WO2017200428A1 - Устройство ограждающей конструкции технологических печей - Google Patents

Устройство ограждающей конструкции технологических печей Download PDF

Info

Publication number
WO2017200428A1
WO2017200428A1 PCT/RU2017/050039 RU2017050039W WO2017200428A1 WO 2017200428 A1 WO2017200428 A1 WO 2017200428A1 RU 2017050039 W RU2017050039 W RU 2017050039W WO 2017200428 A1 WO2017200428 A1 WO 2017200428A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
furnace
coating
composition
heat transfer
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/050039
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Александр Васильевич ШЕВЦОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Интехэнерго"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Интехэнерго" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Интехэнерго"
Priority to PL426604A priority Critical patent/PL238849B1/pl
Priority to US16/302,641 priority patent/US20190203059A1/en
Publication of WO2017200428A1 publication Critical patent/WO2017200428A1/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/18—Fireproof paints including high temperature resistant paints
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/60—Additives non-macromolecular
    • C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40—Additives
    • C09D7/70—Additives characterised by shape, e.g. fibres, flakes or microspheres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/0003—Linings or walls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/0003—Linings or walls
    • F27D1/0033—Linings or walls comprising heat shields, e.g. heat shieldsd
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C08K3/36—Silica

Definitions

  • the proposed technical solution relates to the field of construction of the case of technological furnaces (TP) and can be used for enclosing structures TP processing of petroleum products, steam boilers, furnaces for heating raw materials.
  • the technical solution provides a reduction in fuel consumption due to a decrease in the heat flux from the TP housing to the surrounding space.
  • the tube furnace includes:
  • the calculation of the thickness of the lining and thermal insulation of the furnace body, ducts, ducts and pipelines within the furnace is based on the conditions:
  • Calculation of the amount of heat loss through the casing of the furnace is carried out at an ambient temperature equal to the average for the year in the region where the furnace is located, and the heat transfer coefficient from the casing to air is 35 kcal / m 2 h ° C.
  • the temperature of the outer surface of any element of the furnace in its service area should not exceed 60 ° C. Outside the working zones and furnace service zones, the temperature of the outer surface of any element of the furnace can reach 80 ° C, with an average maximum temperature of the hottest month in the vicinity of the furnace.
  • the disadvantage of this solution is the large heat loss from the furnace body.
  • the “normalized” fuel consumption for compensating for heat losses from the body is more than 5% of the total consumption.
  • the multilayer thermal insulation contains a primer layer made in the form of a water-ceramic composition of the Hot Pipe Coating brand, at least one first heat-insulating layer made in the form of a water-ceramic composition of the Hot Pipe Coating brand, located on the primer layer and subsequent heat-insulating layers made in the form of a liquid-latex ceramic composition of the Tetr-Coat brand, located on top of each other with their respective surfaces and located on the surface of their second layer at least about bottom of the first heat-insulating layer.
  • a composition filled with hollow microspheres is used as an anti-corrosion and heat-insulating coating of pipelines.
  • the invention relates to the chemical industry relates to the creation of tools used in corrosion protection and thermal protection of various surfaces from overheating, in particular metal surfaces, concrete surfaces, plastered surfaces and other building structures made of metal and concrete, operated in an atmosphere of aggressive environments, in particular for thermal insulation and corrosion protection of pipelines, including thermal insulation of thermal and water pipelines supply.
  • Anticorrosive and heat-insulating coating made of a water-suspension composition with a viscosity of 1 to 100 Pas, including a mixture of a polymer binder of 5-95 vol.% With a filler - hollow microspheres 5-95 vol.% - RU 231 1397 Composition for obtaining a heat-protective coating containing hollow ceramic microspheres as a filler, a polymer binder, processing aid and water, characterized in that it contains hollow ceramic microspheres as a filler as a polymer binder soda neighs latex. All the above patents relate to the field of structure and composition of liquid ceramic materials recommended by the authors for thermal insulation, including process furnaces.
  • Technological furnaces consist of a metal casing (rarely brick or concrete) and an inner lining. Thermal insulation of the furnace outside the casing with liquid-ceramic materials and other heat-insulating materials causes a number of problems.
  • thermal insulation of TP outside the housing with liquid-ceramic materials increases the temperature of the housing.
