CS232412B1 - Zavážení trubkových systémů pecí - Google Patents

Abstract

Vynález se týká zavěšení trubkových systémů reakčních nebo ohřevných pecí pomocí lan, kladek, závaží, táhel a pák. Zavěšení pomocí lan střídavě vedených kladkami závěsů ke konstrukci a kladkami závěsů trubek, kde lana jsou jedním koncem ukotvena k nosné konstrukci a druhým koncem k protilehlým závažím, jehož podstata spočívá v tom, že místa kotvení (8) dvou lan (2) jsou ve vztahu k závažím O) zrcadlově stranově vystřídána. Kladky (3) závěsů jsou'spojeny s nosnou konstrukcí nebo trubkami (6) pevně pomocí vodorovných čepů. případně pomocí horních výkyvných táhel (4) a spodních výkyvných táhel (5) tažených, případně tlačených, které jsou opatřeny stupnicí (7) s olovnicí (12). Zavěšení podle vynálezu lze uplatnit u všech tepelných zařízení, kde je trubková sekce umístěna ve vertikální poloze, zejména pro pecní systémy petrochemického průmyslu.

Description

Vynález se týká zavěšení trubkových systémů reakěních nebo ohřevných pecí pomocí lan, kladek, závaží a pák.

Známé pyrolýzní, reforraingové a jiné druhy pecí reakěních nebo ohřevných se svislým uspořádáním trubek musí mít řešenu otázku vlivu vlastní hmotnosti a značné teplotní dilatace 'trubkového systému na jeho pevnost a provozní spolehlivost. Podmínky, za nichž se uvedený problém řeší, jsou časo extrémní, protože trubkové systémy pracuji za velmi vysokých teplot, někdy i s vyššími hodnotami vnitřního pracovního přetlaku a i přes použití ve velmi hodnotných vysoce žérupevných materiálů v podmínkách velmi nízkých dovolených namáhání.

životnost a spolehlivost těchto systémů je navíc omezována nepřípustností větších trvalých deformací, protože vysoce žérupevné materiály používané k jejich výrobě, například odstředivým litím, v provozních podmínkách výrazně křehnou, takže po relativně velmi malé deformaci dochází k lomům a provozním výpadkům, přinášejícím vysoké ekonomické ztráty. Situace je často komplikována korozním působením pracovních látek, které působí ve stejném směru a konečné pracovní podmínky jsou proto ještě těžší.

Vlastním posláním zavěšení trubkových systémů je proto vytvoření podmínek k co největšímu potlačení těchto nepříznivých vlivů, tj. má umožnit v co největší míře pouze realizaci volné teplotní a tlakové dilatace. Omezení této dilatace, nebo naopak vnucování systému dalších posuvů životnost systému snižuje. Z hlediska plnění takto formulované funkce je nejobtížnšjší taková situace, kdy teploty trubek nejsou stejné a obtížnost roste se zvětšováním tohoto teplotního rozdílu. V případě, že technologicky mají být teploty všech trubek stejné, dochází k individuálním rozdílům, například z důvodu rozdílného přívodu, nebo odvodu tepla, změn aktivity katalyzátoru atd.

Trubkový systém popisovaných pecí sestává obvykle z pravidelně uspořádaných řad trubek. Pro účely tohoto popisu jednu řadu trubek nazveme sekcí. Sekce jsou nejčastěji rovinné útvary.

Je známo řešení zavěšení trubkového systému pece, u něhož se využívá k zachycení tíhové síly osové výslednice vnitřního přetlaku v trubkách. Systém je tvořen vertikálními reakčními trubkami, spojenými vodorovným spodním společným kolektorem, opřeným na opěrách. Vlastní trubky mohou volně dilatovat vzhůru. Předpokládá se, že vnitřní přetlak bude kompenzovat jejich tíhovou sílu. Vlivem výrobních a provozních nepřesností však v trubkách vznikají ohybové momenty, které vnitřní přetlak kompenzovat nemůže. Výsledkem je vznik zvláštní plastické nestability, kdy dojde k postupnému narůstání prúhybů trubek, ke změnám jejich osálání, což navíc nepříznivě působí na další změny jejich tvaru. Konečným stadiem je pek vyčerpání mezní deformace v tečení a provozní lom.

