Podniky rafinerie ropy a petrochemie jsou vybaveny různými trubkovými pecemi určenými pro ohřev ohněm, odpařování a přehřívání kapalných a plynných médií, jakož i pro provádění vysokoteplotních termotechnologických a chemických procesů. V trubkových pecích se teplo spáleného paliva přenáší do kapaliny nebo směsi pára-kapalina čerpané trubkovým hadem [2,6,12,13].

Trubkové pece se používají tam, kde je potřeba ohřát médium (nejčastěji uhlovodíky) na teploty vyšší, než jaké lze dosáhnout párou, tzn. přibližně nad 230 °C. I přes poměrně velké počáteční náklady jsou náklady na teplo předané do okolí u správně navržené pece levnější než u všech ostatních způsobů ohřevu na vysoké teploty. Jako palivo lze využít odpadní produkty z různých procesů, v důsledku čehož se využije nejen teplo vzniklé jejich spalováním, ale často odpadají obtíže spojené s neutralizací tohoto odpadu.

Moderní pec je synchronně pracující pecní komplex, tzn. objednaná sestava sestávající ze samotné pece, prostředků pro podporu pecního procesu, jakož i systémů pro automatizovanou regulaci a řízení pecního procesu a prostředků pro jeho podporu.

Trubková pec je průběžná pec s externím ohřevem ohněm.

Trubkové pece byly poprvé navrženy ruskými inženýry V.G. Shukhov a S.P. Gavrilov.

Trubkové pece se od sebe liší konstrukcí a technologickými vlastnostmi.

Navzdory široké škále konstrukcí pecí jsou jejich provozní principy do značné míry stejné. Uvažujme to na příkladu jednokomorové, chudé až trubkové pece (obrázek 2.64). Typicky je vnitřní objem pece rozdělen polopřepážkou – průchozí stěnou na dvě části, nazývané sálavé a konvekční komory. Tyto komory obsahují trubkové závity, přes jejichž povrchy dochází k přenosu tepla.

a) – konstrukce pece: 1 – sálavá komora, 2 – konvekční komora; 3 – komín (prase); 4 – spirála sálavé komory, 5 – výstelka; 6 – tryska) – schéma proudění: 1 a 2 – vstup a výstup ohřívaného produktu, 3 – spaliny; c) – celkový pohled na pec.

Obrázek 2.64 – Návrh jednokomorové pece

Se šikmým obloukem

Radiační přenos tepla se týká absorpce sálavého tepla, zatímco přenos tepla konvekcí se týká přenosu tepla promýváním povrchů potrubí spalinami.

V sálavé komoře se hlavní množství tepla předává sáláním a jen malé množství konvekcí a v konvekční komoře je to naopak.

READ
Co je pevnější: ocel nebo železobeton?

Topný olej nebo plyn se spalují pomocí hořáků umístěných na stěnách nebo podlaze radiační komory. V tomto případě vzniká svítící pochodeň, což jsou žhavé částice žhavého paliva, které při zahřátí na 1300–1600 °C vydávají teplo. Tepelné paprsky dopadají na vnější povrchy trubek radiační sekce a jsou absorbovány, čímž vzniká tzv. absorbující povrch. Tepelné paprsky dopadají i na vnitřní povrchy stěn sálavé komory pece. Vyhřívané povrchy stěn zase vyzařují teplo, které je pohlcováno i povrchy sálavých trubek.

Povrch vyzdívky sálavé sekce v tomto případě vytváří tzv. odraznou plochu, která (teoreticky) teplo předané jí plynným prostředím pece neabsorbuje, ale pouze sáláním předává trubkové cívce. Pokud nepočítáme ztráty zdivem stěn, pak při běžném ustáleném provozu pece vnitřní plochy stěn pece vydávají tolik tepla, kolik pohltí.

Produkty spalování paliva jsou primárním a hlavním zdrojem tepla absorbovaného v sálavé části trubkových pecí – 60–80 % z celkového tepla použitého v peci se předává v sálavé komoře, zbytek v konvekční části.

Tříatomové plyny obsažené ve spalinách (vodní pára, oxid uhličitý a oxid siřičitý) také absorbují a vyzařují zářivou energii v určitých rozsazích vlnových délek.