  • the thermal conductivity coefficient declared in the descriptions of liquid-ceramic materials from 0.003 to 0.001 W / m ° C provides a thermal resistance of a layer of 3.0 mm of at least 1.0 m 2 ° C / W.
  • Such an increase in the thermal resistance of the last layer provides an increase in the temperature of the TP case by more than 100 ° C.
  • the technical problem to be solved by the claimed invention is directed, is to change the structure of the outer surface of the housing TP, providing a reduction in surface heat transfer to the surrounding air by reducing heat radiation and convective heat transfer.
  • the technical result of the claimed invention is to reduce heat loss from the housing TP.
  • the device of the enclosing structure of the casing of the technological furnace comprising a casing with a frame and an inner lining structure, the casing from the outer surface being coated with a discrete, inhomogeneous structure coating consisting of a mixture of acrylic polymers and dispersed fillers in an amount of from 40 to 70 % by volume.
  • expanded perlite was used as fillers.
  • microspheres were used as fillers.
  • the outer protective coating is made with a thickness of 0.4 to 2.0 mm.
  • a composition containing a filler for example, microspheres, expanded perlite, etc.
  • a filler for example, microspheres, expanded perlite, etc.
  • examples of such formulations are, formulations of a mixture of acrylic polymers
  • compositions from a mixture of latexes (65-75% by weight) and expanded perlites dispersed in them oxides of calcium, titanium 35-25% of the mass.
  • compositions of a mixture of latexes (65-75% by weight) and microspheres dispersed in them silicon oxides, 35-25% by weight.
  • compositions from a mixture of acrylic polymers, water and fillers dispersed in this composition from 40 to 70% of the total composition
  • compositions from a mixture of latexes and expanded perlites dispersed in them from 40 to 70% of the total composition
  • compositions from a mixture of latexes and microspheres dispersed in them from 40 to 70% of the total composition.
  • the coating layer formed on the surface of the casing is obtained with lower heat transfer coefficients compared to the materials of the casing and TP frame.
  • the coating thickness ensures that the TP case metal is not overheated and does not interfere with visual monitoring of the case. It also provides a number of requirements for fire safety design TP.
  • Figure 1 shows an example of the enclosing structure of the housing TP for heating raw materials.
  • the figure 2 shows an example of the enclosing structure of the housing TP primary processing of petroleum products.
  • the figure 3 shows an example of the enclosing structure of the housing TP for heating raw materials with an additional protective coating.
  • the figure 4 shows an example of the enclosing structure of the housing TP primary processing of petroleum products with an additional protective coating.
  • the numbers indicate the following positions:
  • the technical solution relates to the design of the housing of process furnaces (TP) and can be used to reduce energy consumption and improve the safety of personnel, as well as for additional protection of the TP metal frame from adverse environmental factors at the enterprises of the metallurgical, chemical and oil refining industries.
  • TPs process furnaces
  • the designs of known TPs to one degree or another contribute to the reduction of heat exchange processes from the TP case to the environment, mainly due to the use of internal lining.
  • the problem of reducing fuel consumption to compensate for heat loss from the housing as follows from the prior art, has not been solved.
  • An increase in the thickness of the furnace lining entails either a decrease in the internal space of the furnace and, as a consequence, a decrease in the furnace productivity or an increase in the external dimensions of the furnace, which entail an increase in the cost of the furnace.
  • a decrease in the internal space of the furnace and, as a consequence, a decrease in the furnace productivity or an increase in the external dimensions of the furnace, which entail an increase in the cost of the furnace.
  • compositions from a mixture of acrylic polymers, water and fillers dispersed in this composition from 40 to 70% of the total composition
  • compositions from a mixture of latexes and expanded perlites dispersed in them from 40 to 70% of the total composition
  • compositions from a mixture of latexes and microspheres dispersed in them from 40 to 70%.
  • a discrete coating layer with a heterogeneous structure is formed on the casing surface with lower heat transfer and thermal conductivity coefficients compared to the casing and TP frame materials.
  • the minimum coating thickness is limited by the “opacity” of the coating composition used. For example, for compositions that use a “spillover” of at least 0.2 mm as a filler microspheres, for compositions that use expanded perlite “a spreading” of not less than 0.4 mm as a filler. Maximum coating thickness is limited by fire regulations for highly hazardous industries, that is, not more than 2.0 mm.
  • filler in the composition of less than 40% dramatically reduces the discrete properties of the coating surface.
  • the use of filler in the composition of more than 70% reduces the linear tension of the finished coating and, as a result, the service life of the coating.
  • the enclosing structure of this TP consists of a lining layer (refractory brick) protected from the inside by a heat-resistant putty.
  • a lining layer refractory brick
  • the steel surface of the casing and frame is treated with an anti-corrosion compound and protective enamel.
  • the brands and technical characteristics of the materials used in the TP depend on the requirements for the operating conditions of the TP, the capabilities of the suppliers, the cost of the materials used and the decision on the proposed utility model do not.
  • the enclosing structure of this TP consists of a lining layer (heat-resistant mineral wool mats) protected from the inside by heat-resistant putty, layers of thermal insulation from mineral wool plates. Further, the design of the steel sheathing of the body with the frame. The steel surface is treated with an anti-corrosion compound and protective enamel.
  • the brands and technical characteristics of the materials used in the TP depend on the requirements for the operating conditions of the TP, the capabilities of the suppliers, the cost of the materials used and the solution proposed in the invention do not.
  • the final element is steel cladding.
  • Steel is known to have a high degree of thermal return. The effect of protective coloring on reducing the degree of thermal return is not.
  • Heat transfer coefficient is a value characterizing the intensity of heat transfer and is determined by the ratio of the density of the heat flux given off by the surface to the temperature difference between the surface and the surrounding medium.
  • the estimated heat transfer coefficient, SNiP 2.04.14-88 (as applicable), Appendix 9, is 35 W / m 2 C.
  • An open metal (brick or concrete) surface has a high heat transfer coefficient. This is due to the physical properties of the materials used for the TP case.
  • the objective of our proposed solution is to change the physical structure of the external heat transfer surface and, as a result, reduce the heat transfer of this surface. In this case, do not violate the possibility of visual control over the state of the surface of the TP, to prevent overheating of the case.
  • the enclosing structure of TP consists of three main elements. Cases, frame ensuring the strength of the casing and the internal structure of the lining (possibly with thermal insulation elements).
  • the reinforced lining structure such as open-hearth furnaces, carries the functions of a casing and frame.
  • the new enclosing structure of the TP includes 4 elements:
  • compositions from a mixture of acrylic polymers, water and fillers dispersed in this composition from 40 to 70% of the total composition
  • compositions from a mixture of latexes and expanded perlites dispersed in them from 40 to 70% of the total composition
  • compositions from a mixture of latexes and microspheres dispersed in them from 40 to 70% of the total composition.
  • the heat loss from the TP case and frame to the atmosphere is reduced.
  • the maximum thickness of the protective coating equal to 2.0 mm is limited by the ability to provide visual control over the surface condition of TP.
  • the limitation of the volume of filler used in the protective coating from 40 to 70% of the total composition is due to the fact that if there is less than 40% of the filler in the composition, the reduction in surface heat transfer is insignificant and does not cover the costs.
  • the ability of the protective coating to linear stretch is reduced. After stopping the TP operation, such a coating (with a filler of more than 70% of the volume) will collapse.
  • An example of a protective coating composition is a mixture of styrene-butadiene latex, acrylic polymers, ammonia, water, and a mixture of expanded perlite, quartz, zinc oxide, and titanium dioxide fillers. .
  • the mass fraction of solvent (water) is 47%, the mass fraction of non-volatiles is 53%.
  • the mass fraction of non-volatile substances consists of 28% of polymer components and 25% of non-combustible inorganic components.
  • the non-volatile inorganic part includes silicon oxide 25%, titanium oxide 28%, calcium oxide 19%, zinc oxide 20%, potassium oxide 5%, iron oxide 3%.
  • the density of the coating is 410 kg / m 3 ;
  • the heat transfer coefficient from a metal surface to the surrounding air (SNiP 2.04.14-88, as applied) is equal to - 35 W / m 2 réelle ⁇ .
  • ⁇ - thickness of the fence structure - 0.2 m ⁇ is the average coefficient of thermal conductivity of the entire building envelope - 1,0 W / m ° ⁇ .
  • Ro is the calculated heat transfer resistance of 0.25 m 2 about C / W.
  • Heat loss from a given design - t is the temperature of the medium inside the furnace - 800 ° C.
  • ⁇ is the average coefficient of thermal conductivity of the entire building envelope - 1,0 W / m ° ⁇ .
  • Ro is the calculated heat transfer resistance of 0.55 m 2 about C / W.
  • Heat loss from a given design - t is the temperature of the medium inside the furnace - 800 ° C.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Building Environments (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

