Тепловые процессы и аппараты презентация

обладает высокими теплофизическими характеристиками.

Водяной пар по сравнению с другими веществами имеет большую скрытую теплоту конденсации — до
Дж/кг (при давлении 0,1 МПа) и высокие значения коэффициента теплоотдачи.

передавать значительные количества теплоты.
Важным достоинством насыщенного пара является постоянство температуры конденсации при данном давлении, что позволяет поддерживать постоянной температуру нагрева.
Пар удовлетворяет также ряду других требований, среди которых наиболее важными можно считать доступность, пожаробезопасность, относительно высокий тепловой КПД.

повышением температуры. При температуре 180° С его давление составляет около 1,0 МПа. При таких значениях давления требуется использование прочной толстостенной и дорогостоящей аппаратуры и подводящих коммуникаций. Обычно применение водяного пара ограничивается областью температур 180…190 °С.
Перегретый пар получают на специальных установках — пароперегревателях — за счет дополнительного нагрева насыщенного пара. В качестве теплоносителя перегретый пар применяют крайне редко, так как его коэффициент теплоотдачи невелик. Теплосодержание перегретого пара практически не отличается от теплосодержания насыщенного пара, поэтому затраты на его перегрев не всегда оправданы. Небольшой перегрев пара иногда используют для уменьшения тепловых потерь в подводящих паропроводах.
В качестве теплоносителя насыщенный водяной пар используют в виде глухого пара, когда обогрев осуществляется через теплопередающую поверхность, или острого пара, когда пар и нагреваемый продукт смешиваются.

°С. Вода, как нагревающий агент, используется в тех случаях, когда необходимо обеспечить «мягкие» условия проведения процесса. Получают горячую воду в паровых водонагревателях - бойлерах и водогрейных котлах, обогреваемых топочными газами.
Использование горячей воды, как теплоносителя, имеет существенные недостатки: коэффициент теплоотдачи при нагревании горячей водой во много раз ниже, чем при нагревании конденсирующимся паром, так как температура горячей воды снижается по мере движения вдоль теплообменной поверхности. Указанные недостатки ограничивают применение воды как теплоносителя.
В теплообменных установках при обогреве горячими жидкостями обычно применяется циркуляционный способ обогрева, при котором теплообменник и источник теплоты образуют замкнутую систему, в которой циркулирует жидкий теплоноситель - вода или высококипящие жидкости. Различают естественную и принудительную циркуляцию.

порядка 1000…1100 °С.
Нагревание смесей топочными газами производят в печах.
К недостаткам способа нагрева топочными газами относятся низкое значение коэффициента теплоотдачи, что вызывает необходимость развивать большие площади поверхности нагрева. Кроме этого, такой обогрев характеризуется «жесткими» условиями нагрева, т.е. большим перепадом температур. Эти недостатки создают трудности точного регулирования температуры.

поверхность;
2 – змеевик–подогреватель;
3 – дымовая труба;
4 – радиантная нагревательная поверхность;
5 – излучающая панель;
6 – газовые горелки.

нагревателей и передают его нагреваемому материалу. Таким образом, они, как и водяной пар, являются промежуточными теплоносителями. Применение промежуточных высокотемпературных теплоносителей обеспечивает равномерность обогрева и безопасные условия работы. В качестве высокотемпературных теплоносителей применяют высококипящие органические теплоносители (ВОТ), минеральные масла, перегретую воду.

теплоносителей относится дифенильная смесь, состоящая из 26 % дифенила и 74 % дифенилового эфира. Дифенильная смесь обладает большой термической стойкостью, низкой температурой плавления (12 °С) и применяется, как жидкий теплоноситель, до температуры порядка 250 °С. Для достижения более высоких значений температуры дифенильная смесь должна находиться в состоянии кипения в качестве насыщенного пара.
Основными достоинствами использования дифенильной смеси как теплоносителя являются: возможность достижения высоких температур без применения высоких давлений, стойкость и нетоксичность.

различных продуктов. Для этой цели применяют масла с высокой температурой вспышки — цилиндровое, компрессорное, цилиндровое тяжелое. Верхний предел нагревания такими маслами не превышает 300 °С.
Масла являются дешевыми промежуточными теплоносителями, но имеют относительно низкие коэффициенты теплоотдачи, легко разлагаются, образуя на стенках накипь, ухудшающую теплообмен. В силу указанных недостатков они применяются реже, чем высокотемпературные органические теплоносители.

широком диапазоне температур, легко регулировать и точно поддерживать требуемый температурный режим.
Все электрические нагреватели просты по конструкции, компактны и удобны в обслуживании, Однако их широкое применение сдерживается сравнительно высокими затратами электроэнергии.
В зависимости от способа превращения электрической энергии в тепловую энергию, различают нагревание электрическими сопротивлениями (омический нагрев), индукционный нагрев, высокочастотный нагрев, нагревание электрической дугой.

