Суюнов |
E-mail: Engineering@ctkeuro.ru |
|
Дунин |
E-mail: Engineering@ctkeuro.ru |
Компания АО «ЦТК-ЕВРО» предлагает новейшую технологию ВИП (высокоизлучающих покрытий). Эти высокотемпературные покрытия дальнего инфракрасного спектра действия, которые могут быть широко использованы в промышленных печах с рабочей температурой от 300-1600°С, также в котлах, промышленных электрических печах, печах отжига, подогревателях воздуха доменной печи, коксовых печах и т.д.
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.
Выберите интересующий вас цвет высокоизлучающего покрытия, чтобы узнать его свойства.
Варианты составов | Green Solcoat | CroMag Solcoat | Black Solcoat | White Solcoat | Hi-e Solcoat | Hi-e Pipes |
Внешний вид | Зеленый матовый | Светло зеленый гладкий | Черно серый гладкий | Светло серый гладкий | Темно зеленый гладкий | Зелено серый гладкий |
Температура плавления [ºC] | >1900 | 1800 | >2100 | 1500 | >1900 | 1870 |
Вязкость (4мм)[с] 1) | 13 | 11 | 11 | 13 | 14,6 | 14,6 |
Тепловое расширение [K-t] | 7.2 × 10-6 to 6.4×10-5 | 6.4×10-6 to 4.8×10-5 | 2.8 – 4.3×10-5 | 9.3×10-6 to 4.8×10-5 | 6.9x10-6 to 4.8x10-5 | 9.8 x10-5 |
Плотность после кальцинации [г/см3] | 2,4 | 1,9 | 1,7 | 2,4 | 2,8 | 2,8 |
Потеря массы после нагревания до 750ºC [%] | <0,1 | <0.1 | <0,2 | <0,1 | <0.1 | <0.1 |
Коэффициент излучения (черноты) | 0,92 | 0,9 | 0,89 | 0,98 | 0,98 | |
Пористость [%] | <0,1 | <0.1 | <0,1 | <0,1 | <0.1 | <0.1 |
Устойчивость к тепловому удару [ºC/sec] | >600 | >500 | >200 | >500 | >800 | >780 |
Адгезия | ||||||
к металлу [MПа] 3) | 13 – 15 | 13 – 15 | 11 – 13 | 12 – 14 | 13 – 14 | 11 – 13 |
к керамике [MПа] 3) | >40 | >40 | 28 - 45 | >40 | >40 | 28 - 45 |
Абразивная стойкость | ||||||
при 20ºC [мл] 4) | 3,7 (100%) | 3.6 (100%) | 1,5 (100%) 6) | 4,6 (100%) | 3.8 (100%) | 3.9 (100%) 6) |
при 1000ºC [мл] 4,5) | 3,5 (106%) | 3.6 (105%) | 1,2 (125%) 6) | 4,4 (105%) | 4.6 (105%) | 4.6 (125%) 6) |
Твердый компонент состава | ||||||
Кажущаяся (насыпная) плотность [г/см3] | 1,43 | 1,27 | 3 | 1,35 | 1,65 | 1,68 |
Внешний вид | Светло-зеленый порошок | Светло-зеленый порошок | Черный порошок | Светло-серый порошок | Темно-зеленый порошок | Серо-зеленый порошок |
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
Часть | A | B | Вода |
Внешний вид | прозрачная вязкая жидкость | прозрачная вязкая жидкость | прозрачная жидкость |
pH | >10.7 | >11.0 | 7 |
Вязкость (4мм) [с]1 | 18,3 | 12,3 | 10 |
Плотность [г/см3] | 1,2 | 1,12 | 1 |
Содержание твердых частиц (%) | 32,5 | 32 | 0 |
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:
В результате ухудшается работа печи, резко снижается КПД.
Обычно, полное количество тепла (Qпол) получаемое печью между радиантной и конвекционной камерами распределяется соотношении:
Qрад = 0,75*Qпол |
Qкон = 0,25*Qпол |
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 700оС -1000оС составляет Ɛ=0,4-0,7
В тоже время степень черноты специальных покрытий на основе оксидов металлов с повышением температуры возрастает и при 1000оС 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 (S0x), NOx), но:
Для углекислоты и водяного пара наиболее важное значение имеют следующие полосы:
|
Углекислый газ СО2 |
Водяной пар Н2О |
1-ая полоса |
l=2,36…3,02 мкм |
l=2,24…3,27 мкм |
2-ая полоса |
l=4,01…4,80 мкм |
l=4,80…8,50 мкм |
3-ая полоса |
l=12,5…16,5 мкм |
l=12,0…25,0 мкм |
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:
Теперь, когда мы видим явную пользу от применения высокоизлучающих керамических покрытий (ВИП) рассмотрим более подробно работу ВИП.
