Технология Высокоизлучающих Покрытий

Нефтеперерабатывающая промышленность – одна из наиболее энергоемких отраслей. Трубчатые печи на НПЗ основные потребители энергии в виде газового и жидкого топлива, поэтому поддержание высокого уровня экономичности их работы, является определяющим для экономики всего нефтеперерабатывающего комплекса.

Физические и механические характеристики композитных cоставов Solcoat 

¹⁾  при 18ºC  ²⁾ на нагретой до красна проволоке   ³⁾ CSN EN 24624    ⁴⁾ ASTM C 704 – 94    ⁵⁾ ∆T= -980ºC   ⁶⁾ Начало при 700ºC, ∆T= -680ْC

Жидкие части

¹⁾ при 18ºC

Изначально закладывая в процессе проектирования трубчатых печей наиболее прогрессивные инженерные решения, конструкторы обеспечивают максимально возможный (на данный момент) КПД. В процессе эксплуатации печей с течением времени происходит:

• моральное старение конструкторских решений,
• физический износ конструкций,
• увеличение удельного потребления топлива,
• увеличение валовых выбросов вредных веществ.

В результате ухудшается работа печи, резко снижается КПД.

Обычно, полное количество тепла (Qпол) получаемое печью между  радиантной и конвекционной камерами распределяется соотношении:

Теплообмен в печах при температурах выше 700оС осуществляется в основном радиацией. С целью интенсификации лучистого теплообмена и повышения эффективности трубчатых печей (как работающих, так и вновь проектируемых) для процессов нефтепереработки, нефтехимии и энергетики разработана технология нанесения керамических высокоизлучающих керамических покрытий (ВИП) на огнеупорные поверхности и металлические трубы.

Ранее считалось, что степень черноты всех поверхностей в топке равна Ɛ=0,85 и являлась величиной независящей от температуры.

Коэффициент излучения (или степень черноты) - ε показывает отношение энергии теплового излучения 'серого тела' согласно Закону Стефана Больцмана, к излучению 'абсолютно черного тела' при той же температуре. Коэффициент излучения абсолютно черного тела ε = 1.

В настоящее время специальными исследованиями доказано, что с повышением температуры степень черноты всех огнеупорных материалов снижается и в диапазоне температур 700^оС -1000^оС составляет Ɛ=0,4-0,7

В тоже время степень черноты специальных покрытий на основе оксидов металлов с повышением температуры возрастает и при 1000^оС достигает значений Ɛ =до 0,95.

Приведенная степень черноты топочной камеры зависит как от излучающих поверхностей, так и от тепловоспринимающих труб, поэтому высокоизлучающие керамические покрытия (ВИП) с высокой степенью черноты должны наноситься на все поверхности в печи.

Дымовые газы получаемые в результате горения обладают значительной излучательной и поглощательной способностью (углекислый газ (С0₂), водяной пар (Н₂0), сернистый ангидрид (S0_x), NO_x), но:

• Излучение и поглощение газов носит характер избирательного (селективного) излучения, т. е. газы излучают и поглощают энергию лишь в определенных интервалах длин волн, в так называемых полосах, расположенных в различных частях спектра.
• Для лучей других длин волн вне этих полос газы прозрачны, и их энергия излучения равна нулю.
• Поглощательная способность газа зависит от его парциального давления, температуры и толщины слоя. С увеличением плотности и толщины слоя поглощательная способность газа увеличивается.
• Ширина отдельных полос излучения изменяется с температурой газа. С увеличением температуры ширина полос увеличивается, а поглощательная способность уменьшается, т.к. плотность газа уменьшается. Но в результате возрастания температуры энергия излучения увеличивается.

Для углекислоты и водяного пара наиболее важное значение имеют следующие полосы:

• Одно- и двухатомные газы (N₂, О₂) неспособны к излучению и поглощению лучистой энергии; практически эти газы для тепловых лучей прозрачны - диатермичны.
• В газах излучение и поглощение всегда протекает в объеме.
• Твердые тела излучают и поглощают энергию поверхностным слоем.
• Твердые тела имеют сплошные спектры излучения: они излучают (и поглощают) лучистую энергию всех длин волн от 0 до ∞.

Увеличение степени черноты футеровки приводит к увеличению поглощения тепла от дымовых газов и излучении этой энергии в сплошном спектре, что в свою очередь приводит к увеличению поглощения трубами переизлученного тепла.

Проведенные на промышленных печах эксперименты показали, что при заданной температуре продукта в трубах печи:

• снижается температура дымовых газов на выходе из радиационной камеры.
• снижается температура уходящих дымовых газов из камеры конвекции.
• снижается удельный расход условного топлива,
• снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу (парниковые газы).
• снижается неравномерность температуры по окружности трубы.
• снижается максимальная температура стенки трубы
• снижается вероятность коксообразования.
• резко снижается скорость окисления поверхности труб
• увеличивается устойчивость к тепловому удару
• увеличивается период между выжигом кокса (для высокотемпературных печей)
• увеличивается механическая прочность футеровки и срок ее службы
• увеличивается стойкость к агрессивным дымовым газам (SOх)
• увеличивается КПД печи.
• возрастает надежность эксплуатации печей;
• срок службы ВИП составляет от 4 до 8 лет в зависимости применяемого топлива