Предлагаемое техническое решение относится к области конструкции корпуса технологических печей (ТП) и может быть использовано для ограждающих конструкций ТП переработки нефтепродуктов, паровых котлов, печей разогрева сырья. Техническое решение обеспечивает снижение расхода топлива, за счет уменьшения теплового излучения от корпуса ТП в окружающее пространство. Устройство ограждающей конструкции корпуса технологической печи, включающее корпус с каркасом и конструкцию внутренней футеровки, отличающееся тем, что корпус с внешней поверхности покрыт дискретным, неоднородным по структуре покрытием. Неоднородность структуры покрытия обеспечивается наполнителем. Использование заявленного технического решения позволяет снизить тепловые потери от корпуса технологической печи.

Description

УСТРОЙСТВО ОГРАЖДАЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПЕЧЕЙ
Область техники, к которой относится изобретение.
Предлагаемое техническое решение относится к области конструкции корпуса технологических печей (ТП) и может быть использовано для ограждающих конструкций ТП переработки нефтепродуктов, паровых котлов, печей разогрева сырья. Техническое решение обеспечивает снижение расхода топлива, за счет уменьшения теплового потока от корпуса ТП в окружающее пространство.
Конструкции известных ТП в той или иной степени способствуют снижению процессов теплового обмена от корпуса ТП в окружающую среду в основном за счет применения внутренней футеровки. Однако проблема снижения расхода топлива на возмещение тепловых потерь от корпуса, как следует из уровня техники, не решена. Увеличение толщины футеровки печи влечёт за собой либо уменьшение внутреннего пространства печи и как следствие снижение производительности печи, либо увеличение наружных габаритов печи, влекущие за собой повышение стоимости ТП.
Уровень техники.
Известны Трубчатые нагревательные печи по РД 3688-00220302-003-04. Трубчатая печь включает в себя:
- оборудование (змеевики продуктовые, змеевики, предназначенные для выработки и/или перегрева водяного пара, воздухоподогреватели), подвески, решётки и опоры для змеевиков;
- горелочные устройства (на газовом, мазутном или комбинированном топливе);
- гарнитуру (люки-лазы, взрывные окна, шибера);
- теплое ограждение (футеровка, теплоизоляция);
- металлоконструкции (несущие и ограждающие);
- лестницы, марши, газоходы, воздуховоды, трубопроводы, дымовые трубы;
- тягодутьевые машины (вентиляторы и дымососы).
Расчет толщины футеровки и тепловой изоляции корпуса печи, газоходов, воздуховодов и трубопроводов в пределах печи выполняют исходя из условий:
- обеспечения такого значения расчетной температуры наружной поверхности перечисленных выше элементов печи, при которой величина тепловых потерь соответствует принятому уровню технико-экономических показателей печи; соблюден требований техники безопасности.
Расчет величины тепловых потерь через обшивку печи осуществляется при температуре окружающего воздуха, равной средней за год в районе размещения печи, и коэффициенте теплоотдачи от обшивки к воздуху 35 ккал/м2ч°С.
Температура наружной поверхности любого элемента печи в зоне ее обслуживания не должна превышать 60 °С. Вне пределов рабочих зон и зон обслуживания печи температура наружной поверхности любого элемента печи может достигать 80 °С, при средней максимальной температуре наиболее жаркого месяца в районе расположения печи.
Недостатком данного решения является большие тепловые потери от корпуса печи. Например, даже при минимальной допустимой температуре поверхности технологической печи в 60 °С «нормированный» расход топлива на возмещения тепловых потерь от корпуса составляет более 5% от всего расхода.
Известен патент РФ на полезную модель N° 130664 «Многослойная тепловая изоляция». Многослойная тепловая изоляция содержит грунтовочный слой, выполненный в виде водно-керамической композиции марки «Hot Pipe Coating», как минимум, один первый теплоизоляционный слой, выполненный в виде водно-керамической композиции марки «Hot Pipe Coating», расположенный на грунтовочном слое и последующие теплоизоляционные слои, выполненные в виде жидко-латексной керамической композиции марки «Тетр-Coat», расположенные друг на друге своими соответствующими поверхностями и расположенные поверхностью своего второго слоя на поверхности, как минимум, одного первого теплоизоляционного слоя.
Недостатком данного решения является:
- высокий вес конструкции изоляции;
- невозможность постоянного мониторинга поверхности технологической печи под многослойным покрытием;
- сложность ремонта изоляции и малый срок службы подобного покрытия.
Из уровня техники известно множество патентов:
- RU 2304600 С2.С09В5/02, С09В5/08, 20.08.2007. В известном техническом решении применяют композицию, наполненную полыми микросферами, в качестве антикоррозионного и теплоизоляционного покрытия трубопроводов. Изобретение относится к химической промышленности касается создания средств, используемых при антикоррозионной защите и теплозащите различных поверхностей от перегрева, в частности металлических поверхностей, бетонных поверхностей, оштукатуренных поверхностей и других строительных конструкций из металла и бетона, эксплуатируемых в атмосфере агрессивных сред, в частности для теплоизоляции и защиты от коррозии трубопроводов, включая теплоизоляцию трубопроводов теплового и водяного снабжения.