Исходный состав представляет собой коллоидную систему типа «золь-гель», где в качестве твердой фазы выступает наполнитель – излучающий агент, а жидкой фазой является связующее на основе соединений кремния. Обычно, в качестве наполнителя применяют тонкодисперсный порошок соединений кремния, бора, хрома, молибдена, вольфрама, циркония и углерода.
После нанесения высокоизлучающее керамическое покрытие (ВИП) представляет собой тонкое, газонепроницаемое высокопрочное покрытие обладающее свойствами:
Этим обусловлена возможность использования таких покрытий в промышленных печах и котлах.
Высокая механическая прочность покрытия обеспечивает защиту от абразивного износа труб и футеровки, предотвращает проникновение агрессивных газов вглубь огнеупорного материала, препятствует выкрашиванию несущей основы.
Благодаря своему составу, керамические покрытия обладают хорошим сцеплением с материалом, они могут наноситься как на новую, так и на «старую» футеровку различного типа: будь то огнеупорный кирпич, жаростойкий бетон или волокнистые материалы.
Одним из самых важных свойств высокоизлучающего керамического покрытия (ВИП) является долговременная высокая излучательная способность. Именно благодаря этому свойству и достигается высокий энергосберегающий эффект. Излучательная способность тела – отношение мощности излучения данного тела при данной температуре к мощности излучения абсолютно черного тела. Для АЧТ излучательная способность равна 1. Как видим, излучательная способность распространенных огнеупорных материалов существенно снижается с увеличением температуры до значений 0,65 – 0,45. В то время как излучающая способность керамических покрытий практически не зависит от температуры и на всем диапазоне составляет 0,92 – 0,95.
В случае обычного огнеупорного материала, имеющего излучательную способность равную 0,45, из 100% поступающей энергии, от горелок печи, около 55% отражается обратно в дымовые газы и только 40% энергии поглощаются и повторно излучаются. Именно эти 40% могут быть дополнительно поглощены нагреваемым объектом(трубами печи и в конечном счете нефтепродуктом).
При использовании специального покрытия излучательная способность поверхности увеличивается, благодаря чему количество повторно излученной энергии возрастает до 87%. Именно эта «переизлученная» с измененным спектром энергия дополнительно поглощается в печи. Таким образом, применение ВИП позволяет использовать тепловую энергию еще более эффективно.
Понимание применения высокоизлучающих покрытий представляют законы Стефана-Больцмана и Кирхгофа.
В первом случае утверждается, что количество энергии, излученное данным телом, пропорционально его излучательной способности и температуре в 4 степени. Сигма является постоянной величиной. Следовательно, чем больше излучательная способность поверхности, тем большее количество энергии она способна излучить.
Согласно закону Кирхгофа отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре для данной частоты и не зависит от их формы, химического состава и проч. Таким образом, при увеличении излучательной способности возрастает и поглощательная способность тела. А значит высокоизлучающее покрытие обладает и большой поглощательной способностью, т.е. способно поглощать энергии больше по сравнению с обычными материалами. Именно это свойство используется при нанесении керамических покрытий на трубчатые змеевики радиационной камеры.
Одним из самых главных преимуществ использования высокоизлучающих покрытий является увеличение энергоэффективности. В частности это выражается в сокращении расхода топлива, согласно статистическим данным, от 4,5 до 12%. Также возможно увеличение производительности печи при неизменном потреблении топлива. Более эффективное использование энергии позволяет повысить общий КПД печи.
Поскольку керамические высокоизлучающие покрытия преимущественно переизлучают энергию, а не отражают ее в дымовые газы, наблюдается снижение температуры в камере радиации, как следствие уменьшается температура трубных змеевиков и отходящих дымовых газов. При более низкой температуре наблюдается значительное снижение образования NOx, а сокращение расхода топлива приводит к уменьшению количества дымовых газов в целом. В итоге мы наблюдаем существенное снижение выбросов парниковых газов (СО2, NOx) до 20%.
Использование керамических высокоизлучающих покрытий обеспечивает равномерный нагрев всех элементов печи. Равномерный нагрев способствует лучшему распределению тепла внутри печи. Предотвращается образование «перегретых» или «недогретых» областей, т.е. исключаются резкие перепады температур, а следовательно увеличивается срок службы печи. Благодаря равномерному нагреву сокращаются потери тепла во внешнюю среду через футеровку. Наряду с общим снижением температуры в камере радиации равномерный нагрев увеличивает срок службы трубчатых змеевиков. Снижается коксообразование, поскольку именно локальные перегревы труб являются основной причиной первичного образования кокса. Более равномерное температурное поле существенно облегчает проведение и точность термографических исследований.
На первом этапе необходимо выполнить подготовку поверхности (футеровка, металл труб). Необходимо удалить все загрязнения, как правило это делается с помощью пескоструйной обработки. В случае новой футеровки никакой дополнительной очистки не требуется.
Наносится при температуре окружающей среды обычным распылением, также покрытие может наносится кистью или валиком. Является покрытием на водной основе, не содержащим химические растворители и летучие вещества. После нанесения необходимо провести сушку при температуре не менее 250°С для формирования равномерного слоя с наилучшими излучающими характеристиками.
