) – это устройство, предназначенное для:
создания необходимого разрежения в рабочей и топочной камерах печей;
привода газовой печной среды в движение и последующего отвода в окружающую атмосферу.
Рисунок 2.86 – Дымовая труба
Дымовые трубы обеспечивают тягу, необходимую для работы трубчатых печей.
Дымовая труба является ответственным инженерным сооружением, работающим в чрезвычайно тяжелых условиях высоких ветровых нагрузок, температуры и агрессивного воздействия дымовых газов.
Трубы имеют основные конструктивные элементы: фундамент, цоколь, ствол, оголовок, зольное перекрытие, бункер, вводы боровов, антикоррозионную защиту, теплоизоляцию, футеровку, ходовую лестницу, молниезащиту, светофорные площадки.
Диаметр дымовой трубы должен быть таким , чтобы скорость движения газов в ней не превышала допустимого значения (4–6 м/с). Требуемая тяга в газовом тракте печи обусловлена разностью плотностей атмосферного воздуха и дымовых газов. Естественная тяга, создаваемая дымовой трубой, зависит от высоты трубы, температуры дымовых газов и температуры атмосферного воздуха. Разрежение в топке печи, создаваемое дымовой трубой, обычно составляет 15–20 мм вод. ст.
Современные печные комплексы оснащаются следующими трубами:
кирпичными с максимальной высотой 150 м и допустимой температурой проходящей печной среды до 800 °С;
железобетонными трубами с максимальной высотой 200 м и допустимой температурой газовой среды до 200°С;
металлическими футерованными трубами с максимальной высотой 60 м и допустимой температурой газовой среды до 800 °С.
Для выброса агрессивной печной среды из печей чаще всего применяются металлические трубы (нержавеющая сталь), собранные из отдельных царг высотой до 150 м, установленных на специальных опорных конструкциях, позволяющих заменить любую часть ствола трубы в случае выхода ее из строя.
Большая часть эксплуатируемых в настоящее время дымовых труб изготовлена из стали Ст3. Металлические трубы конической формы в соответствии с нормалями имеют высоту 30,35 и 40 м при диаметре на выходе до 2000 мм и у основания – до 3200 мм. К фундаменту они крепятся фундаментными болтами (до 16 штук).
Условия эксплуатации дымовых труб определяются возможной коррозией их тонких стенок дымовыми газами, а в случае прогаров печных труб или воспламенения сажи – перегревами до высоких температур. В настоящее время повсеместно вводятся в эксплуатацию теплостойкие железобетонные трубы. Во избежание возможного загорания сажи, накапливающейся на стенках труб, их периодически продувают острым паром.
2.3.4 Показатели работы печей
Каждая трубчатая печь характеризуется тремя основными показателями:
производительностью;
полезной тепловой нагрузкой;
коэффициентом полезного действия.
Таким образом, для каждой печи производительность является наиболее полной ее характеристикой.
– это количество тепла, переданного в печи сырью (МВт, Гкал/ч). Она зависит от тепловой мощности и размеров печи. Тепловая нагрузка большинства эксплуатируемых печей 8–16 МВт.Перспективными являются более мощные печи с тепловой нагрузкой 40–100 МВт и более.
Коэффициент полезного действия печи характеризует экономичность ее эксплуатации и выражается отношением количества полезно используемого тепла Q пол к общему количеству тепла Q общ, которое выделяется при полном сгорании топлива.
Полезно использованным считается тепло, воспринятое всеми нагреваемыми продуктами (потоками): сырьем, перегреваемым в печи паром и в некоторых случаях воздухом, нагреваемым в рекуператорах (воздухоподогревателях).
Значение коэффициента полезного действия зависит от полноты сгорания топлива, а также от потерь тепла через обмуровку печи и с уходящими в дымовую трубу газами.
Трубчатые печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, имеют к.п.д. в пределах 0,65–0,87.
Повышение коэффициента полезного действия печи за счет более полного использования тепла дымовых газов возможно до значения, определяемого их минимальной температурой. Как правило, температура дымовых газов, покидающих конвекционную камеру, должна быть выше начальной температуры нагреваемого сырья не менее чем на 120…180°С.
Эксплуатационные свойства каждой печи наряду с перечисленными показателями характеризуются:
теплонапряженностью поверхности нагрева;
тепловым напряжением топочного объема;
гидравлическим режимом в трубном змеевике при установившейся работе.
водогрейных котлов, компрессоров, насосов,
вентиляции
Противоаварийная защита технологических печей
1. Требования к системам противоаварийной защиты (ПАЗ) определены «Общими правилами взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтеперерабатывающих производств» утвержденных Госгортехнадзором СССР 06.09.88. и Инструкцией по проектированию паровой защиты технологических печей на предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности .
2. Специфические требования к системам ПАЗ технологических печей
1) При организации теплообменных процессов с огневым обогревом необходимо предусматривать меры и средства, исключающие возможность образования взрывоопасных смесей в нагревательных элементах, топочном пространстве и рабочей зоне в печи.
2) Для ПАЗ топочного пространства нагревательные печи оснащаются:
Системами регулирования заданного соотношения топлива, воздуха и водяного пара;
Блокировками, прекращающими поступление газообразного топлива и воздуха при прекращении электро-(пневмо-) питания приборов КИПиА;
Средствами сигнализации о прекращении поступления топлива и воздуха при принудительной подаче в топочное пространство;
Средствами контроля за уровнем тяги и автоматического прекращения подачи топливного газа в зону горения при остановке дымососа или недопустимом снижении разрежения в печи, а при компоновке печных агрегатов с котлами – утилизаторами – системами по переводу работы агрегатов без дымососов;
Средствами подачи водяного пара в топочное пространство и в змеевики при прогаре труб.
3) ПАЗ нагреваемых элементов (змеевиков) нагревательных печей обеспечивается:
Аварийным освобождением змеевиков печи от нагреваемого жидкого продукта при повреждении труб или прекращении его циркуляции;
Блокировками по отключению подачи топлива при прекращении подачи сырья;
Средствами дистанционного отключения подачи сырья и топлива в случаях аварий в системах змеевиков;
Средствами сигнализации о падении давления в системах подачи сырья.
4) Для изоляции печей с открытым огневым процессом от газовой среды при авариях на наружных установках или в зданиях печи должны быть оборудованы паровой завесой, включающейся автоматически (или) дистанционно. При включении завесы должна срабатывать сигнализация.
5) Топливный газ для нагревательных печей должен соответствовать регламентированным требованиям по содержанию в нем жидкой фазы-влаги и механических примесей. Предусматриваются средства, исключающие наличие жидкости и механических примесей в топливном газе, поступающем на горелки.
Рассмотрим систему С и ПАЗ печи F102 на установке «УСОМ» (уст-ка селективной очистки масел).
Мнемосхема показана на рисунке2.64
Система защиты блока печей выполнена на отдельном контроллере BMS, который обеспечивает безаварийную работу блока печей в автоматическом режиме, а в случае нарушения блокировочных параметров- безаварийный останов блока печей, не зависимо от состояния технологического процесса в целом.
Контроллер обеспечивает безаварийный останов печи F-102, и выдачу звуковой и световой сигнализации при нарушении следующих параметров:
· Погасание пламени пилотных и основных горелок
· Низкое давление воздуха КИП (меньше 1,5 кгс/см2)
· Повышение температуры дымовых газов TS103 (более 384оС)
· Повышение температуры экстракта из F-102. TS078
· Давление газа (ниже или выше)
· Давление мазута низкое PS171.
· Расход экстракта в печь низкое FS030.
· Понижение давления сырья в печь PS149.
Автоматическая защита паровых и водогрейных котлов
· Понижение давления воздуха перед горелками (500 Па)
· Понижение тяги в топке с задержкой 10 сек. (50 Па)
· Повышение давления в барабане котла (4,8 Мпа)
· Повышение температуры перегретого пара с задержкой 1 мин (450оС)
· Отключение котла ключом аварийного останова.
Котлоагрегаты оборудованы следующими защитами, производящими локальные операции:
· Аварийный сброс воды из барабана котла - первая ступень действия защиты при перепитке котла +60 мм, открывается аварийный слив:
· Не воспламенение или погасание факела любоой горелки при растопке котла в течении 180 сек отсекается мазутовый тракт и тракт ШФЛУ
· Понижение давления ШФЛУ после регулирующего клапана (2кПа) отсекается тракт ШФЛУ
· Повышение давления ШФЛУ после регулирующего клапана (60кПа) отсекается мазутовый тракт
· Отключение горелки.
Компрессоры
1. Устройство и эксплуатация компрессоров и насосов
Они должны отвечать требованиям действующих нормативных документов и общих правил взрывобезопасности для взрывопожарных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств (ОПВ).
Компрессоры используемые для перемещения горючих, сжатых газов по надёжности и конструктивным особенностям выбираются с учётом критических параметров физико-химических свойств перемещаемых продуктов и параметров технологического процесса.
Порядок срабатывания систем блокировок компрессоров определяется программой (алгоритмом) срабатывания системы противоаварийной автоматической защиты технологической установки.
Компрессоры технологических блоков взрывопожароопасных производств, остановка которых при падении напряжения или кратковременном отключении электроэнергии может привести к отклонениям технологических параметров процесса до критических значений и развитию аварии, должны выбираться с учётом возможности их повторного автоматического пуска и оснащаться системами самозапуска электродвигателей. Время срабатывания системы самозапуска должно быть меньше времени выхода параметров за предельно допустимые значения.