- RU 2502763 С1 , С09В5/02, С09В5/08, 27.12.2013 Антикоррозионное и теплоизоляционное покрытие, выполненное из водно-суспензионной композиции вязкостью от 1 до 100 Па- с, включающей смесь полимерного связующего 5-95 об.% с наполнителем - полыми микросферами 5-95 об.% - RU 231 1397 Состав для получения теплозащитного покрытия, содержащий полые керамические микросферы в качестве наполнителя, полимерное связующее, технологическую добавку и воду, отличающийся тем, что в качестве наполнителя он содержит полые керамические микросферы, в качестве полимерного связующего содержит латекс. Все приведенные выше патенты относятся к области структуры и состава жидко- керамических материалов рекомендованных авторами для тепловой изоляции, в том числе и технологических печей.
Технологические печи, состоят из металлического корпуса (редко кирпичного или бетонного) и внутренней футеровки. Тепловая изоляция печи снаружи корпуса жидко- керамическими материалами и другими теплоизоляционными материалами вызывает ряд проблем.
Например, при тепловой изоляции ТП минераловатными или пенополиуретановыми покрытиями снаружи корпуса отсутствует визуальный контроль над состоянием поверхности корпуса печи. Ведомственные нормы эксплуатации пожароопасного оборудования требуют проведение постоянного визуального мониторинга состояния корпуса ТП. Увеличивается нагрузка на каркас ТП. Возрастает температура корпуса под изоляцией.
При тепловой изоляции ТП снаружи корпуса жидко-керамическими материалами повышается температура корпуса. Заявленный в описаниях жидко-керамических материалов коэффициент теплопроводности от 0,003 до 0,001 Вт / м °С обеспечивает термическое сопротивление слоя в 3.0 мм не менее 1 ,0 м2 °С / Вт. Такое повышение термического сопротивления последнего слоя обеспечивает повышение температуры корпуса ТП более чем на 100 °С. Пропорционально возрастает и температура конструкции футеровки внутри ТП. Перегрев футеровки и обшивки корпуса ведет к уменьшению срока эксплуатации ТП.
Не проходят данные жидкие материалы и по требованиям пожарной безопасности для взрывоопасных производств. Сущность изобретения.
Техническая задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в изменении структуры наружной поверхности корпуса ТП, обеспечивающей снижение теплоотдачи поверхности в окружающий воздух за счет уменьшения теплового излучения и конвективного теплообмена. Технический результат заявленного изобретения заключается в снижении тепловых потерь от корпуса ТП.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство ограждающей конструкции корпуса технологической печи, содержащее корпус с каркасом и конструкцию внутренней футеровки, причем корпус с внешней поверхности покрыт дискретным, неоднородным по структуре покрытием, состоящим из смеси акриловых полимеров и диспергированных наполнителей в количестве от 40 до 70% по объему.
В частном случае реализации заявленного технического решения в качестве наполнителей использован вспученный перлит.
В частном случае реализации заявленного технического решения в качестве наполнителей использованы микросферы.
В частном случае реализации заявленного технического решения наружное защитное покрытие выполнено толщиной от 0,4 до 2,0 мм.
С наружной стороны ограждающей конструкции ТП наносится состав, содержащий наполнитель (например, микросферы, вспученный перлит и т.п.). Примерами таких составов являются, составы из смеси акриловых полимеров
(28% массы), воды (47% массы) и диспергированных в этой композиции наполнителей оксидов кальция, кремния, титана - (всего 25% массы), составы из смеси латексов (65-75% массы) и диспергированных в них вспученных перлитов (оксиды кальция, титана 35-25% массы). Или, например, составы из смеси латексов (65-75% массы) и диспергированных в них микросфер (оксидов кремния, 35-25% массы). При застывании состава образуется слой сплошного покрытия с более низкими по сравнению с материалами корпуса и каркаса коэффициентами теплоотдачи и теплопроводности.
Примерами таких составов являются, составы из смеси акриловых полимеров, воды и диспергированных в этой композиции наполнителей (от 40 до 70% объёма всего состава), составы из смеси латексов и диспергированных в них вспученных перлитов (от 40 до 70% объёма всего состава). Или, например, составы из смеси латексов и диспергированных в них микросфер (от 40 до 70% объёма всего состава).
Слой покрытия, образованный на поверхности корпуса получается с более низкими по сравнению с материалами корпуса и каркаса ТП коэффициентами теплоотдачи.
При максимально допустимой толщине (не более 2,0 мм) покрытия, только наличие в покрытии наполнителя позволит снизить теплоотдачу от поверхности материала. Получается не сплошная (по свойствам), а дискретная поверхность. Дискретная структура материала имеет по сравнению со сплошной структурой более низкую теплоотдачу и теплопроводность. В то же время указанная толщина покрытия, обеспечивает отсутствие перегрева металла корпуса ТП и не мешает визуальному контролю состояния корпуса. Так же при этом обеспечивается ряд требований к пожарной безопасности конструкции ТП.
Краткое описание чертежей.
Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного изобретения с использованием чертежей, на которых показано: На фигуре 1 отражён пример ограждающей конструкции корпуса ТП для разогрева сырья.