Интенсивные отложения на трубах и футеровке образуются при неполном сгорании топлива (особенно жидкого), его продукты, химически не окисленные, осаждаются на металле труб и образуют прочную, рыхлую структуру с высокой адгезией – к металлу.
Отложения на трубах являются препятствием для проникновения тепла к сырью.
По этой причине очисткой труб от отложений (например: абразивоструйным способом) увеличивают шероховатость поверхности нагрева , что в свою очередь ведет к увеличению «степени черноты» труб и временно может достичь значения 0,8. Из опыта эксплуатации, данный способ увеличения «степени черноты» работает не более 1-2 месяцев, после чего необходима повторная остановка оборудования и очистка.
Защитные свойства ВИП покрытий позволяет создать тонкий газонепроницаемый слой на чистых трубах защищающий поверхность от химически- агрессивных продуктов неполного сгорания топлива, а собственная «степень черноты» ВИП достигает до 0,95-0,98 в зависимости от температуры процесса, материала и т.д..
ВЫВОД:
Таким образом нанесение ВИП покрытий на предварительно очищенные трубы не только сохраняет высокую энергетическую поглощающую способность труб в течение длительного времени (на практике более 5 лет), но и увеличивает поглощающую способность за счет собственной «степени черноты» до значений 0,98.
Высокая химическая и механическая стойкость керамического покрытия обеспечивает надежную защиту оборудования от различных вредных факторов. Применительно к радиационным трубам использование покрытия предотвращает образование окалины и коррозии, защищает от наружных загрязнений и возможного абразивного износа (особенно на твердотопливных печах). Газонепроницаемое покрытие препятствует разрушающему воздействию агрессивных газов на футеровку. Кроме того, механически прочное покрытие предотвращает эрозию и выкрашивание футеровки, устраняет пылеобразование при использовании волокнистых огнеупорных материалов.
Использование керамических покрытий имеет высокие экономические показатели. Прежде всего, это связано с низкими капитальными затратами. Наносится оно достаточно просто и быстро, а значит нет необходимости в использовании сложных инструментов, крупной монтажной техники, минимальное время простоя оборудования.
Полное отсутствие эксплуатационных затрат. Применение керамических высокоизлучающих покрытий имеет короткий срок окупаемости. Экономия топлива происходит постоянно на всем протяжении срока службы покрытия, данный проект имеет высокую окупаемость или рентабельность.
Где могут использоваться керамические высокоизлучающие покрытия. Можно сказать, что практически везде, где есть процесс передачи тепла радиацией. Они могут использоваться во многих отраслях промышленности:
И на этом список областей применения не заканчивается…
Таким образом, керамические высокоизлучающие покрытия представляют собой высокотехнологичный продукт, способный существенно повысить энергоэффективность технологических печей и другого топливопотребляющего оборудования.
Результаты термосъемки при использовании ВИП (высокоизлучающих покрытий) на змеевиках радиантоной камеры технологической печи.
ДО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ ПОСЛЕ
Термографическая съемка змеевиков печи в рабочем режиме до и после нанесения высокоизлучающего покрытия.
Данная технология уже используется более чем на 150 крупных и средних зарубежных предприятиях, с подтверждением ее эффективности. Специалисты ЗАО "ЦТК-ЕВРО" провели работы по нанесению высокоизлучающего керамического покрытия на более чем 20 объектах нефтеперерабатывающих заводов.
Печи |
Процесс / Лицензиар |
Производитель печей |
Год ввода в эксплуатацию |
Год нанесения покрытия ВИП |
Эффект по экономии топлива, % |
Секция C-300 ВН-311…315 Секция C-100 ВН-1031A Секция C-1000 ВН-1031B |
Комплекс производства ароматических углеводородов
Лицензиар - UOP, USA |
Technip, France |
1983 |
2012 |
6,7 |
Секция C-600 ВН-611 Секция C-700 ВН-731, ВН-741 Секция C-800 ВН-811 |
Комплекс производства ароматических углеводородов
Лицензиар - UOP, USA |
Technip, France |
1983 |
2014 |
10,0 |
П-101 |
Атмосферно-вакуумная дистиляция (АВД-1) Foster Wheeler Iberia S.A. |
Foster Wheeler Iberia S.A. |
2006 |
2015 |
8,9 |
ОН-1000/1,2 |
Установка гидроочистки вакуумного газойля
Лицензиар - Shevron Reseach & Technology Company, USA |
ABB Lummus Heat Transfer, NJ |
2001 |
2015 |
11,9 |
П-1, П-2/2, П-2/4, 300 H-1,2,3,4 |
Установка каталитического риформинга (Л-35/11-1000)
Лицензиар -UOP, USA |
Eurotechnica, Italy |
2005 |
2015 |
10,0 |
По вопросам использования этой технологии обращайтесь к специалистам компании "ЦТК-ЕВРО".