Estrutura do forno de aquecimento em tubo e materiais refratários utilizados

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Dentro de um recipiente fechado e revestido, existem muitos tubos de aço de alta qualidade ou ligas metálicas, interconectados entre si. Um meio de aquecimento flui por esses tubos a altas velocidades. O combustível queima dentro do recipiente, gerando gases quentes. Esses gases quentes transferem calor ao meio a ser aquecido, por meio de radiação, convecção e condução, até que o meio atinja a temperatura especificada pelo processo de produção ou até que ocorra uma reação química desejada； Esses equipamentos são denominados, em geral, fornos de aquecimento tubulares. O forno de aquecimento em tubos de que falamos hoje é um forno de aquecimento utilizado nas instalações de refino de petróleo e na indústria química do petróleo; em resumo, é um forno de aquecimento para processos petroquímicos. http://www.znhcl.com/uedits/c029a71236c5454cabf957f3dc755142.jpg O forno de aquecimento em tubos utilizado nas indústrias petroquímicas é composto por uma câmara de radiação, uma câmara de convecção, um dispositivo de recuperação de calor residual, um queimador, um sistema de fornecimento de ar e um sistema de exaustão de fumaças. 1. Câmara de radiação – A câmara de radiação é a parte que desempenha um papel fundamental na transferência de calor por radiação no forno de aquecimento. Como é o local onde a chama está diretamente presente, trata-se da parte do forno de aquecimento com a temperatura mais alta. Por isso, é necessário levar em consideração cuidadosamente a composição, a resistência, a espessura e a estrutura mecânica dos materiais utilizados. Além disso, do ponto de vista funcional, de 70 a 80% do calor total gerado pelo forno é absorvido na câmara de radiação. Em fornos em que o fluido sofre conversão e clivagem reativas, as reações e o clivagem geralmente ocorrem inteiramente dentro da câmara de radiação. Portanto, não é exagero dizer que a qualidade da câmara de radiação determina a qualidade do forno de aquecimento. 2. Câmara de convecção – A câmara de convecção é a parte do forno de aquecimento responsável pelo processo de transferência de calor por convecção. Nessa câmara, existem feixes de tubos dispostos de maneira muito densa. Essa estrutura permite que os gases quentes aumentem sua velocidade ao passar pelos tubos, facilitando assim a transferência eficaz de calor por convecção. Geralmente, a câmara de convecção absorve de 20 a 30% do calor total gerado pelo forno. A câmara de convecção pode ser localizada acima da câmara de radiação ； Também pode ser instalado no chão, conectado ao corpo do forno por meio de um canal de fumaça, mas, em essência, o mecanismo é o mesmo. Na câmara de convecção, podem ser utilizados tubos com cabeças de pregos ou tubos com aletas. 3. Dispositivo de recuperação de calor residual: O dispositivo de recuperação de calor residual é um equipamento utilizado para recuperar o calor do ar quente que sai da câmara de convecção; ou, quando não há câmara de convecção, para recuperar o calor do ar quente que sai diretamente da câmara de radiação. Atualmente, as medidas de recuperação de calor residual adotadas pelas refinarias, tanto no país quanto no exterior, são basicamente do seguinte tipo: a. Considerando o fluxo do processo e o equilíbrio geral dos equipamentos, utiliza-se ar frio como insumo para pré-aquecer o ar contendo óleo quente. b. Considerando a melhoria e a simplificação do sistema de circulação, existe a possibilidade de utilização de um transportador de calor – óleo quente para pré-aquecer o ar. Incluindo ciclos de transportador de calor em circuito aberto e fechado. c. Considerando a possibilidade de adicionar equipamentos de reciclagem adicionais, temos: ① tipo tubular de aço ； ②Tubo de vidro ； ③Rotativo ； ④Tubo de ferro fundido ； ⑤Tipo de turbulador ； ⑥Tipo de tubo térmico ； ⑦Pré-aquecedores de ar de placas, etc. d. Considerando a economia de energia em conjunto com outros equipamentos, existe o①caldeira de calor residual ； ②Geração combinada de calor e eletricidade. 