и воздух.
1. Вода имеет большую теплоемкость и более высокие коэффициенты теплоотдачи, чем воздух. В зависимости от времени года и климатических условий, температура воды природных водоемов достигает значений 12…25 °С. Артезианская вода имеет температуру 4…5 °С. Вода из водоемов дешевле артезианской, но ее температура выше и подвержена сезонным колебаниям.
Для экономии воды и решения вопросов охраны окружающей среды на предприятиях вводится система водооборота, которая позволяет резко сократить потребление свежей воды и уменьшить количество воды, сбрасываемой в водоемы.

в градирнях (башнях с размещенным внутри слоем насадки, по которой стекает вода) за счет частичного испарения в движущийся противотоком воздух и снова направляют на использование в качестве охлаждающего агента. Оборотная вода в летних условиях имеет температуру порядка 30 °С, это учитывается при проектировании и эксплуатации теплообменной аппаратуры.
Вода используется для охлаждения смесей в поверхностных и смесительных теплообменниках.
Использование воды промышленными предприятиями часто приводит к необходимости ее сброса в водоемы и приводит к загрязнению последних. Поэтому необходимо осуществление комплекса мероприятий по очистке воды перед ее сбросом.

помощью вентиляторов в градирнях и в теплообменных аппаратах с оребренными трубками.
Достоинством использования воздуха, как охлаждающего агента, является его доступность и тот факт, что он практически не приводит к загрязнению наружной поверхности охлаждения.
К недостаткам использования воздуха следует отнести сравнительно низкий коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха и низкую удельную теплоемкость, вследствие чего требуемый массовый расход воздуха должен быть значителен.

0 °С. Если добавить ко льду или к снегу кристаллическую поваренную соль (NаС1), то температура таяния этой смеси будет ниже 0 °С и будет зависеть от количества соли в смеси. Наиболее низкую температуру смеси (минус 21,2 °С) можно получить при содержании соли около 29 %.
В качестве промежуточных хладоносителей в холодильной технике применяются рассолы NаСl и СаСl.
4. Для охлаждения до температуры ниже 0 °С применяются такие хладагенты, как аммиак и хладоны, имеющие низкие температуры кипения.

их охлаждения. Этот процесс используется при выпаривании растворов, в процессах ректификации, сушки и др. Объем получаемого конденсата примерно в 1000 раз меньше объема исходного конденсируемого пара, в результате чего при проведении этого процесса создается разрежение.
В зависимости от свойств и назначения конденсируемых продуктов процесс проводится в конденсаторах смешения или в поверхностных конденсаторах. В конденсаторах смешения отработанные пары смешиваются с водой, подаваемой на охлаждение, конденсируются, а затем выбрасываются в канализацию. В поверхностных конденсаторах теплообмен происходит через теплообменную поверхность, что позволяет удалять получаемый конденсат и охлаждающую воду раздельно.

греющей и нагреваемой средами.
Греющие и нагреваемые среды называют теплоносителями.

различают:
подогреватели,
испарители,
конденсаторы,
холодильники

регенеративные.

в трубе»)
С плоской
(пластинчатые)
С иной поверхностью
(спиральные,аппараты с «рубашкой»)

кожух;
2 – трубные решетки;
3 – трубы;
4 – днища;
5 – фланцы.

решетке; б - при биметаллической решетке

б –с обработкой гнезд решетки под сварку; в – с канавками вокруг сварного шва.

- по окружностям; в - коридорное расположение.

– плавающая головка
; 4 –днище;
5 –опора;
6 –крышка;
7 – распределитель-ная камера.

- нажимной болт;
5 –фланцевая скоба;

3 –каток;
4 –поперечная решетчатая перегородка трубного пучка;
5 – штуцер для входа продукта;
6 – монтажный штуцер;
7 – пруток для затаскивания пучка;
8 – теплообменная труба.

нагрева жидкости в тех случаях, когда необходимо иметь некоторую свободную поверхность нагреваемой жидкости для испарения из нее отдельных фракций.

1 –корпус подогревателя;
2-трубный пучок;
3 –распределительный барабан;
4 –отбойный козырек над штуцером подачи жидкости;
5 –сливная пластина;
6 –опорная балка под платформу для трубного пучка;

была ниже оси цилиндрического корпуса 1 аппарата. Требуемый уровень жидкости внутри подогревателя устанавливается регулированием положения сливной пластины 5. При этом высота свободного пространства над жидкостью должна быть не менее 0,35 Dв (Dв - внутренний диаметр корпуса). Такая конструкция подогревателя обеспечивает большое зеркало испарения и, следовательно, наиболее рациональную работу аппарата. Трубный пучок должен быть полностью погружен в жидкость при любом режиме работы, поэтому при регулировании сливной пластины уровень жидкости устанавливают выше пучка на 100 мм. Жидкость, подаваемая в корпус подогревателя, после отпарки через сливную пластину 5 проваливается в задний отсек, откуда затем откачивается насосом или сливается самотеком.

Внутри аппарата над приемным штуцером устанавливают отбойный козырек 4, который гасит струю поступающей в аппарат жидкости и равномерно распределяет ее по поверхности трубных пучков. Он также предохраняет нижние трубы пучков от эрозионного износа струей.

изготовляют с эксцентрическим коническим днищем. Это позволяет опускать трубный пучок предельно низко.

1 –корпус
подогревателя;
2-трубный пучок;
3 –распредели-тельный барабан;
4 –отбойный козырек над штуцером подачи жидкости;
5 –сливной патрубок;
6 –сливная пластина.

3 – «калач».

– теплообменная пластина; 4 – подвижная плита; 5 – винтовое устройство; 6 – штуцер для потока I; 7 – прокладки; I,II – потоки теплоносителей

причин высокой эффективности пластинчатых теплообменников. Кроме того, турбулентный поток в каналах способствует самоочищению поверхности пластин от накипи и других отложений.

разности температур
Проводят предварительный выбор теплообменника
Определяют значение коэффициента теплопередачи и площади поверхности теплообмена.
Сопоставление рассчитанного значения площади поверхности теплообмена со значением площади поверхности предварительно выбранного теплообменника

единицу времени - тепловой поток (Вт), затрачивается на нагрев более холодного теплоносителя . Часть теплоты расходуется на компенсацию тепловых потерь :



Уравнение теплового баланса может быть записано через величину энтальпий и массовых расходов теплоносителей:



Если теплоносители не меняют своего агрегатного состояния, т. е. не происходит их конденсации, испарение, то уравнение теплового баланса принимает вид:


С1 и С2– удельные теплоемкости веществ, участвующих в процессе теплообмена,
Дж/(кг ∙ К)

(кипение, конденсация), в уравнениях тепловых балансов необходимо учитывать теплоту фазового перехода. Например, для конденсатора, в котором происходит конденсация паров горячего теплоносителя за счет нагревания холодного теплоносителя, уравнение теплового баланса будет иметь вид:







где r – удельная теплота конденсации горячего теплоносителя, Дж/кг.
Под удельной теплотой конденсации понимают количество теплоты, которое выделяется при конденсации 1 кг теплоносителя.


Тепловая нагрузка теплообменника Q – это теплота, переданная через стенку теплообменника.
Это может быть Q1 или Q2 .

по справочнику в зависимости от вида теплообмена.

Выбирается теплообменник с поверхностью теплообмена S

выбранного теплообменника

Qп + Qов = Qву

Приход теплоты:
1. С паром Qп = W *Iп
2. С охлаждающей водой Qов = Gв св tвн

tк

Тогда
W *Iп + Gв св tн = (Gв + W) св tк

Где W - расход пара, кг/с
Iп - энтальпия пара, Дж/кг
Gв – расход воды, кг/с
Св – теплоемкость воды , Дж/(кг К)
tн , tк - начальная и конечная температуры воды.

Из этого уравнения определяют расход воды Gв .

в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности находят все большее применение конденсаторы и холодильники воздушного охлаждения, использующие в качестве охлаждающего агента атмосферный воздух.
Преимущества этих аппаратов следующие:
экономия охлаждающей воды и уменьшение сточных вод;
значительное сокращение затрат труда на чистку аппарата ввиду отсутствия накипи, солей;
уменьшение расходов, связанных с организацией оборотного водоснабжения технологических установок.

вентилятора;
3- электродвигатель;
4 –коллектор впрыска очищенной воды;
5 - жалюзи.

5-трубная решетка.

по полной наружной оребренной поверхности.

α1 +φ rз.вн +1/ α2 )

α1 - коэффициент теплоотдачи от продукта к стенке;
α2 -коэффициенты теплоотдачи от стенки к воздуху,
rз.вн – термимическое сопротивление загрязнений со стороны продукта,
φ - коэффициент оребрения (φ= 7,8; 9; 14,6; 20).

отводимого в аппарате.
Определить предварительно необходимую поверхность аппарата
F = Q/q,
задавшись величиной теплонапряженности наружной поверхности (примерно в пределах q = 1100—2100 Вт/м2).

3. Выбрать по нормалям конкретный аппарат воздушного охлаждения.
4. Для выбранного аппарата и по приведенной в нормалях характеристике вентилятора определить расход воздуха V при нормальных условиях и соответствующее сопротивление (напор) ∆р.

GB = VpB,
где рв — плотность атмосферного воздуха при приня­той начальной его температуре t1 и данном барометрическом давлении.

6. Из уравнения теплового баланса определить повышение температуры воздуха в результате отвода в аппарате заданного количества тепла:


где Св—массовая теплоемкость воздуха, кДж/(кг*К).
7. Определить температуру воздуха на выходе из аппарата:
t2 = t1 + ∆tВ

выбранном типоразмере аппарата по нормалям установить величину узкого сечения Fc для прохода воздуха и для этого сечения определить среднюю скорость:
WY=V/Fc

стороны воздуха αн,п
11. Выбрать величину загрязнения r3.B со стороны охлаждаемого продукта.
12. По уравнению вычислить коэффициент теплопередачи Кн.п и расчетную поверхность аппарата:
13. Если найденная величина запаса чрезмерна, необходимо сделать пересчет, выбрав другой тип аппарата, или несколько изменить производительность вен­тилятора.
15. По общепринятым методам определить гидравлическое сопротивление охлаждаемому потоку.
16. Определить потребляемую мощность (в кВт) электромотора
где ∆р — аэродинамическое сопротивление пучка труб потоку воздуха, Па; V — расход воздуха, м3/с; η - к. п. д. вентилятора.

