ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ Российский патент 1994 года по МПК C10G9/20 

Изобретение относится к конструкции секционной трубчатой печи и может быть использовано в нефтяной, газовой нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности.

Известна конструкция коробчатой трубчатой печи с горизонтальными змеевиками, размещенными на двух противоположных стенах камеры радиации, конвективной камерой, расположенной над камерой радиации с подовым расположением горелок. (Каталог "трубчатые печи", ЦИНТИХимнефтемаш, М., 1977, с.14).

Однако эта конструкция имеет большую материалоемкость и сравнительно большое гидравлическое сопротивление змеевиков блоков труб.

Известна конструкция коробчатой вертикально-секционной печи, включающая радиантную камеру с настенными вертикальными радиантными трубами, разделенную сдвоенными рядами радиантных труб на секции, конвективные камеры, расположенные над соответствующими радиантными секциями и подовые горелки (авторское свидетельство СССР N 385996, F 27 B 5/00, 1968).

Эта конструкция имеет низкую степень использования радиантной поверхности нагрева, свойственную змеевикам с параллельным расположением осей труб оси факелов; большое гидравлическое сопротивление змеевиков и большую металлоемкость из-за верхнего расположения конвективных камер, опирающихся на каркас.

Кроме того, известна конструкция многокамерной трубчатой печи, содержащей основание с опорами, свод и боковые стены, установленные на опорах основания конвективные и радиантные камеры с размещенными в них блоками труб змеевиков (см.авторское свидетельство СССР N 223246, кл. F 27 B 3/04, 1968).

Однако известная конструкция также имеет большую материалоемкость, обусловленную опорой коллекторов трубных систем на потолочные рамы каркаса печи; низкую степень использования радиантной поверхности нагрева из-за недогрузки входных участков труб, а также низкую сейсмоустойчивость из-за недостаточной жесткости каркаса печи. Изобретение направлено на устранение указанных недостатков.

Для получения технического результата в трубчатой печи, содержащей основание с опорами, свод и боковые стены, установленные на опорах основания конвективные и радиантные камеры с размещенными в них блоками труб змеевиков, радиантная камера выполнена секционной, при этом конвективная и радиантная камеры разделены между собой установленной на выполненном в виде подовой рамы основании объемной вертикальной фермой, образующей со стенками конвективной и радиантной камер силовой пространственный несущий каркас, а блоки труб змеевиков образованы прямыми участками труб, соединенными отводами с радиусом гиба, равным 3-4 диаметра труб.

На фиг. 1 изображен продольный разрез общего вида; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - вариант выполнения печи с одной радиантной и конвективной камерами.

Трубчатая печь содержит конвективную камеру 1 и радиантную камеру 2, блоки труб змеевиков 3, раму пода 4, свод 5 и боковые стены 6 радиантной камеры, объемную форму 7, жестко соединенную с одной из продольных стен 8 конвективной и стеной 9 радиантной камеры, секций 10 из спирально-витых змеевиков, закрепленных в стойках 11 и выполненных из прямых труб 12 и отводов 13 с радиусом гиба, равным 3-4 диаметра трубы.

Печь работает следующим образом.

Нагреваемый продукт поступает в змеевик 14 конвективной камеры 1, а затем в секции 10 из спирально-витых змеевиков, где нагревается за счет тепла от топлива, сжигаемого при помощи горелочных устройств 15, расположенных в подовой части радиантной камеры, и покидает печь. Дымовые газы (продукты сгорания топлива) из каждой секции 10 в камере радиации по соответствующим газоходам 16 поступают в верхнюю часть камеры конвекции 1, где они смешиваются и единым потоком проходят конвективную камеру, отдавая тепло конвективному змеевику.

Следует отметить, что предложенная конструкция печи характеризуется значительно меньшей материалоемкостью по сравнению с широко применяющимися в настоящее время печами типа ВС-4-1400/12,6, например приведенные к одинаковой температуре стен радиантной поверхности нагрева и равной мощности имеют массу (без змеевика), соответственно в 2 раза легче (см.фиг.1), а трубный змеевик радиантной камеры в предлагаемой печи легче в 1,5 раза.