На фигуре 2 отражён пример ограждающей конструкции корпуса ТП первичной переработки нефтепродуктов.
На фигуре 3 отражён пример ограждающей конструкции корпуса ТП для разогрева сырья с дополнительным защитным покрытием.
На фигуре 4 отражён пример ограждающей конструкции корпуса ТП первичной переработки нефтепродуктов с дополнительным защитным покрытием. На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:
1 - корпус печи; 2 - наружный каркас; 3 - сборную конструкцию внутренней футеровки и тепловой изоляции; 4 - внешнее покрытие корпуса и каркаса ТП дискретным, неоднородным по структуре составом (толщиной не более 2,0 мм), например, составом из смеси акриловых полимеров, воды и диспергированных в этой композиции наполнителей (от 40 до 70% объёма всего состава).
Раскрытие изобретения.
Техническое решение относится к конструкции корпуса технологических печей (ТП) и может быть использовано для снижения энергопотребления и повышения безопасности персонала, а также для дополнительной защиты металлического каркаса ТП от неблагоприятных факторов внешней среды на предприятиях металлургической, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. Конструкции известных ТП в той или иной степени способствуют снижению процессов теплового обмена от корпуса ТП в окружающую среду в основном за счет применения внутренней футеровки. Однако проблема снижения расхода топлива на возмещение тепловых потерь от корпуса, как следует из уровня техники, не решена. Увеличение толщины футеровки печи влечёт за собой либо уменьшение внутреннего пространства печи и как следствие снижение производительности печи, либо увеличение наружных габаритов печи, влекущие за собой повышение стоимости ТП. В предлагаемом изобретении с наружной стороны ограждающей конструкции
(корпуса) ТП нанесен (толщиной не более 2,0 мм) дискретный, неоднородный по структуре состав.
Примерами таких составов являются, составы из смеси акриловых полимеров, воды и диспергированных в этой композиции наполнителей (от 40 до 70% всего состава), составы из смеси латексов и диспергированных в них вспученных перлитов (от 40 до 70% всего состава). Или, например, составы из смеси латексов и диспергированных в них микросфер (от 40 до 70%).
После полимеризации состава на поверхности корпуса образуется дискретный, неоднородный по структуре слой покрытия с более низкими по сравнению с материалами корпуса и каркаса ТП коэффициентами теплоотдачи и теплопроводности.
Минимальная толщина покрытия ограничивается «укрывистостью» используемого состава покрытия. Например, для составов, использующих в качестве наполнителя микросферы «укрывистость» не менее 0,2 мм, для составов, использующих в качестве наполнителя вспученный перлит «укрывистость» не менее 0,4 мм. Максимальная толщина покрытия ограничивается противопожарными нормами для особо опасных производств, то есть не более 2,0 мм.
Использование наполнителя в составе менее 40%, резко снижает дискретные свойства поверхности покрытия. Использование наполнителя в составе более 70%, снижает линейное растяжение готового покрытия и как следствие срок службы покрытия.
Только наличие в покрытии наполнителя (от 40 до 70% всего состава) позволит снизить теплоотдачу от поверхности материала. Получается не сплошная (по свойствам), а дискретная поверхность. Дискретная структура материала имеет по сравнению со сплошной структурой более низкую теплоотдачу и теплопроводность. В то же время указанная толщина покрытия, обеспечивает отсутствие перегрева металла корпуса ТП и не мешает визуальному контролю состояния корпуса. Так же при этом обеспечивается ряд требований к пожарной безопасности конструкции ТП.
Пример конструкции ТП для разогрева сырья отражён на фигуре 1.
Ограждающая конструкция данной ТП состоит из слоя футеровки (огнеупорный кирпич) защищенного изнутри термостойкой шпатлёвкой. Далее сборная конструкция стальной обшивки корпуса и каркаса. Стальная поверхность обшивки корпуса и каркаса обработана антикоррозийным составом и защитной эмалью. Марки и технические характеристики используемых в ТП материалов зависят от требований к условиям эксплуатации ТП, возможности поставщиков, стоимости используемых материалов и влияния на предложенное в полезной модели решение не оказывают.
Пример конструкции ТП первичной переработки нефтепродуктов отражён на фигуре 2.
Ограждающая конструкция данной ТП состоит из слоя футеровки (термостойкие минераловатные маты) защищенного изнутри термостойкой шпатлёвкой, слоев тепловой изоляции из минераловатных плит. Далее конструкция стальной обшивки корпуса с каркасом. Стальная поверхность обработана антикоррозийным составом и защитной эмалью. Марки и технические характеристики используемых в ТП материалов зависят от требований к условиям эксплуатации ТП, возможности поставщиков, стоимости используемых материалов и влияния на предложенное в изобретении решение не оказывают.
В обоих приведенных в примерах конструкций корпуса ТП конечным элементом является стальная обшивка. Известно, что сталь имеет высокую степень тепловой отдачи. Влияния защитной окраски на снижение степени тепловой отдачи - нет. Коэффициент теплоотдачи - величина, характеризующая интенсивность отдачи тепла и определяется отношением плотности теплового потока, отдаваемого поверхностью к разнице температур между поверхностью и прилегающей средой. Расчетный коэффициент теплоотдачи, СНиП 2.04.14-88 (применительно), приложение 9, равен 35 Вт / м2оС.