U jiného známého systému jsou jednotlivé trubky systému zavěšeny na pružinách. Síla v pružinách se nastavuje blízko k tíhové síle příslušné trubky, takže vliv vlastní hmotnosti je pak kompenzován. Tento systém se však musí složitě nastavovat, jeho konstrukční návrh je velmi složitý, protože při konečné tuhosti pružin musí umožňovat dilatační pohyby, které zpětně vedou ke zrněném sil v pružinách. Proto se toto řešení pouze přibližuje k vytčenému cíli a rozdíl musí být opět zaplacen snížením životností systému. Tento nedostatek lze do jisté míry ovlivnit použitím speciálních, poměrně složitých závěsů konstantní síly. Jejich pracovní chod je však omezený, jsou složité a drahé a přítomnost tření do jisté míry ruší jejich výhody. Jejich nastavení na skutečné tíhové síly v místech zavěšení vlivem tolerancí výrobní hmotnosti systému není prakticky nikdy přesně možné.

Lépe tento problém řeší známé provedení pecí, u nichž jsou použity individuální protizávaží. Každá trubka - nebo dvojice - systému je opatřena táhlovým systémem s protizávažím, takže kompenzace tíhových sil je velmi dobrá a je možno provést i individuální dovyvážení trubek a závaží a kompenzovat tak výrobní odchylky. Hmotnost systému zavěšení táhla

- protizávaží zvyšuje zatížení nosné ocel. konstrukce, což opět zvyšuje její hmotnost. Vznikají také značné problémy s celkovou dispozicí pece, protože pákový systém a závaží jsou velmi náročné na prostor. Nutný kompromis v celkovém zavěšení rozměrů pece vede k jejímu zdražení a dokonce, vlivem zvýšených tepelných ztrát i ke zhoršení ekonomických provozních ukazatelů.

Další známé provedení zavěšuje každou řadu se systému trubek pomocí kladek, jednoho lana a jednoho závaží. Jeden konec lana je ukotven k nosné konstrukci a je střídavě veden od kladek, upevněných k nosné konstrukci, ke kladkám, upevněným k trubkám. Druhý konec lana je napínán závažím. Toto provedení téměř nezatěžuje navíc nosnou konstrukci, umožňuje také individuální dovyvážení hmotnosti řady, má však - zvláště u většího počtu kladek podstatnou nevýhodu, jíž je nerovnoměrnost sil v jednotlivých závěsech, vyvolaná ztrátami třením. Pokles síly v lánech může být velmi podstatný, což vede jednak ke vzniku přídavných napětí, jednak k výraznému hysteresnímu chování systému.

Nevýhodou lanového zavěšení uvedeného v předchozím odstavci odstraňuje v podstatné míře provedení, které zavěšuje trubkové nebo vlásenkové sekce pomocí jednoho lana, střídavě vedeného od kladek ukotvených k nosné konstrukci ke kladkám upevněným k trubkám trubkové sekce, přičemž oba konce lana jsou připojena k závažím ve svislém směru volně pohyblivým. Vlivem obojstranného přiložení tíhových sil závaží je nerovnoměrnost závěsných sil podstatně menší než u jiných známých provedeni. K zabránění náhodného převažování však toto provedení vyžaduje zvláštní omezovači zařízení. Vzhledem k tomu, že je použito pouze jedno lano, vzniká jisté ohrožení provozu při jeho poruše, což platí i pro jiné výše popsané známé lanové závěsy.

Popsané nedostatky se odstraňují v podstatné míře, nebo zcela zavěšením trubkových systémů pecí podle vynélezu pomocí lan střídavě vedených kladkami závěsů ke konstrukci a kladkami závěsů trubek, kde lana jsou jedním koncem pevně zakotvena k nosné konstrukci a druhým koncem k protilehlým závažím, jehož podstata spočívá v tom, že místa kotvení dvou lan jsou ve vztahu k závažím zrcadlově stranově vystřídána. Kladky závěsů jsou spojeny s nosnou konstrukcí nebo s trubkami pevně pomocí vodorovných čepů, případně pomocí horních výkyvných táhel a spodních výkyvných táhel tažených, případně tlačených, které jsou opatřeny stupnici s olovnicí.

