관식 가열로의 구조 및 사용되는 내화재료

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내부에 라이닝이 있는 밀폐된 공간 안에는 서로 연결된 수많은 고품질의 합금으로 만들어진 이음매 없는 강관들이 설치되어 있습니다. 가열 매체는 이러한 이음매 없는 강관들을 통해 매우 빠른 속도로 흐릅니다. 연료는 밀폐된 공간 내에서 연소하여 고온의 연기를 생성하며, 이 고온의 연기는 복사, 대류, 전도를 통해 가열 매체에 열을 전달합니다. 그 결과, 가열 매체는 생산 공정에서 요구되는 온도까지 가열되거나, 특정 화학 반응이 일어날 정도로 가열됩니다；이러한 종류의 장비는 통칭하여 관식 가열로라고 합니다.오늘 우리가 다루는 관식 가열로는 석유 정제 및 석유화학 생산 설비의 공정 가열로로, 줄여서 석화 공정 가열로라고 합니다.http://www.znhcl.com/uedits/c029a71236c5454cabf957f3dc755142.jpg 석유화학 공정용 관식 가열로는 방사실, 대류실, 잔열 회수 장치, 연소기, 공기 공급 시스템 및 연도 가스 배출 시스템 등으로 구성됩니다.1. 방사실 방사실은 가열로의 방사 열전달에서 주도적인 역할을 하는 부분입니다.화염이 직접 존재하는 곳이기 때문에, 이 부분은 가열로에서 가장 높은 온도를 기록합니다. 따라서 사용되는 재료의 성분, 강도, 두께 및 기계적 구조에 대해 신중하게 고려해야 합니다. 또한 기능적인 측면에서 보면, 전체 가열로의 열부하 중 70~80%가 복사실에서 흡수됩니다.반응 변환과 분해가 일어나는 유체용 용광로에서는, 반응과 분해 등이 모두 방사선 챔버 내에서 이루어집니다.그러므로 방사실의 우열이 가열로의 우열을 결정한다는 것은 과언이 아닙니다.2. 대류실은 가열로의 대류 열전달을 결정하는 부분으로, 매우 밀집되게 배열된 관군을 가지고 있습니다. 이러한 구조 덕분에 연기가 대류관을 통과할 때 속도가 증가하여 효과적인 대류 열전달이 이루어집니다.일반적으로 대류실은 전체 보일러의 열부하 중 20~30%에 해당하는 열을 흡수합니다.대류실은 방사실 상부에 설치할 수 있다；지면에 설치하여 연도를 통해로 본체와 연결할 수도 있지만, 본질적인 원리는 동일합니다.대류실에서는 니들헤드 튜브나 플레이트 튜브를 사용할 수 있다.3. 잔열 회수 장치 잔열 회수 장치란 대류실에서 나오는 연기의 열을 회수하거나, 대류실이 없을 경우에는 방사실에서 직접 나오는 연기의 열을 회수하는 데 사용되는 장비를 말합니다.현재 국내외의 여러 정유공장에서 채택되고 있는 잉여열 회수 방법은 대체로 다음과 같은 유형들이 있습니다: a. 공정 흐름 및 설비 전체의 균형을 고려하여, 차가운 원료를 뜨거운 오일과 공기를 이용해 예열하는 방식입니다.b. 순환 시스템의 개선 및 단순화 측면에서 열매체 순환 – 열유 공기를 이용한 공기 예열이 고려된다.개로 및 폐로 열매체 순환을 포함합니다.c. 부가적인 회수 장비를 추가하는 것을 고려할 때, ① 강관형이 있습니다；②유리관식；③회전식；④주철관식；⑤교란자식；⑥열관식；⑦판형 공기 예열기 등.d. 다른 장비들과 함께 에너지를 절약하기 위해, ①잉여열 보일러가 있습니다；②열전병합발전.4. 