Трубчатые печи — дорогой и сложный вид оборудования для технических предприятий. Их применяют для разогрева объектов температурой превышающей 230 градусов по Цельсию. Для приобретения подобного вида оборудования, необходимо ознакомиться со всей информация об изделии, а также расчетами трубчатой печи по параметрам.
Устройство и принцип работы трубчатой печи
Трубчатые печи применяют для разогрева сырья и для получения различных химических реакций под действием высоких температур.
Печи применяют для получения температуры, что нельзя достичь, применяя пар. В большинстве случаев трубчатые печи закупают для нефтехимической промышленности с целью получить реакционные превращения нефтепродуктов.
Также часто использует оборудование на химических производствах. Трубчатую печь разработали русские инженеры Шухов и Гаврилов. На современном рынке имеется большое многообразие видов и конструкций, но несмотря на разные устройства трубчатых печей, во всех имеются основные, неизменные элементы:
- рабочая камера,
- огнеупорная футеровка,
- змеевик,
- горелка, куда помещается топливо для сгорания,
- дымовая труба.
Принцип работы печи основан на сжигании газа или мазута при помощи горелки, расположенной на стенках камеры или поду радиационной камеры. Сгоревшие газы после поступают в камеру конвекции, далее направляются по дымоходной трубе в атмосферу. Полученный продукт по нескольким (или одному) потокам проходит в трубы змеевика, перемещается через трубы экранов в камере радиации, и, после нагрева до нужной температуры, выходит из печи.
Главный технологический приём, ведущий к получению целевого продукта — высокое тепловое воздействие на исходный материал, помещенный в рабочую секцию. Важная часть оборудования – радиационный отсек. Это своеобразная камера сгорания. Передача тепла осуществляется с помощью излучения, полученная высокой температурой газов. Тепло, которое образуется в результате горения продукта, — первичное. Это основной источник тепла, поглощаемый в радиационной секции. В результате создается поглощающая поверхность.
Двухскатная двухкамерная трубчатая печь (поперечный разрез)
Футеровка образует отражающую поверхность, которая в теории не должна поглощать тепло, переданное через печь – тепло переходит излучением прямо на змеевик. Только 80% получаемого тепла направляется в камеру радиации, всё остальное — в конвективную секцию.
Конвекционная камера предназначена для применения физического тепла сгораемого продукта. Температура составляет около 900 градусов по Цельсию.
Разогретое углеродное сырье сначала перемещается в змеевик, расположенный внутри конвекционной камеры, а после направляется в печные змеевики камеры радиации. Благодаря использованию противоточного движения, можно в полной мере использовать тепло, полученное при результате сжигания.
Преимущества и недостатки
Чтобы решить, нужна ли трубная печь на определенном производстве, следует ознакомиться с плюсами и минусами оборудования.
Плюсы печи:
- Малые габариты.
- Небольшое количество тепловых потерь.
Каждая печь имеет не только положительные стороны, но и некоторые недостатки.
Минусы:
- Несколько или одну трубу нет возможности отключить при аварийном состоянии агрегата. Для этого потребуется обесточивать весь аппарат.
- Расчеты трубчатой печи показывают, что происходит не экономичное использование полученной температуры в двух камерах.
- Трубы змеевика забиваются из-за попадания сгораемых продуктов, что используются в процессе. Из-за этого происходит увеличенный расход топлива.
Классификация типов трубчатых печей
Классификация печей — это логическая последовательность оборудования в зависимости от их основных свойств. Применяется для поиска необходимых данных и их сохранения, а также классификация помогает распространять накопленный опыт, промышленную практику и теорию эксплуатации данного вида оборудования.
Классификация:
- Технологические.
- Теплотехнические.
- Конструктивные.
Технологические признаки
Этот вид по назначению делят на реакционно-нагревательные и нагревательные. Нагревательные необходимы для доведения помещаемого внутрь печи сырья до необходимой температуры. Это одна из самых распространённых групп агрегатов, характеризующаяся большой производительностью, стабильностью и температурными характеристиками в 500 градусов по Цельсию.
Нагревательные трубчатые печи
Реакционно-нагревательные применяется не только для нагрева, но и обеспечения направленной реакции, нужной для конкретной цели. Такую разновидность печей на различных производствах используют, как реактор.
