30. Трубчатый змеевик, его конструктивное исполнение, способы крепления. Выбор размера и материалов труб и отводов, предъявляемые технические требования.

Трубчатый змеевик является наиболее ответственной частью печи. Его собирают из дорогостоящих горячекатаных бесшовных печных труб. Применяют бесшовные катаные трубы из углеродистой стали марок10 и 20 (при температуре до 450°С) и из легированных сталей 15Х5Ми 15Х5ВФ (при температуре до 550 °С). При более высоких температурах нагрева сырья используют трубы из жаропрочных сталей. Трубы из углеродистой стали можно применять только в не агрессивныхсредах.

Трубы могут соединяться в змеевики двумя способами:

а) ретурбендами — соединение производится посредством развальцовки концов труб в гнездах;

б) калачами или двойниками – соединение производится посредством сварки.

Змеевик печи может иметь и комбинированное исполнение: в конвекционной камере или на начальном ее участке — сварной, а на всех остальных участках, испытывающих большую теплонапряженность – на ретурбендах.

Когда по условиям эксплуатации нет необходимости в систематическом вскрытии торцов труб (для чистки или ревизии), предпочтение следует отдавать сварному змеевику, как наиболее простому, компактному, дешевому и надежному в работе. Ретурбенды представляют собой стальные литые или кованые короба, соединяющие трубы в змеевик. Направление потока в них изменяется на прямо противоположное. Существуют угловые ретурбенды, в которых направление движения потока изменяется под прямым углом. Их применяют при переходе змеевика из одной камеры в другую или с одного экрана на другой. Конструкция всех ретурбендов такова, что в случае необходимости может быть открыт доступ к внутренней поверхности печных труб. Для этого из гнезд его извлекают конусные пробки, закрывающие короб и прижимаемые к нему траверсными болтами. Литой ретурбенд предназначен для соединения двух труб. Он называется однопоточным в отличие от двухпоточных, в которых соединяются четыре трубы. У литых ретурбендов траверсы вставляются в проушины корпуса. У кованых ретурбендов траверсы при затяжке траверсного (нажимного) болта упираются в специальный подковообразный выступ корпуса. Литые ретурбенды более надежны, компактны и экономичны, чем кованые, поэтому им отдается предпочтение. В цилиндрических гнездах ретурбенда под трубы протачивают по одной или две канавки глубиной 1,5…2 мм для надежности развальцовочного соединения. При развальцовке концы труб должны быть отбуртованы. Для того чтобы развальцовка была надежной, гнезда ретурбендов под трубу должны быть тверже материала трубы. Коробка и все детали ретурбенда подвергаются термообработке.Расчет ретурбендов производят на усилия, вызываемые давлениемв коробе, и на распорные усилия от пробок, прижимаемых к корпуснымгнездам. Осевое усилие, возникающее в болте, определяют по моменту,создаваемому рабочим (при ручной затяжке) или гайковертом в моментзавершения затяжки.Печные трубы работают в трудных условиях; они подвержены двустороннему воздействию высоких температур: изнутри — от нагреваемого сырья и снаружи – от дымовых газов и излучающих поверхностей.Внутренние поверхности труб подвержены коррозионному и эрозионному износам. Наибольшая коррозия наблюдается при переработкесернистых нефтей, а также нефтей, содержащих хлористые соли.Эрозионный износ обусловлен содержанием в нагреваемом сырьемеханических включений и большими скоростями движения среды потрубам. Особенно интенсивно изнашиваются концы труб.Наружные поверхности труб в процессе эксплуатации подвергаются износу из-за коррозии дымовыми газами, окалинообразованияи прогаров.

На установках AT, ABT, ВТ, где тепловой режим эксплуатации печей стабильный и температура нагрева сырья сравнительно невысока,с учетом коррозионных свойств нефти применяют печные трубы изуглеродистых сталей Сталь 10 и Сталь 20, либо из низколегированныхсталей марок 15Х5М и 15Х5ВФ. Эти трубы обладают достаточной теплоустойчивостью и не подвергаются интенсивной коррозии. Однако наустановках термического и каталитического крекинга и других установках, где протекают процессы, характеризующиеся более высокими температурами нагрева и наличием коррозионных агентов, срок службыпечных труб из низколегированных сталей мал (1…3 года). Особеннобыстро выходят из строя участки трубчатого змеевика радиантной секции, где откладываются кокс и различные осадки, а также образуетсябольшое количество сероводорода. Для таких печей ВНИИнефтемашем рекомендованы стали 12Х8ВФ и Х9М. По теплоустойчивости притемпературах 550 и 600 °С сталь 12Х8ВФ не уступает известным маркам сталей 15Х5М и 15Х5ВФ, а по коррозионной стойкости в горячихсероводородных средах превосходит их в 2…3 раза.Для процессов риформинга, гидроочистки и подобных им высокотемпературных процессов, в которых сырье нагревается до 600 °С,применяют печные трубы из сталей 12Х18Н9Т и 12Х18Н10Т либобезникелевую сталь 1Х12В2МФ. Последняя обладает более высокими прочностными свойствами, достаточной пластичностью и ударнойвязкостью.Использование печных труб из стали 1Х12В2МФ вместо труб из стали 15Х5М позволяет увеличить срок службы змеевиков и сократить простой печей при ремонтах. Трубы из сталей 15Х5М, 15Х5ВФ и 12Х8ВФпоставляются в отожженном состоянии (конец трубы имеет твердостьне выше НВ 170 для развальцовки ее в ретурбенде при сборке змеевика).

Если эти трубы подвергнуть термообработке — улучшению (стали15Х5МУ, 15Х5ВФУ, 12Х8ВФУ), то прочность металла повышается на20…30 % и возрастает срок их службы.Исследованиями ВНИИнефтемаша показано, что для установоккаталитического риформинга целесообразно применять печные труы из стали 12Х18Н10ТС, которая отличается от стали 12Х18Н10Тнесколько повышенным минимальным соотношением титана и углерода в состоянии стабилизирующего отжига. Сталь 12Х18Н10ТС менее склонна к межкристаллитной коррозии при высоких температурахпроцессов каталитического риформинга и гидроочистки. Для конвекционной секции печей этих установок используются печные трубы изстали 12Х8ВФ.Перспективна в качестве материала для печных труб сталь Х9М.Наличие в ней 9 % хрома и до 1 % молибдена обеспечивает высокуюжаропрочность, которая на 20…25 % выше, чем стали 15Х5М, при равной пластичности.Для радиантных секций печи на установках гидрогенизационногообессеривания дизельного топлива наиболее стойкими против общейкоррозии являются трубы из стали 12Х18Н10Т. При необходимостиэкономии никельсодержащих сталей можно использовать трубы изсталей 12Х8ВФ, Х9М и 1Х12В2МФ.