Объясняется это тем, что в печи-прототипе оси факелов и оси труб параллельны, а в предлагаемой печи перпендикулярны. В этом случае степень равномерности нагрева труб ϕ₂, и степень эффективности распределения тепла ϕ₃ по трубам в печи прототипа соответственно равны 0,6 и 0,7, а у настоящей печи 0,8 и 0,8. Поэтому отношение массы змеевика прототипа и предлагаемой печи будет 0,8/0,6 0,8/0,7 - в 1,52 раз больше. Кроме того, настоящие змеевики выполнены из спирально-витых секций и из прямых участков труб, соединенных между собой приварными отводами с радиусом гиба 3-4 D трубы, имеют меньшее гидравлическое сопротивление (ζ), чем обычные змеевики с отводами радиусом гиба 0,9-1,0 трубы, т. к. коэффициенты гидравлического сопротивления (по справочным данным):
для отвода на 180^о R/D_тр - 1 ζ = 0,6
для отвода на 90^о R/D_тр - 3-4 ζ = 0,22-0,24
В предлагаемой печи используются два отвода на 90^оС, т.е. коэффициент гидравлического сопротивления такой пары составит ζ = 0,44-0,48, тогда гидравлическое сопротивление змеевика настоящей печи в 0,6/0,44-0,48 = 1,25-1,36 раз меньше гидравлического сопротивления змеевика, используемого в прототипе за счет радиусов гиба, а в результате того, что в настоящей печи поверхность радиантного змеевика меньше в 1,52 раза, то гидравлическое сопротивление будет еще меньшим.

Дополнительно следует отметить, что значение радиуса гиба каждого витка спирали змеевика, равное 3-4 диаметра трубы, имеет значение не только с точки зрения гидравлики и увеличения теплосъема, но и образует самонесущие горизонтальные спиралеобразные прямоугольные секции из труб с минимальным количеством труб в блоке с оптимальным расстоянием между витками, равным двум диаметрам труб. Эта конструктивная особенность при наличии объемной формы и самонесущих стен камер позволяет обойтись без громоздких стоек в каркасах радиантной и конвективной камер, значительно снижает массу печей и при одновременном повышении прочности и устойчивости конструкции при ветровых и сейсмических нагрузках, т. е. обеспечении надежности печи при эксплуатации ее в сейсмоопасных районах и зонах с высокими ветровыми нагрузками.

Кроме того, за счет симметричного расположения радиантных камер относительно конвективной обеспечивается дополнительная сейсмо- и ветроустойчивость при минимальной занимаемой площади.

Важной особенностью настоящей печи является то, что за счет секционирования радиантных камер в зависимости от требуемой производительности можно включать или выключать отдельные секции радиантных камер, что позволяет варьировать производительностью печи от минимальной до максимальной, включая и промежуточные значения, при этом для исключения попадания газов в соседние невключенные секции газоходы оборудованы заслонками (на черт. условно не показаны).

Следует также отметить, что горизонтальное расположение труб змеевика обеспечивает быстрое и полное опорожнение труб змеевика от нагреваемого продукта в случае возникновения аварийной ситуации, а П-образная компоновка печи, при которой основание камеры конвекции размещено на одном уровне с подовой рамой камеры радиации и поток дымовых газов, направленный сверху вниз, позволяет разместить после конвективного змеевика развитую теплоутилизирующую поверхность и осуществить глубокую утилизацию тепла дымовых газов, что значительно упрощает технологию изготовления, монтажа и обеспечивает уменьшение массы конструкции.

Использование: может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтеперерабатывающей и нефтехимической отраслях промышленности. Сущность изобретения: в трубчатой печи, содержащей основание с опорами, свод и боковые стены, установленные на опорах конвективные и радиантные камеры с размещенными в них блоками труб эмеевиков, радиантная камера выполнена секционной, при этом конвективная и радиантная камеры разделены между собой установленной на выполненном в виде подовой рамы основании объемной вертикальной фермой, образующей со стенками конвективной и радиантной камер силовой пространственный несущий каркас, а блоки труб змеевиков образованы прямыми участками труб, соединенными отводами с радиусом гиба, равным 3 - 4 диаметра труб. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ, содержащая основание с опорами, свод и боковые стены, установленные на опорах основания, конвективные и радиантные камеры с размещенными в них блоками труб змеевиков, отличающаяся тем, что радиантная камера выполнена секционной, при этом конвективная и радиантная камеры разделены между собой установленной на выполненном в виде подовой рамы основании объемной вертикальной фермой, образующей со стенками конвективной и радиантной камер силовой пространственный несущий каркас. 2. Печь по п.1, отличающаяся тем, что блоки труб змеевиков образованы прямыми участками труб, соединенными отводами с радиусом гиба, равным 3 - 4 диаметрам труб.