Пожарная безопасность процессов нагревания пламенем и топочными газами
В машиностроительной, металлургической, нефтяной и химической промышленности при перегонке нефти и мазута, термическом и каталитическом крекингах, пиролизе, дегидрировании, гидроочистке углеводородов, разгонке каменноугольных и древесных смол и т.п. для нагревания веществ до температур 1000 - 1100 °С применяется огневой обогрев (нагревание пламенем и топочными газами). Топочные газы также используются для нагрева промежуточных теплоносителей (горячей воды, водяного пара), которые затем используются в теплообменной аппаратуре в качестве теплоносителей.
Для нагревания пламенем и топочными газами применяются трубчатые печи. Печи по принципу действия могут быть непрерывного или периодического действия; пламенного горения или беспламенного горения и могут работать на газообразном или жидком топливе. Все трубчатые печи имеют принципиально одинаковое устройство (рисунок 3.11). Основными элементами трубчатой печи являются каркас, кирпичная кладка; форсунки, горелки; трубы и двойники.
Внутренний объем печи разделяется перевальной стенкой 10 на камеры А и Б. Камера А называется радиантной (передача тепла в ее пространстве осуществляется главным образом радиацией за счет теплового излучения пламени, горячих продуктов горения и раскаленных поверхностей стенок печи), а камера Б - конвекционной (передача тепла от топочных газов осуществляется конвекцией). Камера А представляет собой топку, в которой монтируются топливные форсунки. Количество форсунок зависит от мощности печи и может быть от 4 до 16 и более.
Рисунок 3.11 - Схема устройства трубчатой печи:
1 - корпус печи; 2 - радиантные трубы; 3 - конвекционные трубы; 4 - подача водяного пара в змеевик (против ококсования); 5 - кольцо из труб с отверстиями для создания паровой завесы; 6 - трубы для паротушения; 7 - предохранительные дверцы; потолочный экран; 9 - подвески; 10 - перевальная стенка; 11 - трубы паротушения; 12 - конвекционные трубы; 13 - крепление труб.
В радиантной и конвекционной камерах размещены трубы теплообмен-ной поверхности. Все трубы последовательно соединяются в один непрерывный змеевик. Трубы секций соединены последовательно фасонными отливками - так называемыми двойниками или ретурбендами, вынесенными в специальные короба. Двойники позволяют не только соединять концы двух соседних труб, но и производить очистку их внутренних поверхностей, а также заменять поврежденные трубы новыми, не нарушая соседних соединений. Двойники могут иметь различное устройство.
Жидкое и газообразное топливо, подводимое к форсункам, сгорает в камере радиации, выделяя большое количество тепла. Из радиантной камеры дымовые продукты поступают в конвекционную камеру, а затем в боров и дымовую трубу. В зависимости от назначения печи температура в зоне сгорания топлива может доходить до 750 - 1400 °С. Температура дымовых продуктов при выходе из радиантной камеры колеблется около 800 - 900 °С, а при выходе из конвекционной камеры в боров она примерно на 150 - 200 °С выше температуры поступающего в печь сырья. Жидкость, подлежащая нагреву, насосами подается в трубы конвекционной камеры и, проходя последовательно все трубы, нагревается до заданной температуры.
Пожарная опасность трубчатых печей характеризуется постоянной циркуляцией по змеевикам значительного количества горючей жидкости, нагреваемой до высокой температуры (выше температуры самовоспламенения) и находящейся под большим внутренним давлением, а также наличием в топочном пространстве источников открытого огня. Одновременно в змеевиках трубчатой печи может находиться до 3 - 15 т горючей жидкости, находящейся под большим давлением и при высокой температуре. При выходе наружу из печи продукт сразу же воспламенится, если его температура превышает температуру самовоспламенения. В противном случае продукт может интенсивно испаряться и воспламенится после того, как пары его будут затянуты в топочное пространство. Растекаясь по площадке и попадая в траншеи и канализацию, горящий продукт приводит к распространению огня на соседние аппараты и даже на соседние установки.
Попадая из змеевиков внутрь печи, продукт вызывает интенсивное горение, которое может привести к деформации труб змеевика, обрушению стен и свода, повреждению дымовых каналов и дымовой трубы. В этом случае огонь и дым будут выбиваться из всех отверстий наружу, и перегревать каркас, вызывая его деформацию.
При эксплуатации трубчатых печей возможны: взрывы в топочном пространстве; пожары в топочном пространстве; пожары вне печи. Причины взрывов в топочном пространстве печей различны. Главным образом взрывы в топочном пространстве трубчатых печей могут происходить при розжиге форсунок.
Пожары в топочном пространстве печей возникают чаще всего в результате прогара или разрыва труб. Повреждение труб змеевика представляет собой одну из наиболее сильных аварий печи.
Трубопроводы, находящиеся в печи, подвержены неравномерному тепловому воздействию. Средняя температура в радиантной камере примерно равна 950 - 1000 °С, а в конвекционной камере - 500 - 600 °С. Следовательно, стенки радиантных труб нагреваются до более высокой температуры, чем стенки конвекционных труб.
Высокая температура поверхности трубопровода вызывает термическое разложение прилегающих к ней слоев жидкости. В результате термического разложения образуется твердый пористый продукт - кокс, отлагающийся на поверхности трубы. Чем выше температура, тем интенсивнее коксообразование. Коксообразование в трубах зависит не только от температурного режима работы, но и от скорости движения продукта по трубам.
Сильный химический или механический износ материала труб может привести к их разрыву даже при нормальном давлении и тем более это возможно при повышенных давлениях.
Причиной усиленной коррозии металла с внешней стороны труб (со стороны топочного пространства) является нарушение нормального режима топки, т. е. работа с повышенным коэффициентом избытка воздуха, с избытком топлива или работа на повышенных температурных режимах против нормального.
Усиленную коррозию металла с внутренней стороны труб, т.е. со стороны продукта, вызывает наличие в нагреваемой жидкости повышенного количества вредных химических примесей.
Внутреннее давление в системе повышается при нарушении нормального режима работы насосов, подаче продукта поршневыми насосами в ококсованные змеевики, неисправности редукционного клапана и т. п.
Интенсивное горение внутри топочного пространства, своего рода пожар, возникает также при попадании в печь горючей жидкости через газовые форсунки. При работе газовых форсунок, особенно в зимнее время, в газовой линии может образоваться значительное количество конденсата, который вместе с газом будет поступать в топку. Попадание жидкости в топку вызывает выброс огня через имеющиеся проемы наружу и резкий скачок температуры в печи, что приводит к частичному ококсовыванию труб.
Наличие открытого огня, раскаленной кладки и высокой температуры поверхности труб и двойников делают трубчатые печи весьма опасными и мощными источниками зажигания для соседних аппаратов с горючими веществами.
Распространение пожара происходит: при аварии, когда под большим давлением выбрасывается наружу струя горячего продукта, которая сразу воспламеняется, или загазовывает территорию и, воспламенившись, дает вспышку в большом объеме воздуха, повреждая соседние аппараты; при повреждении коммуникаций, по излившемуся топливу, пропитанной мазутом теплоизоляции труб и загрязненной площадке перед форсуночным фронтом.
Полезная информация: