Материал: Завелев Г.И. Неметаллические футеровки для аппаратуры нефтяной и нефтехимической промышленности

диабазовой муки, подвергнутый гидротермальной обработке на­ сыщенным паром под давлением, имеет высокие термомеханиче­ ские свойства. Кроме того, значительно увеличивается прочность сцепления с металлом, несколько слоев бетона сращиваются в прочный монолит, а при нагреве механическая прочность бетона становится выше, чем при твер­ дении в нормальных влажностных условиях.

После нанесения основного слоя футеровки производится его гидро­ термальная обработка. На нефтепе­ рерабатывающих заводах для этой цели используется мятый пар с до­ бавкой острого пара при максималь­ ной температуре 160° и давлении 5,4 ати. Этот режим, оказавшийся оптимальным для получения жаро­ стойкого бетона хорошего качества, легко осуществляется в производст­ венных условиях. Схема гидротер­ мальной обработки футеровки при­

известно, имеет большое количество пор, заполненных водой и воз­ духом. При повышении температуры в аппарате, осуществляемом мятым паром при 120—130°, наряду с прогревом бетона происхо­ дит и конденсация пара, сопровождающаяся тампонированием пор бетона сконденсировавшейся водой. По мере поступления пара в аппарат парциальное давление пара в аппарате понижается. Вследствие этого воздух, находящийся в порах бетона, стремится

89

выйти наружу. При дальнейшем увеличении температуры упру­ гость воздуха повышается, а поскольку его выходу из материала препятствуют водяные тампоны в порах, он начинает давить на цементирующие пленки в бетоне, стремясь их разъединить. При этом, если связь между пленками в бетоне достаточна, то ма­ териал не разрушится. В случае низкой адгезии пленок при гидро­ термальной обработке бетона могут произойти его разбухание, образование вздутий и расслоений. Следовательно, запариванию должен подвергаться такой бетон, у которого адгезия пленок имеет достаточную величину (не менее 150—200 г!см).

Чтобы величину адгезии пленок довести до минимального значения, необходимо процесс схватывания бетона проводить в условиях предварительной воздушной выдержки. Длительность этого процесса зависит от химико-минералогического состава клинкера, от тонкости помола цемента, содержания в нем гипса и от температуры окружающего воздуха.

В производственных условиях после окончания схватывания последнего слоя аппарат заполняют водой, под которой выдержи­ вают футеровку в течение 24 час. или обильно поливают ее водой.

Скорость повышения температуры водой в аппарате оказы­ вает большое влияние на качество футеровки. При запаривании бетона при температуре 160° и давлении 5,4 ати длительность повышения температуры до 100° не менее 12 час. Такое же время должно продолжаться увеличение температуры до 160° и давле­ ния до 5,4 ати. При достижении заданных параметров футе­ ровку выдерживают в течение суток. Длительность выдержки бетона под давлением зависит от величины давления пара: чем оно выше, тем короче может быть выдержка бетона для достижения тех же физико-механических показателей. Гидротермальный ре­ жим обработки футеровки оценивают величиной давления Насы­ щенного водяного пара. Однако температура в аппарате будет соответствовать величине создаваемого в нем давления только в том случае, если внутри аппарата отсутствует воздух. При на­ личии же воздуха общее давление, измеряемое манометром, бу­ дет создаваться не только водяным паром, но и воздухом. Для правильного контроля режима обработки и избежания снижения температуры необходимо воздух из аппарата удалять. Это дости­ гается тем, что при повышении температуры в аппарате до 100° на верхнем днище вентиль-воздушник, через который удаляется воздух, вытесняемый водяным паром, оставляют открытым.

Чтобы горячий конденсат не действовал на футеровку, его регулярно выпускают через конденсационный горшок.

Давление в аппарате понижают путем прекращения подачи пара из магистрали при одновременном выпуске оставшегося пара из аппарата. В этот период температура водяного пара в аппарате падает быстрее, чем температура футеровки, которая оказывается перегретой по отношению к окружающей его среде. В результате этого начинается усиленное кипение влаги, содержащейся в бе-

•90

тоне, а также паровыделение. При этом процессе влажность материала уменьшается. Чтобы интенсивное кипение и выделение водяного пара не оказали вредного действия на структуру фу­ теровки, давление не следует снижать слишком быстро. Равно­ мерное понижение давления в аппарате должно продолжаться не менее 12 час., а охлаждение футеровки — 24 часа. После гидротермальной обработки поверхность футеровки осматривают и остукивают молотком весом 1 кг. В случае обнаружения участка, издающего при ударе дребезжащий звук, отличающийся по тону от звука, издающегося остальной поверхностью, просверливают на этом участке через 75 мм отверстия диаметром 15—20 мм на глубину 60—70 мм. Если при сверлении будут обнаружены пу­ стоты или каверны, то в отверстия нагнетают жидкий цементный раствор состава: пуццолановый портланд-цемент, диабазовая мука, шамотный песок в соотношении 1:1:2. Количество воды берется приблизительно 30% от веса сухой смеси. При этом же составе раствора, но с меньшим количеством воды заделывают просверленные отверстия.

После осмотра футеровки приступают к приварке шайб и эк­ ранирующих (панцирных) сеток. Панели панцирных сеток (300 X X 300 мм) приваривают к четырем Щайбам (50 X 20 X 5 мм), установленным на шпильках.