Vlivem přiložení tíhových sil závaží střídavě na dvou lánech stranově vystřídaných jsou nerovnoměrnosti závěsných sil podstatně menší, než u jiných známých provedení. Tento účinek vynálezu má přímý kladný vliv na životnost systému.

Při nerovnoměrném rozdělení teplot trubek, zejména při nebezpečném přehřátí některá z nich se může uskutečnit teplotní dilatace bez podstatné změny sil v- závěsech.

Dalším účinkem je skutečnost, že závaží nemusí být opatřena omezovacím zařízením proti náhodnému převážení a dále zvýšení provozní spolehlivosti. Takto dle vynálezu provedený systém má velkou provozní jistotu, protože ani porucha některého z lan, sama o sobě velmi málo pravděpodobná, .neohrozí provozovatelnost zavěšení na delší dobu, takže poruchu je možno v klidu odstranit bez odstavení pece.

Lanové zavěšeni dle vynálezu tedy v každém bodě závěsu působí prakticky téměř stejnou a konstantní silou na libovolné, předem zvolitelné dráze s velmi jednoduše nastavitelnou hodnotou této síly změnou hmotnosti závažíj je ve srovnání se speciálními pružinovými závěsy konstantní síly velmi jednoduché, s malou hysterezí a levné, protože lze použít standardně a masově vyráběných dílů, například používaných při elektrifikaci železnic. Je dále provozně spolehlivé, protože má velmi malý počet jednoduchých a stejných dílců. Vlastní závaží mohou mít. osvědčenou, o sobě známou konstrukci levných kruhových válců, zhotovených například z betonu tak, že jsou opatřeny otvorem, zasouvací drážkou a výstupkem, takže se' dají volně nasouvat na nosnou tyč bez nutnosti manipulace se zbytkem závaží nebo demontáže.

Dají se zhotovit z řady velikostí, z nichž lze skládat jakoukoliv potřebnou výslednou hmotnost, eventuálně provádět dovyvážení.

Dle vynálezu se používá k zavěšení každé sekce trubek nebo vlásenek dvou lan procházejících vždy střídavě kladkami se společnými vodorovnými osami, tvořícími vlastní závěs na konstrukci a na trubce nebo vlásence. Lana mají jeden kotvicí bod na nosné konstrukci a druhým koncem jsou natahována tíhou závaží. Kotvicí body jsou navzájem stranově vystřídány. Vlastní závěsy tvoří vždy dvě kladky se společnou vodorovnou osou s výjimkou vnějěích závěsů, kolem nichž se vinou příslušná jim lana. Osa kladek je tvořena ěepem, na čep navazuje kyvné táhlo, jehož druhý konec je opět prostřednictvím čepu upevněn buS k nosné konstrukci, nebo vlastni zavěšené trubce. Toto táhlo může však být i vynecháno. Minimální potřebný počet kladek je čtyřnásobek počtu trubek. Celkový počet kladek může být obecně větší, než je uvedený minimálně možný počet.

Lana obecně dle vynálezu tvoří uvnitř závěsného pole mezi zavěšenými trubkami s vertikálou určitý úhel alfa , který je v mezích 0° ž alfa S. 45° a je funkcí vodorovné a svislé vzdálenosti os sousedních kladek v závěsném poli, poloměru lanových kladek a jmenovité teplotní dilatace trubky v místě kloubu závěsu trubky.

Dle vynálezu lze zvolit jistou hodnotu úhlu e kombinaci vodorovné a svislé vzdálenosti os sousedních kladek v závěsném poli, poloměru lan vých kladek a jmenovité teplotní dilatace trubky v místě kloubu závěsu trubky, která bude přijatelným kompromisem mezi minimálním počtem kladek a malým narušením rovnoměrnosti závěsných sil při přehřátí ojedinělé trubky. Tato hodnota je alfa i 25°, avšak i větší hodnota může být přijatelné, zvláště, když je nutno vytvořit nelineární závěs.