Množství sálavého tepla absorbovaného v sálavé komoře závisí na povrchu hořáku, jeho konfiguraci a stupni stínění topeniště. Velká plocha hořáků zvyšuje účinnost přímého přenosu tepla na povrchy trubek. Ke zvýšení účinnosti přenosu tepla v sálavé komoře přispívá i zvětšení povrchu zdiva.

Teplota plynů opouštějících radiační sekci je obvykle dosti vysoká a teplo těchto plynů lze dále využít v konvekční části pece.

Spalovací plyny z radiační komory, přetékající přes stěnu sedla, vstupují do konvekční komory. Konvekční komora slouží k využití fyzikálního tepla spalin opouštějících sálavou sekci, obvykle o teplotě 700–900 °C. V konvekční komoře je teplo předáváno surovině především konvekcí a částečně sáláním tříatomových složek spalin. Dále jsou spaliny směrovány do komína a komínem unikají do atmosféry.

Produkt, který je třeba ohřát, vstupuje do trubek konvekčního hada jedním nebo více proudy, prochází trubkami sít sálavých komor a ohřátý na požadovanou teplotu opouští pec.

Velikost konvekční sekce se zpravidla volí tak, aby teplota spalin opouštějících hořák byla téměř o 150 °C vyšší než teplota ohřívaných látek na vstupu do pece. Proto je tepelné zatížení potrubí v konvekční části menší než v radiační části, což je způsobeno nízkým součinitelem prostupu tepla ze spalin.

READ
K čemu se Arduino používá?

Účinnost přenosu tepla konvekcí je dána především rychlostí pohybu spalin v konvekční komoře. Touha po vysokých rychlostech je však omezena přípustnými hodnotami odporu proti pohybu plynu.

Pro těsnější proudění spalin kolem potrubí a větší turbulizaci proudění spalin jsou potrubí v konvekčních komorách obvykle umístěna šachovnicově. Některé konstrukce pecí používají žebrované konvekční trubky s vysoce vyvinutým povrchem.

Téměř všechny pece, které se v současnosti používají v ropných rafinériích, jsou pece se sálavou konvekcí, tzn. trubkové spirály jsou umístěny jak v konvekční, tak v sálavé komoře. Při takovém protiproudém pohybu surovin a produktů spalování paliva se maximálně využije teplo získané při jeho spalování.

Hrotová pec je zařízení pro ohřev oleje a ropných produktů, využívající vysoké teploty spalin vznikajících při spalování paliva v komoře pece. V trubkové peci se ohřátá surovina pohybuje ve spirálových trubkách a horké produkty spalování omývají vnější stranu trubek. Schematický diagram vertikální trubkové pece je na Obr. 8.5.1.

Rýže. 8.5.1. Vertikální trubková pec:

1 – rám pece; 2 – spirála konvekční komory; 3 – cívka radiační komory; 4 – trysky; 5 – peepers; I – vstup produktu; II – výtěžnost produktu.

Trubková pec má obvykle dvě komory: 1) sálavou komoru, ve které se spaluje palivo a teplo se přenáší do potrubí převážně sáláním ohřátých spalin a zděných stěn;

2) konvekce, při které se teplo přenáší do potrubí hlavně při kontaktu horkých produktů spalování s potrubím, tzn. proudění.

Pro postupný a rovnoměrnější ohřev suroviny procházejí potrubím postupně proudění и zářivý komory pece. Teplota spalin na výstupu ze sálavé komory je poměrně vysoká (600–900 °C).

Kompaktní konstrukce, vysoký tepelný výkon ve srovnání s rekuperačními výměníky tepla, nízká retence produktu as tím související nižší nebezpečí požáru, snadná údržba a další ukazatele vedly k širokému použití trubkových pecí v ropném a plynárenském průmyslu a petrochemickém průmyslu. S relativně malými konstrukčními úpravami mohou trubkové pece splňovat požadavky široké škály technologických procesů.

8.6. Klasifikace trubkových pecí

Podle technologického určení se rozlišují topné a reakční trubkové pece.

Ohřívací pece slouží k ohřevu a odpařování surovin, přičemž složení směsi se nemění.

READ
Co je Breezer v domě?

V reakčních trubkových pecích se surovina nejen zahřívá na určitou teplotu, ale dochází i k zásadním přeměnám, vedoucím ke změně složení suroviny (pyrolýzní pece, dehydrogenační pece, zpožděné koksování atd.).