Для монтажа сеток на сферических днищах и в местах перехода от сферической к цилиндрической части корпуса панели панцир­ ных сеток вырезают в виде трапеций и выгибают по месту. Различ­ ные конструкции экранирующих сеток, применяемых для моно­ литных футеровок, описаны в главе VIII.

Шайбы и сетки перед монтажом очищают при помощи песко­ струйного аппарата до металлического блеска. На панцирную сетку Наносят торкретированием или вручную слой бетона тол­ щиной 25 мм заподлицо с сеткой. Для экранирующего слоя (при нанесении торкретированием) применяют бетон состава: пуццолановый портланд-цемент, диабазовая мука, песок из ша­ мота класса Б в соотношении (по весу) 1:1:1. При нанесении вручную применяют бетон на жидком стекле состава: жидкое «текло (удельного веса 1,40—1,41, модуля не ниже 2,5), диабазовая мука, шамотный песок класса Б в соотношении 1 : 0,8 : 2. Кроме того, в смесь вводят кремнефтористый натрий в количестве 12% ■от веса жидкого стекла.

Экранирующий слой, выполненный на пуццолановом порт­ ланд-цементе, подвергают гидротермальной обработке в течение 12 час. при давлении насыщенного пара в аппарате 5,4 ати. Режимы повышения и понижения давления в аппарате те же, что и для основного слоя футеровки.

Твердение футеровки в условиях пропарки при атмосферном давлении. Для нефтеаппаратов, рассчитанных на эксплуатацию при атмосферном давлении, гидротермальная обработка футе­ ровки при избыточном давлении не может быть осуществлена.

91

В этом случае применяют обработку футеровки влажным паром при атмосферном давлении.

Перед началом тепловой обработки аппарат заполняют водой, под которой футеровку выдерживают в течение 24 час. или обильно поливают ее водой. Тепловая обработка футеровки должна производиться при максимально допустимой температуре для определенного вида цемента. Для бетонов на портланд-це- мейте эта температура равна 80°, а на пуццолановом портланд­ цементе 90°. Температура в аппарате 'должна поддерживаться в пределах ±5°. Скорость повышения температуры в аппарате не должна превышать 10—15° в час. Для пропарки применяют мятый пар или дросселированный острый пар. В последнем случае пропаривают при открытом воздушнике на верхнем днище аппа­ рата. Во время пропарки конденсат выводят. Пропаривают при максимальной температуре в течение 72 час. Охлаждают футе­ ровку до нормальной температуры уменьшением подачи пара со скоростью 15—20° в час.

Для футеровок, подвергающихся пропарке при атмосферном давлении, применяют бетоны на портланд-цементе с тонкомолотым кварцевым песком и заполнителями из шамотных легковесов.

5. Сушка бетонной футеровки

Перед пуском аппарата в эксплуатацию футеровку сушат инертными и дымовыми газами и прогревают до рабочей темпе­ ратуры.

Сушка футеровки требует определенного режима в отношении допускаемых безопасных скоростей процесса и температуры на­ грева бетона. При неправильном режиме сушки в порах бетона возможны быстрое парообразование и внезапное разрушение фу­ теровки. Кроме того, бетон при сушке дает усадку, в результате чего возникают усадочные напряжения, которые могут вызвать появление в футеровке трещин. Рассмотрим процесс удаления свободной и полусвободной воды из бетона при условии, чти в определенный период времени температура и влажность су­ шильного агента остаются постоянными, а давление пара над. поверхностью футеровки больше давления пара в основной масса теплоносителя. Вследствие разности парциальных давлений пара влага будет испаряться с поверхности бетона в окружающуюсреду. Этот процесс обусловливается внешней диффузией. С испа­ рением влаги на поверхности бетона устанавливается меньшая концентрация ее, чем внутри, что вызывает непрерывное движе­ ние влаги от внутренних слоев к поверхности футеровки.

В капиллярно-пористых материалах, к которым относится и бетон, возможны различные виды перемещения влаги, обусло­ вленные действием диффузионно-осмотических и капиллярных сил. Явление перемещения влаги, аналогичное явлению тепло­ проводности, было названо А. В. Лыковым влагопроводностью

92

материала. При наличии температурного градиента внутри мате­ риала влага перемещается из места с более высокой температурой к месту с более низкой температурой. Это явление перемещения

закон перемещения влаги по А. В. Лыкову выражается следую­ щим уравнением:

К— коэффициент влагопроводности материала в м2)час. Величина К определяет собой количество влаги, пере­ мещающейся в единицу времени через единицу поверх­ ности при перепаде концентрации влаги в 1 гкм? на

единицу длины;

— температурный градиент в °C на 1 м;

6 — коэффициент термовлагопроводности в кг/кг°С.

Процесс сушки сопровождается изменением веса материала во времени вследствие удаления из него влаги. Зная начальную влажность материала и вес его, можно выразить графически изме­ нение влажности во времени со = / (z), т. е. построить кривую 1 процесса сушки, изображенную на рис. 23. По этой кривой можно построить график изменения влажности материала в единицу

времени, т. е. кривую скорости процесса сушки = /(z). Ско­ рость процесса сушки определяется количеством влаги a/F т в кг,

F — общая поверхность высушиваемого материала в м2', х—длительность процесса сушки в часах.

При известной скорости процесса сушки общая ее продолжи­ тельность в часах выразится равенством

_ Gc (Си — Сн)

UF

93