연소기는 가열로의 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 연소기의 기술적 성능의 우수성과, 가열로의 공정 요구사항 및 로의 구조, 열전달 특성과 잘 부합하는지 여부는 가열로의 작동, 에너지 소비, 환경 보호에 직접적인 영향을 미칩니다.가열로의 공정 요구사항, 로의 구조, 열전달 특성에 적합한 기술적 성능을 갖춘 연소기를 선택하는 것은 가열로가 효율적으로, 또한 “장시간 안정적으로 작동할 수 있도록” 하는 데 매우 중요합니다.5. 환기 장치의 기능은 연소에 필요한 공기를 유입시키는 동시에 연기를 보일러 밖으로 배출하는 것으로, 자연환기와 강제환기의 두 가지가 있습니다.전자는 굴뚝의 통기력에 의존한다；후자는 송풍기를 사용하여 연기를 강력하게 빼냅니다.일반적으로로 내부의 압력 손실이 적을 경우에는 굴뚝을 이용한 자연 환기 방식이 사용된다. 굴뚝은 로의 상부에 설치되며, 가열로와 하나가 된 형태를 띤다. 굴뚝의 높이는 로 내부의 압력 손실을 극복하고 충분한 환기가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.가열로는 구조가 복잡하고, 로 내부의 압력 손실이 큰 가열로나 폐열 회수 장치가 있는 가열로의 경우에는 대부분 유입팬을 설치하여 강력한 환기 방식을 사용한다.6. 로관과 엘보우 로관과 엘보우는 관식 가열로에서 가장 중요한 부분으로, 관식 가열로 전체 강재량의 40%, 총 투자액의 60%를 차지합니다.압력에 견디고, 부식에 저항하며, 불꽃의 직접적인 열에도 버틸 수 있도록, 공정 목표와 생산 안전을 위해 다음과 같은 기준에 따라 로관이 설계됩니다. 로관의 길이와 총 개수는 튜브형 가열로의 열부하, 열효율 및 가열로의 구조에 따라 결정됩니다.배관 직경과 배관 수는 유량, 허용 압력 손실, 체류 시간에 따라 결정됩니다.벽두께는 내부 압력, 열응력, 정적 하중, 관벽 온도, 재료의 강도(고온 크리프성 및 취성 등 포함), 그리고 부식 여유 등에 의해 결정됩니다.재료는 허용 온도 및 고온 강도(크리프 강도 포함), 내열성, 내식성, 취성 등에 의해 결정됩니다.로관 온도가 500℃ 미만일 때는 탄소강 로관을 사용합니다；로관 온도가 500℃~700℃일 때는 저합금강 로관(T9~T22)을 사용한다；로관 온도가 700℃~800℃일 때는 스테인리스 로관(304, 316)을 사용합니다；로관 온도가 800℃~900℃일 때 309 로관을 사용함；로관 온도가 900℃를 초과할 때는 고합금강 원심 주조 로관(HK-40)을 사용합니다.관식 가열로의 방사형 가열관에는 광관이 사용되며, 대류실에는 못머리관 또는 날개관이 사용됩니다.로관과 엘보의 연결 방식에는 용접과 팽창 접합이 두 가지 있습니다.용접 방식을 사용할 경우, 엘보는 용광로 튜브를 압착하여 만든 급격한 각도의 엘보이며, 180° 각도의 엘보가 대표적이고, 주조된 것은 많지 않다.팽창 연결을 사용할 경우, 플러그가 달린 주조형 열교환기를 사용하며, 플러그를 제거하면 관 내부를 기계적으로 청소할 수 있습니다. 단점은 비용이 비싸다는 것이며, 재질은 보일러관과 동일합니다.가열될 오일의 밀도가 낮은 경우, 보일러 튜브에 탄화가 잘 일어나지 않으며, 온라인 탄화 제거 기술이 적용된 가열로의 경우에는 전부 급격한 굽힘을 가진 엘보우를 사용할 수 있습니다. 