Na přiložených výkresech jsou znázorněny příklady zavěšení sekcí trubek nebo vlásenek podle vynálezu, kde obr. 1 znázorňuje situaci, kdy sekce vlásenek je opatřena jedním bodem otočným, posuvným a pevným a na jednom závěsu je zavěšena jedna vlásenka. Obr. 2 a 3 znázorňuje zavěšení více trubek nebo vlásenek na jednom závěsu.

Na obr. 1 je znázorněno zavěšení tvořené dvěma lany <2, z nichž každé mé protilehlé kotvení 8, dále dvěma závažími £ upevněnými ke koncům lan. Lana jsou vedena kladkami £ střídavě na straně závěsů ke konstrukci a k trubkám 6. Mezi vlastními kladkami £ a konstruk cí pece jsou horní výkyvná táhla £, která jsou tažena, případně tlačena. Obdobně jsou kladky £ u závěsů trubek spojeny s vlastními trubkami výkyvnými táhly £. Táhla £ a £ však mohou být částečně, nebo zcela vynechána. Správnou volbou délek závěsných táhel £ a £ lze získat další zrovnoměrnění sil v systému, protože vlivem tř.ení vzniklé odchylky od průměrných hodnot sil tato táhla natočí o určitý úhel. Tento úhel lze kontrolovat pomocí vhodné stupnice £ a olovnice 12. V případě potřeby lze vrátit horní výkyvná táhla £ do výchozí polohy přiložením malé vodorovné síly. Dále funkce táhel dle vynálezu je důležitá také pro kompenzaci vodorovných dilatací systému, takže úhel alfa se udržuje po celé délce jak vlivem tření, tak i dilatací ve velmi malé toleranci.

Jednotlivá spodní výkyvná táhla £ jsou opatřena vodorovnými váhovými pákami ££, ££, pro zavěšení více trubek nebo vlásenek 6 na jednom závěsu.

Celková výslednice všech sil ze zavěšení, působící na zavěšenou trubkovou sekci, může být menší, stejná, nebo větší, jako její tíhová síla. Protože trubková sekce musí být navíc spojena se vstupem, nebo výstupem pracovní látky, a dokonalé vyrovnání tíhových sil je v praxi nemožné, i když dle vynálezu je nejpřesněji proveditelné dovývažky k závažím, může mít dle vynálezu trubková sekce nejméně jeden pevný, otočný, posuvný nebo dorazový bod umístěný na libovolném předem určeném místě. Na obr. 1 sekce trubek 6 má naznačený jeden otočný £ a posuvný 10 a pevný 11 bod.

Navržené zavěšení sekcí trubek nebo vlásenek podle vynálezu lze využít u všech tepelných zařízení, kde je sekce umístěna ve vertikální poloze, zejména pro pecní systémy petrochemického průmyslu..

Claims (3)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zavěšení trubkových systémů pecí pomocí lan, střídavě vedených kladkami závěsů ke konstrukci a kladkami závěsů trubek, kde lana jsou jedním koncem pevně ukotvena k nosné konstrukci a druhým koncem k protilehlým závažím, vyznačené tím, že místa kotvení (8) dvou lan (2) jsou ve vztahu k závažím (1) zrcadlově stranově vystřídána.
2. 2. ZavěSení trubkových systémů pecí podle bodu 1, vyznačené tím, že kladky (3) jsou spojeny s nosnou konstrukcí nebo trubkami (6) pevně pomocí vodorovných čepů, případně pomocí horních výkyvných táhel (4) a spodních výkyvných táhel (5) tažených, případně tlačených, které jsou opatřeny stupnicí (7) s olovnicí (12).
3. 3. Zavěšení trubkových systémů peci podle bodu 1, vyznačené tím, že k závěsu jsou uchyceny vodorovné váhové páky (13, 14, 15) pro připojení trubek (6).