направленного потока воздуха. Принцип работы Градирня представляет собой устройство, работающее по принципу противотока воды и атмосферного воздуха. Охлаждение воды в градирне осуществляется передачей тепла атмосферному воздуху за счёт поверхностного испарения воды и теплоотдачи соприкосновением (теплопроводности и конвекции). Температура поступающей воды в градирню — около 40-50 градусов, после  — 25-30 градусов (в лучшем случае).

ороситель (насадка).

аппарат, в котором происходит сжигание топлива и за счет этого передача теплоты нагреваемому продукту, находящемуся в трубах.

В дополнение к основной части теплоты, которая передается излучением, существенная часть передается конвекцией вследствие высокой скорости движения дымовых газов.

– трубный змеевик радиантной камеры;
3 – под;
4 – перегородка;
5 – боров (дымоход);
6 – трубный змеевик конвекционной камеры;
7 - стены;
8 - форсунка.

выражается количеством сырья, нагреваемого в трубных змеевиках в единицу времени (обычно этот показатель измеряется в т/сутки).
Она определяет пропускную способность печи,
т. е. количество нагреваемого сырья, которое прокачивается через змеевики при установленных параметрах работы (температуре сырья на входе в печь и на выходе из нее, свойствах сырья и т. д.). Таким образом, для каждой печи производительность является наиболее полной ее характеристикой.

теплоты, переданной печью сырью (в ед. времени).
Она зависит от тепловой мощности и размеров печи. Тепловая нагрузка большинства эксплуатируемых печей составляет 9…18 кВт. Перспективными являются более мощные печи с тепловой нагрузкой от 40 до 120 кВт и более.

qп,
т. е. количество теплоты, переданной через 1 м2 поверхности нагрева в единицу времени (измеряется в Вт/м2). Однако чрезмерно высокая теплонапряженность поверхности нагрева может нарушить нормальную работу печи и привести к прогару труб.

печи) характеризует экономичность ее эксплуатации и выражается отношением количества полезно используемого тепла Qпол к общему количеству тепла Qобщ, которое выделяется при полном сгорании топлива:
ή = Qпол / Qобщ

к.п.д. в пределах от 0,65 до 0,85

например, 1 час работы печи или ко времени, в течение которого сжигается 1 кг топлива.
Qобщ =Qпол +Qд.г +Qпот
где Qобщ - теплота, выделяемая при сгорании топлива;
Qпол - теплота, переданная сырью;
Qд.г - теплота, теряемая с уходящими из печи дымовыми газами;
Qпот - теплота, теряемая в окружающую среду.

Qобщ -Qд.г -Qпот

Величину Qобщ определяют по уравнению
Qобщ= Qт+ Qвозд + Qф.п.
где Qт - теплота самого топлива,
Qвозд - теплота воздуха, поступающего в топку;
Qф.п. - теплота форсуночного пара, применяемого для распыла жидкого топлива в форсунках.
Величина параметров Qвозд и Qф.п невелика, и этими параметрами можно пренебречь.

по уравнению
ή = Qпол / Qобщ
= 1 - (Qд.г / Qобщ) – (Qпот / Qобщ).

Величина потерь теплоты в трубчатых печах составляет 3…5 % от общего количества теплоты, т.е.

Qпот = (0,03… 0,05)Qобщ

рассчитывается по уравнению

Qд.г = Vд.г сv (t2 – t1 )

где Vд.г - полный объемный расход дымовых газов при температуре t2 ;
сv - средняя объемная теплоемкость их, Дж/(м3 К);
t1 - температура воздуха, поступающего в топку;
t2 - температура дымовых газов, уходящих из печи.

) / Qобщ

Повышение коэффициента полезного действия печи за счет более полного использования теплоты дымовых газов возможно до значения, определяемого их минимальной температурой.
Необходимо снижать величину t2.
Как правило, температура дымовых газов, покидающих печь, должна быть выше начальной температуры нагреваемого сырья не менее чем на 150 °С.
Опыт показывает, что при естественной тяге их температура не должна быть ниже 250 °С.

затрачивается на нагрев сырья от начальной температуры на входе в печь до конечной температуры на выходе из печи, а также на испарение некоторой части сырья при определенной температуре:
Qпол = Gс [I2 - I1 ]
Конеч . энтальпия нагреваемого сырья - I2 = [(е I2п + (1 – е) I2ж )
Нач. энтальпия нагреваемого сырья - I1 = I1ж , тогда
Qпол = Gс [(е I2п + (1 – е) I2ж ) - I1ж ]
где Gс - массовый расход сырья, кг/с; е - массовая доля отгона (испарения) сырья; I2п - энтальпия паров сырья на выходе из печи, Дж/кг; I2ж - энтальпия жидкого сырья на выходе из печи, Дж/кг; I1ж - энтальпия жидкого сырья на входе в печь, Дж/кг. Значением массовой доли отгона е задаются, значения I2п , I2ж , I1ж определяют по таблицам и графикам, приведенным в справочной литературе.