Теплотехнические признаки
По способу распространения тепла, оборудование разделяется на несколько типов трубчатых печей:
- Конвективные.
- Радиационные.
- Радиационно-конвективные.
Конвективные способы получения тепла — самый старый тип печи. Это переходной момент между двумя видами. В современное время подобные виды печей используется очень редко, поскольку другие разновидности превосходят их по экономичности с точки зрения строительства и эксплуатации. Но бывают и исключения. Редко встречаются ситуации, когда нагреву подвергаются чувствительные к температуре вещества.
Печь состоит из нескольких частей:
- Камера, в которой происходит непосредственное сгорание.
- Трубочное пространство, отделенное перегородкой.
Пространство необходимо, чтобы трубы не нагревались прямо под пламенем, и большая часть тепла вещества переходит через конвекцию.
Чтобы трубы не испортились под воздействием большой температуры разогретого газа, а также для сохранения необходимого уровня коэффициента отдачи тепла, при процессе сжигания применяют большое количество воздуха, добиваются переизбытка.
Газы перемещаются по трубам сверху вниз. Поскольку постепенно температура понижается, то и сечение пространства трубы тоже сокращается, но объемная скорость продукта, который подвержен процедуре сгорания, остается неизменной.
Радиационные печи оборудованы таким образом, чтобы все установленные трубы, через которые проходит вещество, помещались на стенках камеры сгорания. Именно по этой причине ее размер сильно отличается от конвективной.
На трубу подаётся прямое воздействие газообразной среды с высокой температурой. Благодаря этому процессу получается добиться следующих результатов:
- Уменьшение площади теплоотдачи оборудования, поскольку тепло, отданное трубам, получается гораздо больше, чем количество тепла, передаваемое через конвекцию.
- Сохраняется футеровка за трубчатыми змеевиками из-за снижения температуры. Это обеспечивается благодаря закрытию футеровки трубами, а также из-за того, что происходит отдача тепловой энергии более холодным трубкам.
Все стенки свод в редких случаях полностью заслоняются трубами. Это нецелесообразно, поскольку тепловое излучение поверхностей (открытых) будет сильно ограничена, а это приведет к получению меньшего количества тепла.
Радиационный тип печи обладает очень простой конструкцией, но при этом передает много тепла. По этой причине оборудование выделяется малым количеством капитальных затрат. Но производители не могут воспользоваться получаемым теплом, как на радиационно-конвективных агрегатах. Поэтому тепловая эффективность радиационного аппарата занижена.
Радиационный тип используют при нагреве веществ до малых температур — 300 градусов по Цельсию. А также в случаях, когда необходимо произвести низкие затраты на сооружение и монтаж оборудования.
Радиационно-конвективная печь оснащается несколькими отдельными секциями — радиальная и конвективная. Из этого произошло и название. Расчеты трубчатой печи показывают, что много тепла передается в радиационную секцию — до 80%. Всё остальное поступает в оставшуюся секцию.
Трубчатая печь АНУ-5,5 предназначена для нагрева нефти, бензина, дизельного топлива
Конвективная часть используется для получения физического тепла от сгорания продукта, который выходит из радиационной секции с температурой до 900 градусов по Цельсию. Секция сконструирована таким образом, чтобы температура продукта, выходящего с боров, превышала на 150 градусов ту, что получается при входе в печь. Это означает, что теплонагрузка окажется ниже, чем в радиационной секции, что обусловлено пониженным коэффициентом отдачи тепловой энергии от дымовых газов.
Большая часть печей, использующихся на предприятиях, именно радиационно-конвективные. Змеевики трубчатых печей устанавливаются в двух секциях.
Конструктивные
- Печи оснащаются разным количеством камер – одна, две, многокамерные.
- Многокамерные агрегаты наиболее удобны в эксплуатации. Если появляется необходимость произвести ремонт или техническое обслуживание, нет необходимости останавливать полностью весь агрегат.
- Змеевики могут располагаться в разных плоскостях – горизонтально, вертикально винтовое размещение.
- Корпус делают в нескольких исполнениях – цилиндр, коробка, с вертикальным и наклонным сводом.
- Трубы имеют двустороннее или одностороннее облучение. Первый вариант более удобен, поскольку тепло распределяется равномерно по всей окружности трубки. Таким образом, нагрев используется более эффективно, чем при одностороннем варианте.