Открытая металлическая (кирпичная или бетонная) поверхность имеет высокий коэффициент теплоотдачи. Это связано с физическими свойствами используемых для корпуса ТП материалов. Задача предложенного нами решения изменить физическую структуру наружной теплоотдающей поверхности и как следствие снизить теплоотдачу этой поверхности. При этом не нарушить возможность визуального контроля над состоянием поверхности ТП, не допустить перегрева корпуса.
Как правило, ограждающая конструкция ТП состоит из трёх основных элементов. Корпуса, каркаса обеспечивающего прочность корпуса и внутренней конструкции футеровки (возможно с элементами тепловой изоляции). В ряде случаев функции корпуса и каркаса несёт в себе усиленная конструкция футеровки, например мартеновские печи.
Таким образом, в отличие от традиционной конструкции корпуса печи, состоящего из внутренней футеровки (тепловой изоляции) и корпуса с каркасом, новая ограждающая конструкция ТП включает в себя 4 элемента:
1 - корпус, 2 - каркас, 3 - комплекс внутренней футеровки и тепловой изоляции, 4 - наружное защитное покрытие, толщиной не более 2,0 мм, образованное дискретным, неоднородным по структуре составом, например, составом из смеси акриловых полимеров, воды и диспергированных в этой композиции наполнителей (от 40 до 70% объёма всего состава).
Примерами таких составов являются, составы из смеси акриловых полимеров, воды и диспергированных в этой композиции наполнителей (от 40 до 70% объёма всего состава), составы из смеси латексов и диспергированных в них вспученных перлитов (от 40 до 70% объёма всего состава). Или, например, составы из смеси латексов и диспергированных в них микросфер (от 40 до 70% объёма всего состава).
За счёт более низкой по сравнению с материалом корпуса ТП теплоотдачи и теплопроводности дополнительного покрытия ограждающей конструкции ТП, покрывающего корпус и каркас ТП, тепловые потери от корпуса и каркаса ТП в атмосферу снижаются. Таким образом, техническое решение ведет к снижению расхода топлива на возмещение потерь тепла от корпуса ТП в окружающий воздух. Максимальная толщина защитного покрытия равная 2,0 мм ограничена возможностью обеспечения визуального контроля над состоянием поверхности ТП.
Ограничение объёма используемого в защитном покрытии наполнителя от 40 до 70% от всего состава связано с тем, что при наличии менее 40% наполнителя в составе, снижение теплоотдачи поверхности незначительно и не окупает произведенных затрат.
При наличии более 70% наполнителя в объёме состава снижается способность защитного покрытия к линейному растяжению. После остановки работы ТП подобное покрытие (с наполнителем более 70% объёма) разрушится.
Примером состава защитного покрытия может служить смесь бутадиен- стирольного латекса, акриловых полимеров, аммиака, воды и смеси наполнителей вспученного перлита, кварца, окиси цинка, двуокиси титана. .
Массовая доля растворителя (воды) составляет 47%, массовая доля нелетучих веществ составляет 53%. Массовая доля нелетучих веществ состоит из 28% полимерных компонентов и 25% негорючих неорганических составляющих. В состав нелетучей неорганической части входят оксид кремния 25 %, оксид титана 28%, оксид кальция 19%, оксид цинка 20%, оксид калия 5%, оксид железа 3%.
В результате исследования характеристик сухого покрытия данного состава определено - плотность покрытия - 410 кг/м3;
удельная теплоёмкость - 1 , 10 кДж/кг °С;
коэффициент теплоотдачи - 2,0-3,0 Вт/м2 оС;
горючесть покрытия - П .
Для сравнения коэффициент теплоотдачи от металлической поверхности в окружающий воздух (СНиП 2.04.14-88, применительно) равен - 35 Вт/м2 оС. Сравним два варианта расчета тепловых потерь от корпуса ТП с защитным покрытием и без него.
1 вариант. Без защитного покрытия (фиг. 1).
1. δ
Сопротивление теплопередачи конструкции ав - коэффициент тепловосприятия ограждения конструкции - 50 Вт/м2 оС.
δ - толщина ограждения конструкции - 0,2 м. λ - усреднённый коэффициент теплопроводности всей ограждающей конструкции - 1 ,0 Вт/м °С.
ан - коэффициент теплоотдачи от поверхности - 35 Вт/м2 оС.
Ro - расчетное сопротивление теплопередачи - 0, 25 м2 оС/Вт.
Тепловые потери от заданной конструкции -
Figure imgf000012_0001
t - температура среды внутри печи - 800 °С.
tH - температура наружного воздуха - 0 °С.
q - расчетные тепловые потери - 3144 Вт/м2.
2 вариант. С защитным покрытием (фиг.З).
Примечание: для упрощения сравнительного расчета не учитываем изменение толщины ограждения конструкции и изменения теплопроводности от нанесения защитного покрытия.
Сопротивление теплопередачи конструкции -
Figure imgf000012_0002
ав - коэффициент тепловосприятия ограждения конструкции - 50 Вт/м2 оС.
δ - толщина ограждения конструкции - 0,2 м.
λ - усреднённый коэффициент теплопроводности всей ограждающей конструкции - 1 ,0 Вт/м °С.
ан - коэффициент теплоотдачи от поверхности - 3,0 Вт/м2 оС.
Ro - расчетное сопротивление теплопередачи - 0,55 м2 оС/Вт.
Тепловые потери от заданной конструкции -
Figure imgf000012_0003
t - температура среды внутри печи - 800 °С.
tH - температура наружного воздуха - 0 °С.
q - расчетные тепловые потери - 1446 Вт/м2.
Изменение свойств теплоотдачи ограждающей конструкции ТП позволяет снизить тепловые потери от корпуса ТП в 2,2 раза.