Величина площади поверхности труб, очевидно, зависит от интенсивности, с которой эта теплота передается через стенки труб, т.е. теплонапряженности поверхности нагрева qп, или
S = Qпол / qп

где S - площадь поверхности нагрева (полезная площадь поверхности печных труб);
qп - теплонапряженность поверхности нагрева.

отличающихся по конструктивному исполнению.

теплообменная поверхность;
2 – змеевик–подогреватель;
3 – дымовая труба;
4 – радиантная нагревательная поверхность;
5 – излучающая панель;
6 – газовые горелки.

на газообразном топливе. Горючий газ, обычно природный, выходя из сопла горелки 6, инжектирует необходимое количество воздуха, смешивается с ним и поступает на пористую панель 5, выполненную из керамического материала. При горении газа, которое происходит на поверхности излучающей панели, пламя отсутствует, поэтому горелки такого типа называются беспламенными. Раскаленная поверхность испускает мощный поток тепловой радиации. Образовавшиеся топочные газы с высокой температурой поступают в первую по ходу радиантную часть рабочего пространства печи, в которой теплота к нагреваемой поверхности 4 змеевика передается в основном за счет радиации.
Во второй, конвективной части печи 1, теплота от несколько охлажденных газов передается змеевикам главным образом за счет конвекции. Для лучшего использования теплоты на пути отходящих газов иногда устанавливают дополнительные теплообменные устройства, например змеевик-подогреватель 2. Газы удаляются через дымовую трубу 3.
В настоящее время в качестве топлива в трубчатых печах используют преимущественно природный газ, содержащий большое количество метана. При отсутствии природного газа применяют мазут. Кроме того, в качестве топлива иногда используют отходящие технологические газы нефтеперерабатывающих и других производств.

З, В, Г, Ц и Р .
Буквы означают: Б, что в печи осуществляется беспламенное горение;
З - с зональной регулировкой теплоотдачи;
В - с верхним отводом дымовых газов и вертикальными трубами змеевика;
Г - узкокамерные с верхним отводом дымовых газов;
Ц - цилиндрические;
Р – многокамерные.
Площадь поверхности нагрева радиантных труб в печах меняется в диапазоне от 15 до 2200 м2, наружные диаметры труб от 60 до 219 мм и длина от 3 до 24 м.

3, Г и Ц выпускают двух исполнений: например, ББ1 и ББ2, ЗР и ЗД, ГН и ГС, ЦС и ЦД. В этих обозначениях вторая буква характеризует способ сжигания топлива: Р - беспламенное с резервным жидким топливом, Д - настильное с дифференциальным подводом воздуха, Н - настильное и объемно-настильное, С - пламенное со свободным факелом.

сжиганием газового топлива и излучающими стенками, собранными из нескольких рядов беспламенных горелок; расположение труб горизонтальное с одной (ББ-1) или двумя (ББ-2) камерами. Регулировка количества топлива, сжигаемого в горелках каждого ряда, независимая, что позволяет в некоторых пределах регулировать теплоотдачу радиантным трубам по длине змеевика.

регулировкой величины теплоотдачи, верхним отводом дымовых газов, беспламенным сжиганием газообразного топлива (ЗР) и настильным сжиганием резервного жидкого топлива (ЗД). Радиантные трубы выполнены в виде двухрядного экрана двустороннего облучения.

радиации; при их использовании факелы мазутных горелок настилаются на поверхность блоков панельных горелок, образуя излучающую поверхность.
Печи типа ЗД аналогичны печам типа ЗР, однако в них нет излучающих стенок из панельных горелок, а факелы газомазутных горелок, также расположенных по поду печи, настилаются на поверхность фронтальных стен печи, по высоте которых на двух уровнях имеются каналы для подвода вторичного воздуха к факелам

Д - настильное с дифференциальным подводом воздуха.

1 – горелка;
2 – каналы для подвода воздуха;
3 – змеевики.

верхним отводом дымовых газов и вертикальными трубами змеевика.
Производительность каждой секции 10…17 МВт. Вертикальные трубы радиантного змеевика расположены у всех четырех стен камеры. Газомазутные горелки расположены в поду камеры.

газов и вертикальными трубами змеевика;
1 – змеевик конвекционных труб;
2 – змеевик радиантных труб;
3 – каркас;
4 – горелка.

отводом дымовых газов.
Выполняются двух типов:
ГС - вертикально-факельного сжигания топлива с одной камерой радиации и ГН - объемно-настильного сжигания с двумя камерами радиации.