Сфера использования
Из-за своих характеристик, разные варианты трубчатых печей имеют различные сферы применения.
Радиационные печи используются на объектах промышленного назначения, где требуется нагреть предмет до 300 градусов, а также если необходимо сжечь дешевые виды топлива.
Конвекционными печами нагревают среду, чувствительную к большим температурам, и требующую мягкого нагрева. В качестве примера можно привести керосин и бензин, то есть, летучие продукты, получаемые из нефти.
Этот вид печи применяется чаще остальных в промышленности из-за разнообразия конструкций, а также эксплуатационных параметров.
Основные показатели работы трубчатых печей
Главные показатели — это производительность, полезная тепловая нагрузка, а также КПД.
Производительность высчитывают по тепловым и материальным балансам установки. Это число может колебаться согласно расчетов трубчатой печи — от 50 до 15 тыс. т/сут.
Полезная тепловая нагрузка высчитывается из теплоты, которая была затрачена при нагревании и испарении выбранного продукта, а также на перегрев водяного пара, если в печи установлен пароперегреватель.
Имеется несколько разновидностей КПД:
- Топливный — это отношение всего поглощенного тепла к количеству тепла, что было получено исключительно при горении топлива, не учитывая физическое тепло, и которое попадает через воздух, водяной пар и топливо.
- Термический — это отношение общего количества получаемого поглощаемого тепла к количеству тепла, что была выделена при горении топливного материала, учитывая теплоемкость топлива, воздуха, а также распыляющей среды. Расчеты трубчатой печи показывают, что топливный КПД не должен опускаться ниже 90%. Величина его будет напрямую зависеть от сгорания топлива, а также потерь тепла через корпус.
Особенности эксплуатации
Схема эксплуатации печи выглядит следующим образом:
- Пуск.
- Наладка.
- Поддержание режима работы.
- Остановка.
- Проведение ремонта.
Пуск осуществляется только после того, как специалисты проводят тщательную проверку всего оборудования. Печь готова к эксплуатации в случае, если:
- Монтажные работы полностью завершены.
- Проведены гидравлические испытания змеевика и всех вращающихся вдоль печи труб.
- Параметры герметичности их прочность устройства совпадают с регламентом.
- Футеровка печи полностью высушена, и все элементы в исправном состоянии.
- Проверена система автоматизации и блокировки.
Пуск осуществляется в установленной последовательности:
- Проверяется исправность всего оборудования и контрольно-измерительных приборов, установленных на печи, а также топливо, подходящее по инструкции.
- Шибер находится в открытом состоянии.
- Все люки плотно закрываются и продуваются водяным паром в течение 20 минут.
- Топливная система подготавливается к работе.
- Насосы настраивают в работоспособное состояние, чтобы отладить расход потоков выше минимальных значений.
- Пламя форсунок зажигается, топливо подается.
- Идёт контроль за устойчивостью горения. Если горелки тухнут, то их запускают снова.
Чтобы произвести поддержание оборудования в нормальном режиме, необходимо постепенно повышать температуру горения. Скорость нагрева не должна превышать 50 градусов в час. Также во время наладки постепенно увеличивают количество работающих горелок. Если необходимо — повышают нагрузку. После достижения необходимых параметров начинается ввод в нормальный режим эксплуатации.
Пуск трубчатых печей осуществляется только после того, как специалисты проводят тщательную проверку всего оборудования
Остановка может быть аварийной или нормальной. Аварийная осуществляется, если происходит сгорание труб, или прекращается подача сырья.
Нормальная остановка выглядит следующим образом:
- Отключаются горелки, пока температура не понизится до 60 градусов.
- Когда необходимая температура будет достигнута, отключают насос, закрывают задвижки.
- При снижении давления в змеевике, ниже давления водяного пара, его подают в змеевик и оставляют на несколько часов, пока нужная концентрация углеводородной смеси не придет в норму.
Ремонт осуществляется для бесперебойной работы оборудования в течение долгого времени. Для обеспечения ремонтных работ приглашается бригада специалистов. Своими силами не следует вскрывать и заменять составные части, поскольку это может привести к серьезным, опасным для жизни, последствиям.