Podle konstrukčních charakteristik jsou pece krabicového a válcového tvaru, se šikmým obloukem a vertikální. V závislosti na počtu sálavých komor mohou být pece jednokomorové, dvoukomorové nebo vícekomorové. Cívky mohou být umístěny svisle i vodorovně. Podle typu odvodu spalin mohou existovat kamna s přirozeným a nuceným odvodem spalin. V druhém případě se používá odtah kouře a teplo spalin může být odesláno k dodatečné regeneraci k ohřevu topného plynu atd.

Rýže. 8.6.1. Trubková válcová jednokomorová pec:

1 – trysky; 2 – podšívka; 3 – nosné konstrukce; 4 – sítové trubky; 5 – konvekční část spirály; 6, 7 – výfuková a kontrolní okna; 8 – komín; I и II – vstup a výstup ohřívaného produktu.

Podle druhu spalování paliva se rozlišují pece s objemovým plamenem a bezplamenné spalovací pece.

8.7. Konstrukce trubkových pecí

Trubková pec je stavebně-technologická stavba skládající se z těchto hlavních funkčních celků: základ, rám, obložení, cívka, hořáky, komín a armatury.

Založení pece vyrobeno z monolitického nebo prefabrikovaného železobetonu a konstrukčně izolované proti vysokým teplotám. Celá hmota pece spočívá na základu přes nosné sloupky rámu pece.

Rám pece – hlavní nosná kovová konstrukce, která přebírá zatížení od hmotnosti žáruvzdorné vyzdívky, trubkového svitku, pomocných komponentů komína atd.

Konfigurace rámu odpovídá tvaru trubkové pece. Podpěrné sloupky každého rámu rámu jsou připevněny k základu kotevními šrouby. Rámy rámu nebo jejich sestavy jsou k sobě připevněny kloubovými spoji a umožňují kompenzaci lineární roztažnosti rámu při změnách teploty. Nahoře jsou boční rámy rámu spojeny vazníky, které nesou střechu pece.

Podšívka určený k ochraně rámu pece před působením vysokých teplot a vytváření sekundárního tepelného záření, které zvyšuje tepelnou účinnost (účinnost) pece. Pro snížení tepelných ztrát vyzdívkou a vytvoření bezpečných provozních podmínek pro pec je vyzdívka pokryta vrstvou z tepelná izolace.

Vyzdívka je z tvarovaných žáruvzdorných cihel a speciálních izolačních materiálů.

Technologická cívka pece jsou nejkritičtější částí pece, vyrobené z bezešvých trubek válcovaných za tepla a pracující v nejnáročnějších teplotních a korozních podmínkách.

READ
Jak vybrat výšku dřezové baterie?

Průměr trubek, ze kterých se montuje cívka procesních pecí, je obvykle 108×6, 158×8 a 219×10 mm. Délka trubek je 12-18 m, a pro nejvýkonnější pece – 24 m. Cívka se montuje z takových úseků trubek pomocí svařovaných rotačních válečků nebo odnímatelných returbend (zařízení pro spojování přímých úseků svitkových trubek). Celosvařovaná spirála je designově jednodušší, spolehlivá a utěsněná, a co je nejdůležitější, zcela pasuje do topeniště pece nebo konvekční komory, což umožňuje lépe utěsnit topeniště a troubu jako celek a eliminovat škodlivé úniky vzduchu z venku.

Když jsou spirálové trubky uspořádány v peci vodorovně, jsou buď podepřeny konzolami nebo umístěny na závěsech připevněných k rámu pece. V konvekčních komorách, kde jsou spirálové trubky shromažďovány ve vertikálním víceřadém svazku, spočívají na trubkovnicích, kterými jsou trubky vedeny.

Cívka se svislými trubkami je zavěšena na rámu pece pomocí speciálních závěsů.

V topeništích pecí se palivo spaluje pomocí speciálních zařízení – trysky a hořáky.

Trysky určený pro spalování kapalných paliv (topný olej, nafta atd.). Konstrukce trysky musí zajistit dobré rozprášení paliva a jeho promíchání se vzduchem, protože pouze za těchto podmínek lze dosáhnout úplného spálení paliva.