4. Queimadores – Os queimadores são um dos componentes importantes de um forno de aquecimento. As qualidades técnicas dos queimadores, bem como a compatibilidade deles com as exigências do processo de aquecimento, com a estrutura do forno e com as características de transferência de calor, têm impacto direto no funcionamento do forno, no consumo de energia e na proteção ambiental. É de grande importância escolher queimadores cujas características técnicas se adequem às exigências do processo de aquecimento, à estrutura do forno e às características de transferência de calor, a fim de garantir um funcionamento eficiente do forno, ou seja, um funcionamento “duradouro, seguro, estável e completo”. 5. Dispositivos de ventilação: A função dos dispositivos de ventilação é introduzir o ar necessário para a combustão, ao mesmo tempo em que expulsa as emissões gasosas para fora do forno. Existem dois tipos de ventilação: ventilação natural e ventilação forçada. O primeiro depende da força de ventilação da chaminé ； Este último utiliza um exaustor para extrair com força os gases de combustão. Geralmente, quando a perda de pressão dentro do forno é pequena, utiliza-se o método de ventilação natural por meio de chaminés. A chaminé é instalada na parte superior do forno, formando um todo com ele. A altura da chaminé deve ser suficiente para superar a perda de pressão no interior do forno e garantir uma ventilação adequada. Fornos de aquecimento com estrutura complexa, aquecedores com grande perda de pressão interna ou aquecedores equipados com sistemas de recuperação de calor residual costumam utilizar ventiladores para garantir uma ventilação eficaz. 6. Tubos do forno e curvas: Os tubos do forno e as curvas são as partes mais importantes nos fornos de aquecimento de tipo tubular. Eles representam 40% do volume total de aço utilizado nesses fornos, além de 60% do investimento total necessário para sua construção. Para suportar pressão, ser resistente à corrosão e ao calor intenso das chamas, e para garantir a execução dos processos produtivos de forma segura, os tubos do forno são projetados de acordo com os seguintes padrões: o comprimento e o número total de tubos dependem da carga térmica do forno tubular, da sua eficiência térmica e da estrutura do forno. O diâmetro do tubo e o número de caminhos do tubo são determinados com base no fluxo, na perda de pressão permitida e no tempo de permanência. A espessura da parede é determinada pela pressão interna, pelos esforços térmicos, pelas cargas estáticas, pela temperatura da parede do tubo, pela resistência do material (incluindo propriedades como a deformação por calor e a fragilidade), bem como pelo grau de resistência à corrosão. Os materiais são determinados pela temperatura de serviço permitida e pela resistência a altas temperaturas (incluindo a resistência à fluência), além da resistência térmica, da resistência à corrosão e da fragilidade. Tubos de forno de aço carbono são utilizados quando a temperatura do tubo está abaixo de 500°C ； Quando a temperatura do tubo do forno está entre 500°C e 700°C, são utilizados tubos de aço de baixa liga (T9~T22) ； Quando a temperatura do tubo do forno está entre 700°C e 800°C, são utilizados tubos de aço inoxidável (304, 316) ； Tubos de forno do tipo 309 são utilizados quando a temperatura do tubo está entre 800°C e 900°C ； Quando a temperatura do tubo do forno excede 900°C, são utilizados tubos de forno fundidos por centrifugação feitos de aço de alta liga (HK-40). Os tubos de radiação dos fornos de aquecimento em tubo utilizam tubos transparentes, enquanto as câmaras de convecção utilizam tubos com pontas ou tubos com aletas. Existem duas maneiras de conectar o tubo do forno aos cotovelos: soldagem e expansão. Ao utilizar soldagem, as curvas são feitas por meio da compressão dos tubos no forno, sendo as curvas de 180° as mais comuns; as curvas fundidas são raras. Ao utilizar solda por expansão, são usados cotovelos fundidos com tampas; ao remover as tampas, é possível limpar o interior do tubo mecanicamente. A desvantagem é que esse método é mais caro, e o material utilizado é o mesmo do tubo do forno. Se o óleo a ser aquecido for leve, os tubos do forno não tendem a formar carbonização; nesse caso, é possível usar apenas curvas abruptas nos tubos. Por outro lado, se o óleo a ser aquecido for pesado, os tubos tendem a formar carbonização, e nos fornos que não possuem tecnologia de remoção de carbonização em tempo real, pode-se usar curvas moldadas na área da câmara de radiação. 