Огнеупорната облицовка на газова пещ е бариерата между горивна среда с температура над 1000°C и стоманена обвивка, която трябва да остане под около 80°C, за да запази структурната си цялост и да защити персонала. Керамичните влакна - наричани още огнеупорни керамични влакна (RCF) или алумосиликатни влакна - са се превърнали в доминиращ материал за облицовка на промишлени пещи за термична обработка поради ниската си топлопроводимост, ниското съхранение на топлина и относителната лесен монтаж.
MONTE INTELLIGENCE определя и монтира керамични влакнести облицовки в нашите продукти за газови пещи. Тази статия обхваща инженерните решения, практиките за монтаж и термичните изчисления, които определят производителността и експлоатационния живот на облицовката.
Керамичните влакна се произвеждат чрез топене на смес от алуминиев оксид (Al2O3) и силициев диоксид (SiO2) в електрическа дъгова пещ и след това фиброзиране на разтопения поток - или чрез продухване със сгъстен въздух, или чрез предене от въртящо се колело. Получените влакна, обикновено с диаметър 2-4 микрометра и дължина до 250 мм, се оформят в одеяла, плоскости или вакуумно формовани форми. Химичният състав на влакната определя максималната работна температура: стандартните влакна (45-50% Al2O3, 50-55% SiO2) са предназначени за 1260°C; влакната с високо съдържание на алуминиев оксид (55-60% Al2O3) за 1400°C; а влакната, съдържащи цирконий, за 1430°C.
Керамичното влакнесто одеяло е суровината - гъвкава, иглонабита подложка от влакна, обикновено доставяна на ролки с дължина 7,2 метра и ширина 0,6 метра, с дебелина от 13 мм до 50 мм, с плътност от 64 до 128 кг/м3. Одеялото е най-евтината форма на керамично-влакнеста изолация. То се монтира на няколко слоя, за да се изгради необходимата обща дебелина, като слоевете са разположени шахматно, така че фугите между съседните парчета да не се подравняват - това предотвратява образуването на прави пролуки, които биха позволили на топлината да се излъчва директно към обвивката.
Керамичните влакнести модули са предварително сглобени блокове от сгънат слой, компресирани до по-висока плътност (обикновено 160-220 кг/м3) и задържани под налягане от метална рамка или от ленти, които се нарязват след монтажа. Когато лентите се нарязват, компресираният слой се разширява, за да запълни фугите между модулите, създавайки плътно уплътнение без проходните фуги, които са проблем при многослойните инсталации на слоеве. Модулите се закрепват към стоманената обвивка с помощта на анкери от неръждаема стомана - обикновено 304 или 310 - които са заварени с шпилки към обвивката в решетка, съответстваща на размерите на модула, обикновено 300 мм × 300 мм.
Проектирането на облицовката започва с изчисление на топлинния поток. Топлинният поток през равна стена е: Q = k × A × (T_hot - T_cold) / t, където k е топлопроводимостта (W/m·K), A е площта, T_hot и T_cold са температурите на горещата и студената повърхност, а t е дебелината. За керамични влакна при средна температура 1000°C, k е приблизително 0,15-0,25 W/m·K в зависимост от плътността. За облицовка с дебелина 300 mm с T_hot = 1000°C и T_cold = 80°C, топлинният поток е около 0,2 × 920 / 0,3 ≈ 613 W/m2 — което е проектната топлинна загуба, която енергийният баланс на пещта трябва да отчита.
Облицовката обикновено използва множество слоеве от различни материали, за да се балансира цената и производителността. Горещият повърхностен слой — изложен на най-високата температура — използва най-висококачествени влакна, подходящи за максималната температура на пещта. Зад горещата повърхност може да се използва по-евтин резервен слой от нискотемпературни влакна или минерална вата, тъй като горещият повърхностен слой значително понижава температурата. Температурата на интерфейса между слоевете се изчислява от термичните съпротивления: ако горещата повърхност е 200 mm влакна с температура 1260°C (k = 0,18), а резервният слой е 100 mm минерална вата (k = 0,08), температурата на интерфейса се изчислява като T_interface = T_hot - Q × (t_hotface / k_hotface). Номиналната температура на резервния слой трябва да надвишава тази температура на интерфейса.
Проектирането на системата за закрепване трябва да отчита термичното разширение. Стоманената обвивка се разширява при нагряване - около 1,2 мм на метър при повишаване на температурата от 100°C. Облицовката от керамични влакна се разширява много по-малко - около 0,5 мм на метър при 100°C. Разликата в разширението между обвивката и облицовката създава напрежение на срязване в точките на закрепване. Системата за закрепване трябва да поема това различно движение, без да разкъсва влакнестите модули. За тази цел се използват шлицови отвори за закрепване или гъвкави конструкции за закрепване.
Качеството на монтажа определя дали изчислените топлинни характеристики действително се постигат по време на експлоатация. Пролуките между модулите – от лошо сглобяване, от повреди по време на монтажа, от повреда на анкерите – са най-честата причина за прегряване на корпуса на пещта. Пролука от 3 мм на един квадратен метър облицовка може да увеличи локалните топлинни загуби с коефициент 5-10. Контролът на качеството по време на монтажа включва проверка на сглобяването на модулите (максимално допустимата пролука обикновено 2-3 мм), проверка на целостта на заварките на анкерите (тест за опън на проба от анкери) и проверка за компресирани или повредени модули, които няма да се разширят правилно при нагряване.
Поддръжката на облицовката по време на работа на пещта се състои от редовна визуална проверка на външната част на корпуса за горещи точки – индикирани чрез обезцветяване на боята, повърхностни температури над 80°C, измерени с инфрачервен термометър, или видимо сияние през нощта. Горещите точки трябва да бъдат картографирани и наблюдавани. Гореща точка, която е стабилна при 100-120°C, може да е приемлива за продължаване на работата до следващото планирано спиране. Гореща точка, чиято температура се повишава или надвишава 150°C, трябва да бъде проучена и ремонтирана при следващата възможност.
Фугажите на пещите MONTE INTELLIGENCE са проектирани за експлоатационен живот от 5-8 години при нормални експлоатационни условия. Ние предлагаме услуги по монтажен надзор, термични изчисления и инспекция на футеровката.
За проектиране на облицовка от керамични влакна или за повторно облицоване на съществуващата ви пещ, свържете се с helenxu@cnlymonte.com.