выполненные в виде двух настенных экранов одностороннего облучения. В камере конвекции имеется пучок горизонтальных труб. В поду печи расположены газомазутные горелки.
В печах типа ГН змеевик выполнен в виде настенного экрана одностороннего облучения в каждой камере радиации и конвективного пучка труб в камере конвекции. Особенностью конструк­ции этих печей является наличие настильной стены, которая делит камеру радиации на две камеры с независимыми тепловыми режимами. Горелки размещены на боковых стенах печей под углом 45° к настильной стене. Эти печи работают следующим образом: факел, образовавшийся при сжигании топлива под углом с двух сторон, настилается на стенку, расположенную в центре печи. Тепло от раскаленной стены и факела передается радиантным трубам.

дымовых газов;
С - пламенное со свободным факелом.

1 – змеевик конвекционных труб;
2 – змеевик радиантных труб;
3 – горелка;
4 – дымовая труба.

дымовых газов;
Н - настильное и объемно-настильное,


1 – змеевик конвекционных труб;
2 – змеевик радиантных труб;
3 – настильная стена;
4 – каркас;
5 – горелка.

печи типа ЦС — цилиндрические, как без камеры конвекции, так и с камерой конвекции, и печи типа ЦД с несколькими камерами радиации и камерой конвекции.
В печах типа ЦС цилиндрическая камера радиации установлена на столбчатом фундаменте для удобства обслуживания газовых горелок, размещенных в поду печи. Радиантный змеевик собран из вертикальных труб на приваренных калачах; в центре пода печи установлена газомазутная горелка. Змеевики упираются на под печи, вход и выход продукта осуществляется сверху.

с дифференциальным подводом воздуха,

а - продольный разрез;
б - поперечный разрез;
1 – каналы для подвода вторичного воздуха;
2 – рассекатель-распределитель;
3 – горелки;
4 – радиантный змеевик;
5 – камера конвекции;
6 - воздуходувка.

с несколькими камерами радиации и имеют общую камеру конвекции, вертикально расположенные трубы и горизонтальный факел. Радиантный змеевик каждой камеры радиации состоит из труб, размещенных в один ряд у стен и в два ряда между смежными камерами. На фронтальной стенке вертикально по оси каждой камеры установлен ряд комбинированных газомазутных горелок. На противоположной стороне имеются окна для отвода продуктов сгорания в канал, соединяющий камеры радиации с камерой конвекции. Этот канал представляет собой узкий коридор, идущий вдоль камер радиации по всей их высоте.
Камера конвекции разделена промежуточными стенками на три хода для прохождения продуктов сгорания. Вертикальные трубы конвекционного змеевика могут быть гладкими, оребренными или ошипованными.

каркасы, стены и своды;
трубные змеевики;
гарнитура;
топливное оборудование;
система топливо -, воздухо - и пароснабжения;
лестницы и площадки для обслуживания и ремонта;
дымоходы и дымовые трубы;
пароперегреватели;
рекуператоры.

закрытая подвеска для однорядного экрана;
в– открытая подвеска;
г - разборнаяподвеска для двухрядного экрана;
д – закрытый кронштейн бокового экрана;
е - открытый кронштейн;
ж – решетка конвекционной камеры.

– крышка;
4 – заслонка гляделки.

крепление завихрителя;
3 – воздушная заслонка;
4 –рукоятка заслонки;
5 – парожидкостная камера;
6 – топливный вентиль;
7 – воздушные окна;
8 – воздушный регистр;
9 – кольцевой газовый коллектор;
10 – наконечники газового коллектора.

труба;
3 – газовое сопло;
4 – воздушная регулирующая заслонка;
5 газопроводная труба;
6 –керамическая призма;
7 – изоляционный слой;
8 –– трубки панельные;
9 –болт для крепления инжекторной трубы к камере.

от технологического процесса, который осуществляется на данной установке. Основными требованиями к работе всех печей можно считать следующие:
предотвращение местных перегревов продукта и обеспечение его нужного нагрева без разложения;
требуемая степень превращения сырья при минимальном коксовании;
максимальный срок службы печи.
Разница в условиях работы нагревательных и нагревательно-реакционных печей весьма существенна. Нагревательные печи работают при более благоприятных условиях. Разложение продукта в них и связанное с ним коксообразование на поверхностях труб предотвращается созданием равномерной теплонапряженности поверхности нагрева. Допустимое значение теплонапряженнности в каждом конкретном случае устанавливают в зависимости от температуры сырья, его склонности к разложению и скорости движения потока в трубах змеевика.