Claims

ФОРМУЛА
1 . Устройство ограждающей конструкции корпуса технологической печи, содержащее корпус с каркасом и конструкцию внутренней футеровки, отличающееся тем, что корпус с внешней поверхности покрыт дискретным, неоднородным по структуре покрытием, состоящим из смеси диспергированных в воде полимеров и наполнителей в количестве от 40 до 70% объёма смеси.
2. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что в качестве наполнителей использован вспученный перлит.
3. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что в качестве наполнителей использованы микросферы.
4. Устройство по п.1 , отличающееся тем, что наружное защитное покрытие выполнено толщиной от 0,4 до 2,0 мм.
PCT/RU2017/050039 2016-05-19 2017-05-15 Устройство ограждающей конструкции технологических печей WO2017200428A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL426604A PL238849B1 (pl) 2016-05-19 2017-05-15 Konstrukcja osłonowa pieców przemysłowych
US16/302,641 US20190203059A1 (en) 2016-05-19 2017-05-15 Enclosure Structure Device for Process Furnaces

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016119411 2016-05-19
RU2016119411 2016-05-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017200428A1 true WO2017200428A1 (ru) 2017-11-23

Family

ID=60325327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/050039 WO2017200428A1 (ru) 2016-05-19 2017-05-15 Устройство ограждающей конструкции технологических печей

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20190203059A1 (ru)
PL (1) PL238849B1 (ru)
WO (1) WO2017200428A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2311397C2 (ru) * 2005-12-23 2007-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Дуайт" Состав для получения теплозащитного покрытия
US20110050019A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Han Dong Goo Torque generating device
RU2452911C1 (ru) * 2011-02-07 2012-06-10 Василий Петрович Ягин Вращающаяся печь спекания

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL269070A1 (en) * 1987-11-25 1989-05-30 Przed Wdrozeniowo Prod Prodryn Mufflefurnace with triple heat insulation
US5120029A (en) * 1988-02-19 1992-06-09 Durbin Robert J Linings for crucible furnaces and transfer vessels and method of applying same
PL275300A1 (en) * 1988-10-13 1989-09-18 Przed P Wdrozeniowe Budownictw Method of lining ceramic brickwork of industrial fiurnaces with refractory concrete by applying it by spraying
RU2349618C2 (ru) * 2006-12-13 2009-03-20 Виталий Степанович Беляев Покрытие, наполненное полыми микросферами, предотвращающее обледенение поверхностей различных изделий
WO2010002934A2 (en) * 2008-07-01 2010-01-07 Specialty Concrete Design, Inc. Heat resistant and fire retardant materials and methods for preparing same
US9353268B2 (en) * 2009-04-30 2016-05-31 Enki Technology, Inc. Anti-reflective and anti-soiling coatings for self-cleaning properties
US9309376B2 (en) * 2012-03-10 2016-04-12 Ethox Chemicals, Llc Additives to improve open-time and freeze-thaw characteristics of water-based paints and coatings

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2311397C2 (ru) * 2005-12-23 2007-11-27 Общество с ограниченной ответственностью "Дуайт" Состав для получения теплозащитного покрытия
US20110050019A1 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Han Dong Goo Torque generating device
RU2452911C1 (ru) * 2011-02-07 2012-06-10 Василий Петрович Ягин Вращающаяся печь спекания

Also Published As

Publication number Publication date
PL238849B1 (pl) 2021-10-11
PL426604A1 (pl) 2019-01-28
US20190203059A1 (en) 2019-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sadkovyi et al. Fire resistance of reinforced concrete and steel structures
JP2023025028A (ja) 防火組成物および関連する方法
CN104926267B (zh) 一种防火涂料及其加工工艺
KR20120084958A (ko) 내열 내화 페인트
RU170488U1 (ru) Устройство ограждающей конструкции технологических печей
WO2017200428A1 (ru) Устройство ограждающей конструкции технологических печей
Sahu et al. A review on thermal insulation and its optimum thickness to reduce heat loss
CN103275586A (zh) 一种新型耐高温阻燃涂料
US20210270530A1 (en) Body of a process furnace
Chidambaram Thermal damage of sulfur processed chamber under Claus operating reaction conditions—a case study
JP4830291B2 (ja) 耐火コンクリート部材及び耐火セグメント部材
Bhatia Overview of Insulation Materials
CN212408688U (zh) 烷基化废酸再生装置中的衬里结构
RU164692U1 (ru) Обмуровочная теплозащитная система для котельных и энерготехнологических установок
CN205939222U (zh) 一种改性防腐蚀燃烧炉
CN204629506U (zh) 焚烧炉的多层耐火隔热结构
CN206197809U (zh) 便于拆装的节能烧烤炉
Shong Reconsidering Calcium Silicate Pipe and Block Industrial Insulation
CN111780133A (zh) 烷基化废酸再生装置中的衬里结构
RU213432U1 (ru) Дымоходная сэндвич-труба
Mizushima et al. Factors for selecting thermal insulation materials to prevent corrosion under insulation
JP6198266B2 (ja) 断熱ライニング構造
RU1836489C (ru) Способ нанесени антикоррозионного, теплоизол ционного покрыти на внутреннюю поверхность трубы
Topchy et al. The potential for implementation of liquid thermal insulation in organizational and technological solutions
CN204629554U (zh) 带有空气夹层的焚烧炉炉体结构

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: P.426604

Country of ref document: PL

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17799751

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17799751

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1