7. Suportes de tubos e estruturas de guia: os suportes de tubos sustentam o peso dos tubos de aquecimento dentro do forno, transferindo esse peso para a estrutura do forno. As condições que um suporte para tubos deve ter são: excelente resistência à oxidação e à corrosão, além de alta resistência a altas temperaturas. Além disso, à medida que a temperatura do tubo aquece, o suporte deve permitir que ele se expanda e contrai livremente em termos estruturais. O material dos suportes dos tubos é o aço 25Cr–12Ni ou 25Cr–20Ni, utilizado na câmara de radiação e na parte inferior da câmara de convecção. Na parte superior da câmara de convecção, é utilizado ferro fundido “HR” e aço ligado 5Cr. Os problemas associados ao uso de aço rico em cromo são a fragilidade em altas temperaturas, além da corrosão causada pela presença de vanádio e enxofre no combustível. Nessas circunstâncias, o suporte deve ser projetado com uma estrutura que permita sua substituição. Para combater a fragilidade em altas temperaturas, utiliza-se o ferroferrito como meio de contenção; quanto à corrosão causada pelo vanádio, pode-se recorrer a camadas protetoras aplicadas por fundição. Geralmente, nas câmaras de radiação são utilizados suportes para tubos em formato de suporte de faca, enquanto nas câmaras de convecção são usados suportes para tubos em formato de placa perfurada. Os suportes estruturais servem apenas para orientar os tubos. 8. Materiais resistentes ao calor – Os materiais resistentes ao calor são essenciais para fornos de aquecimento. Eles podem ser divididos, em geral, em materiais moldados e materiais não moldados. a. Materiais refratários moldados: os materiais refratários moldados são, basicamente, tijolos refratários pesados, tijolos refratários leves e tijolos isolantes. Os tijolos refratários pesados têm como principal característica sua resistência ao calor; são utilizados nos canais de combustão dos queimadores, bem como no revestimento da face exposta ao fogo nas câmaras de aquecimento de alta temperatura. Tijolos refratários leves possuem tanto propriedades refratárias quanto isolantes, sendo frequentemente utilizados nas paredes laterais e no teto dos fornos. Os tijolos isolantes têm baixa resistência ao calor, sendo utilizados principalmente como revestimento no fundo e nas paredes dos fornos, em pequenas quantidades. Os usuários que precisam de produtos de materiais refratários, como tijolos refratários, podem visitar o site http://www.znhcl.com. Lá, há fornecedores em todo o país, com venda direta. O pagamento pode ser feito por Alipay, e os produtos estão disponíveis para entrega imediata. b. Os materiais refratários amorfos referem-se, em geral, a materiais refratários amorfos que são formados a partir de agregados e cimento, misturados com água, e que são aplicados da mesma maneira que o concreto. Eles são também conhecidos como materiais de revestimento fundido. São divididos em materiais de revestimento com alta resistência ao fogo e que possuem também alguma capacidade de isolamento térmico (materiais de revestimento pesados), e materiais de revestimento com foco no isolamento térmico (materiais leves). As métodos de aplicação são três: injeção, aplicação por espalhamento e aplicação por pulverização. Para fornos de aquecimento em tubo, utiliza-se um material moldável e refratário, que oferece boa resistência ao calor e também propriedades isolantes, sendo usado no teto, nas paredes laterais e no fundo do forno. Para o revestimento dos canos de fumaça e chaminés, bem como dos revestimentos internos das paredes laterais, utiliza-se um material moldável e isolante. Blocos de fibra cerâmica, feltros de lã de rocha e pintura à base de fibra cerâmica também pertencem aos materiais refratários não moldados. 9. A estrutura do forno, as paredes laterais e a plataforma são componentes de estrutura metálica que suportam todo o peso do forno de aquecimento. O material utilizado é aço carbono comum; são frequentemente usados perfis em forma de calha e perfis em forma de I. As placas laterais são as chapas de aço que revestem a superfície externa da parede do forno. Sua função é proteger contra chuva e poeira, além de impedir que ar desnecessário entre no forno. De acordo com sua função, elas podem ser divididas em duas categorias: aquelas que ajudam a suportar o peso da estrutura metálica, e aquelas que servem apenas como revestimento. As plataformas e escadas são criadas para operação e manutenção, sendo utilizadas para atividades diárias de operação, manutenção e inspeção.