нагрева увеличивается. С переходом потока в радиантную камеру теплонапряженность резко возрастает и стабилизируется. При этом температура сырья изменяется в зависимости от его испарения и гидродинамического режима потока. До начала испарения вся теплота, воспринимаемая сырьем, расходуется на повышение его температуры. Далее некоторое количество теплоты затрачивается на испарение, так что рост температуры замедляется. При высоком давлении на входе в печь температура сырья в зоне испарения может снижаться из-за использования части собственной теплоты на испарение. Поэтому температуру сырья на выходе из печи не всегда можно принимать за максимальную температуру во всем трубном змеевике.
Следует избегать регулирования теплового режима работы печи путем равномерного увеличения температуры, так как при этом теплонапряженность на определенных участках испарения повышается до недопустимых значений. В процессе испарения сырья жидкая фаза потока утяжеляется, так как прежде всего происходит испарение низкокипящих фракций. Поэтому склонность к коксованию возрастает пропорционально степени испарения. Отсюда следует, что в зонах интенсивного испарения необходимо создавать более мягкий тепловой режим.
Тепловой режим работы всей печи в каждом случае устанавливают с учетом термостойкости сырья при температурах, до которых оно нагревается. Так, допустимыми значениями теплонапряженности поверхности нагрева являются: при нагреве газойля - до 350 °С (без его испарения); при нагреве нефти - до 310…340 °С (с частичным испарением) и т. д.
Нагрев тяжелых продуктов до высоких температур при боль­ших значениях теплонапряженности поверхности нагрева (выше 31 кВт/м2) приводит к интенсивному закоксовыванию труб. Это относится к печам установок вакуумной перегонки мазута, печам для нагрева тяжелых нефтяных остатков при замедленном коксовании и т. п.
Нагревательно-реакционные печи работают в условиях интен­сивного коксообразования на внутренних поверхностях труб. Это вызвано особенностью реакционных процессов, которые требуют определенного времени пребывания сырья в реакционных зонах трубного змеевика. В таких печах высокие теплонапряженности поверхности нагрева труб допустимы только до момента начала реакции; в противном случае трубы быстро прогорают.

гарантией удлинения срока их службы. По­этому обслуживающий персонал должен уделять этим операциям особое внимание. Перед каждым пуском печи в эксплуатацию трубный змеевик следует опрессовать. Опрессовку проводят в две стадии: сначала па­ром, а затем тем продуктом, который будет нагреваться в трубном змеевике печи в процессе эксплуатации.
Контрольная опрессовка змеевика и соединительных трубопроводов производится по следующей схеме.
1. Продукт нагнетается насосом в трубный змеевик до его заполнения, о чем судят по появлению давления на выходе из печи и по изменению уровня продукта в колонне, с которой соединен выход печи. Для поднятия давления в змеевике закрывают задвижку на входе в колонну. Регулированием печных насосов равномерно, без рывков устанавливают нужное для опрессовки давление. Обычно давление испытания принимают равным двукратному рабочему давлению. Под этим давлением змеевик выдерживают 5 мин, после чего давление снижают до рабочего и начинают осмотр.
2. Закрывают дверцы гляделок и предохранительных окон.
3. Включают топливный насос для разогрева топлива и произво­дят кратковременную циркуляцию топлива по схеме мерник - насос - коллектор форсунок - мерник.
4. Спускают конденсат из парового коллектора форсунок, при этом вентиль на конденсатопроводе в период пуска форсунок должен быть всегда слегка открытым.

недостаточной герметичности системы, топочное пространство печи продувают водяным паром. В зависимости от размеров топки продувку продолжают в течение 10…15 мин, пока из дымовой трубы не появится водяной пар.
После продув­ки к форсункам подносят факел. Форсунки зажигают в следующем порядке: сначала одну - посередине, затем по порядку по обе стороны от нее. Пока печь холодная, факел для поджигания горючей смеси должен непрерывно находиться перед горящими форсунками, поскольку по различным причинам форсунки гаснут; факел убирают после того, как форсуночная амбразура раскалится. Число одновременно горящих форсунок и степень их шуровки зависят от скорости возрастания температуры сырья, которая указывается в технологической карте установки.
В процессе повышения температуры вода испаряется из сырья, и постепенно разогревается вся аппаратура установки. Когда темпе­ратура дымовых газов над перевальной стеной достигнет 250… 300 °С, в трубы пароперегревателя подают пар с последующим выхлопом его в атмосферу, чтобы избежать прогара труб. Перегретый до необходимой температуры пар используют, как указано в пусковой инструкции.
В аналогичных условиях к системе подключают и рекуператор. Для предотвращения интенсивной коррозии труб количество нагнетаемого в рекуператор воздуха увеличивают постепенно с помощью шибера, чтобы температура его была не ниже точки росы. В течение этого времени регулированием внешнего регистра к форсункам добавляют холодный воздух.
По достижении заданной температуры сырья горячую цирку­ляцию прекращают, и установку переводят «на сырье», т. е. на работу по основной технологической схеме.