반면, 가열될 오일의 밀도가 높아 보일러 튜브에 탄화가 쉽게 발생하는 경우, 그리고 온라인 탄화 제거 기술이 적용되지 않은 가열로의 경우에는 방사선실 부분에 주조된 엘보우를 사용할 수 있습니다.7. 관 지지대와 가이드 레일: 관 지지대는 용광로 내의 가열관의 무게를 견디며, 그 무게를 가열로의 프레임으로 전달합니다.관 지지대가 갖추어야 할 조건은 우수한 항산화·부식 성능과 높은 고온 강도이며, 가열관의 온도 변화에 따라 구조적으로 자유롭게 신장·수축할 수 있어야 한다.관 지지대의 재료는 방사실과 대류실 하부에서는 25Cr—12Ni 강 또는 25Cr—20Ni 강을 사용한다.대류실 상부에는 밀봉 주철 “HR”와 5Cr 합금강을 사용합니다.고크롬강을 사용할 때의 문제점은 고온에서의 취성과, 연료에 포함된 바나듐과 황으로 인한 부식입니다.이러한 경우 지지대는 교체 가능한 구조로 설계되어야 하며, 고온에서의 취성은 페라이트를 이용해 억제해야 하고, 바나듐에 의한 부식은 주조 보호층 처리를 통해 방지할 수 있다.일반적으로 방사상 챔버에서는 칼집형 관 지지대를 사용하고, 대류 챔버에서는 구멍이 뚫린 판형 관 지지대를 사용하며, 가이드 프레임은 단지 관을 안내하는 역할만 합니다.8. 내화재료 내화재료는 가열로에 반드시 필요한 재료로, 대체로 형태가 고정된 재료와 형태가 고정되지 않은 재료의 두 가지로 나뉩니다.a. 정형 내화재료: 정형 내화재료란 중량형 내화블록, 경량형 내화블록, 단열블록 등을 말합니다. 중량형 내화블록은 내화성이 우수하여, 버너의 연소로나 고온으로 가열되는 로의 방사면 코팅에 사용됩니다.경량 내화벽돌은 내화성과 단열성을 모두 갖추고 있어, 주로 용광로의 측벽과 윗부분에 사용됩니다.단열벽돌의 내열성은 매우 낮아, 주로 용광로 바닥과 측벽의 내부 라이닝으로 사용되며 사용량은 많지 않습니다.내화블록 등 내화재료 제품이 필요한 고객님들은 내화재료넷 http://www.znhcl.com을 방문해 보세요. 전국의 제조업체들이 직접 공급하며, 알리페이 결제도 지원되고 현금으로 즉시 구매할 수 있습니다.b. 비정형 내화재료는 일반적으로 골재와 시멘트를 물과 섞어 콘크리트와 같은 방식으로 시공하는 비정형 내화재료를 말하며, 줄여서 주조재라고 합니다.내화성을 주로 하면서 일정한 단열성도 갖춘 주조재(중량형 주조재)와 단열형 주조재(경량형)로 나뉘며, 시공 방법은 주입, 도포, 분사의 세 가지가 있습니다.관식 가열로의 경우, 내화성을 우선시하며 일정한 단열성을 갖춘 소성 주조재를 로의 윗면, 측벽, 그리고 바닥에 사용합니다.연도와 굴뚝의 내벽, 그리고 측벽의 내면에는 단열 효과가 있는 플라스틱 주조재가 사용됩니다.세라믹 섬유 블록, 암면 펠트, 세라믹 섬유 스프레이도 비정형 내화 재료에 속합니다.9.로 프레임, 측벽, 그리고 플랫폼은 가열로의 모든 하중을 견디는 강철 구조물입니다. 재료로는 일반적인 탄소강이 사용되며, 주로 I형강과 H형강이 사용됩니다.측판이란 난로 벽의 외부 표면에 있는 강철판으로, 비와 먼지를 막아주는 역할을 하며 동시에 불필요한 공기가 난로 내부로 들어오는 것을 방지합니다. 그 기능에 따라 구조물의 하중을 분담하는 역할을 하는 경우와 단순히 덮개 역할만 하는 경우로 나눌 수 있습니다.플랫폼과 사다리는 조작 및 점검을 위해 설치되어, 일상적인 운영, 점검, 수리에 사용됩니다.