работы в пределах, обусловленных общей технологической картой установки.
Показателями, характеризующими эксплуатационное состояние трубчатой печи, являются температура сырья на выходе, температура дымовых газов над перевальной стеной и давление в змеевике. При установившемся расходе сырья шуровка форсунок автоматически регулируется таким образом, чтобы на выходе из печи достигалась определенная температура. Регулирование обеспечивает получение продуктов постоянного качества при наиболее целесообразном режиме.
Расход сырья поддерживается регуляторами расхода. С увеличением расхода сырья теплопроизводительность печи должна возрастать, снижение расхода должно вызывать соответствующее снижение теплонапряженности топки, чтобы не допускать резкого повы­шения температуры на выходе и, следовательно, перегрева стенок труб.
Признаком нарушения теплового режима трубчатой печи является заметное увеличение температуры дымовых газов над перевальной стеной. Это свидетельствует о плохом теплообмене через стенки печных труб, т. е. о начале их закоксовывания.
О степени закоксованности печных труб можно судить по давлению на входе в печь. В этом случае не рекомендуется увеличивать расход топлива, нагрузку на форсунки, а желательно снижать расход сырья, что при неизменной температуре дымовых газов на перевале может гарантировать продолжительную работу печи. Значительное снижение расхода сырья говорит о необходимости остановки печи на ремонт.
Иногда к усилению нагрузки на форсунки прибегают при уменьшении температуры сырья на входе в печь из-за плохой работы теплообмен­ников.
Срок непрерывной работы трубчатой печи зависит от ряда факторов:
характера всей технологической установки;
вида сырья;
режима работы и квалификации обслуживающего персонала.
Наиболее частой причиной остановки печи является отложение кокса на внутренних стенках труб или большой налет золы на их наружных поверхностях.
Различают плановую и аварийную остановку трубчатых печей.

сырья до 50…60 % при поддержании номинальной температуры на выходе из печи. Скорость снижения зависит от возможности теплового регулирования посредством ослабления шуровки или выключения форсунок.
Снижают температуру сырья на выходе с примерной скоростью 20…30 °С в час до оптимальной температуры, предусмотренной технологической картой при горячей циркуляции.
Прекращают подачу свежего сырья в печь и переводят ее на режим циркуляции.
Температуру продолжают снижать до тех пор, пока не станет возможной продувка змеевика для освобождения его от остатков сырья.
В процессе снижения температуры должны быть приняты меры для предотвращения прогаров или сильной коррозии дымовыми газами труб пароперегревателя и рекуператора. До полной остановки печи рекомендуется в трубы пароперегревателя подавать пар, а вентилятор, нагнетающий воздух в рекуператор, необходимо выключить уже в момент перевода печи с режима работы при пониженной производительности на режим горячей циркуляции.
Трубный змеевик печи продувают паром против или по ходу сырья. В первом случае остатки сырья из змеевика поступают в аварийные емкости, а во втором - в аппарат, который подключен к печи (чаще всего таким аппаратом является ректификационная колонна). Иногда продувку производят сначала против хода, а затем по ходу сырья, совмещая ее с сушкой змеевика. Продолжительность продувки паром составляет один - два часа, в зависимости от длины змеевика.
Продолжительность продувки зависит также от давления водяного пара в магистрали, которое должно быть достаточным для преодоления гидравлических сопротивлений в змеевике при режиме продувки.

плановая, так как при неожиданных резких нарушениях подачи сырья, пара время на ее проведение всегда ограничено.
Наиболее опасно внезапное прекращение поступления в печь сырья, что может быть следствием разрыва сырьевого трубопровода, остановки печных насосов или поломки запорной арматуры. Если не принять немедленных мер, то неизбежно закоксовывание труб змеевика, а на некоторых установках даже полный выход их из строя.
В этом случае первой операцией по прекращению подачи сырья является тушение форсунок с одновременным переводом печи на схему горячей циркуляции. Последующая полная остановка печи производится в указанной выше последовательности.
Характер аварийной остановки печи при прогарах труб змеевика определяется размерами и участками этих прогаров. Небольшой разрыв или начинающийся прогар сопровождается незначительной течью сырья, наблюдаемой через гляделки или форсуночные амбразуры печи. В данном случае печь останавливают по нормальной схеме, а змеевик продувают. Вид продувки зависит от того, на каком участке змеевика находится прогоревшая труба: если ближе к выходу из печи, продувку ведут против хода сырья, если же ближе к входу в печь - по ходу сырья.
Аналогичной схемы продувки придерживаются и при сильных прогарах, когда в камеры печи поступает много продукта. Сильные прогары являются серьезной аварией, нередко сопровождающейся пожарами, поэтому печь необходимо остановить немедленно.
Для этого быстро прекращают подачу сырья, тушат все форсунки и продувают змеевик паром. Для предотвращения распространения пламени открывают подачу пара на всех линиях паротушения печи, а также в боров и дымовую трубу.
На вакуумных установках весьма опасны прогары труб в радиантных секциях змеевиков печей. Зачастую такие прогары трудно обнаружить, так как при разрежении пропуск сырья визуально не наблюдается. Через разрывы в печных трубах в вакуумную колонну могут за­сасываться дымовые газы, что нарушает вакуум. Поэтому при внезапном изменении вакуума в колонне обслуживающий персонал должен тщательно проверить состояние труб печи.
Остановка печи вследствие неплотностей в соединениях труб с ретурбендами и в самих ретурбендах осуществляется в той же последовательности, что и при прогарах. Чтобы избежать воспламенения продукта, в ретурбендную камеру, где обнаружена неплотность, начинают немедленно подавать пар из системы пароту­шения.
После остановки трубчатую печь немедленно отключают от технологической схемы, трубопроводов и насосов путем закрытия задвижек с последующей обязательной установкой заглушек.