монт экранирующего слоя значительно проще, чем металли ческой облицовки. При разрушении бетона на Небольших участ ках панцирного слоя из ячеек удаляют все остатки бетона, затем этот участок пескоструят, а ячейки заполняют торкретированием или вручную новым раствором. Поврежденные участки облицовки, очевидно, можно исправлять в местах, доступных для ремонта. Поэтому целесообразно трубы небольших диаметров выполнять из отдельных обечаек, соединяемых на фланцах.
Для эрозионностойких облицовок применяются бетоны на портланд-цементе, пуццолановом портланд-цементе, глиноземи стом цементе и жидком стекле. Кроме эрозионной стойкости, эти составы должны быть термически стойкими, иметь стабильный объем при нагреве и хорошо сцепляться с ячейками сетки и защи щаемой поверхностью. В качестве заполнителей для эрозионно стойких бетонов используются молотый шамот, хромомагнезит, высокоглиноземистые огнеупоры и диабазовое литье с размером частиц 0,15—2,5 мм. Длй заполнения ячеек панцирных сеток применяются растворы, в состав которых входят цемент, диаба
зовая |
мука |
и |
прочный |
заполнитель, взятые в |
соотношениях |
от 1 : |
1 : 3 |
до |
1 : 1 : 1 |
(по весу). |
при испытаний* |
Как показали многочисленные исследования, |
|||||
бетона на истираемость прежде всего разрушается затвердевший цементный камень, являющийся наиболее слабой составной частью бетона. Поэтому повышение прочности цементного камня должно способствовать и повышению сопротивляемости бетона истиранию. Гидротермальная обработка бетонов на портланд-цементе и пуц цолановом портланд-цементе повышает эрозионную стойкость облицовки.
В процессе эксплуатации эрозии сопротивляется бетон обли цовки и вся конструкция, включающая грани ячейки панцирной сетки. В результате эрозионная стойкость панцирного слоя будет выше стойкости бетона.
Глава IX
ФУТЕРОВКА АППАРАТОВ УСТАНОВОК ГИДРИРОВАНИЯ
ИДЕГИДРИРОВАНИЯ
1.Футеровочные материалы для колонн высокого давления
Впроизводстве искусственного жидкого топлива применяют аппараты, работающие при давлениях до 700 ати и температуре рабочих сред до 500—520°, что превышает допустимую темпера
туру Для углеродистой или низколегированной стали. Поэтому для предохранения корпуса аппаратов от воздействия высоких температур необходимо применять эффективную изоляцию.
Изолирующая футеровка должна быть надежной в работе, так как ее разрушение или растрескивание может привести к ме стным перегревам стенки аппарата, вызывающим выпучивание корпуса (появление «отдулин») и нарушение нормальной эксплу атации аппарата.
Для изоляции колонн высокого давления установок гидриро вания, дегидрирования, а также синтеза аммиака за рубежом применялись главным образом изоляционные материалы трех типов: диатомовый кирпич, асбоцементные массы и легковесный шамотный кирпич. Вначале для изоляции колонн применялись диатомовый кирпич и кизельгуровая набивная масса с добавками глины и асбеста. Однако футеровки из этих материалов, не смотря на их малую теплопроводность, оказались ненадежными
вработе и сравнительно быстро разрушались. Причина недолго вечности диатомовой футеровки заключалась в низкой механи ческой прочности и малом коэффициенте теплового расширения диатомовых кирпичей, в результате чего образовывались трещины
визоляции, которые приводили к местным перегревам корпуса аппарата. Растрескиванию изоляции способствовали растворы, примененные для укладки диатомовых кирпичей. Эти растворы при нагреве давали большую усадку и более высокую механиче скую прочность, чем диатомовый кирпич, что приводило к раз рыву кирпичей вблизи швов.
Низкое качество диатомовой футеровки побудило к поискам более совершенных теплоизоляционных материалов. Таким ма-
118
териалом оказался асбоцемент, который начал применяться в Англии для изоляции корпусов колонн синтеза аммиака. Асбо цементная изоляция применялась с 1931 г. также в Германии для футеровки колонн гидрирования. Асбоцементная изоляция вы полнялась двумя способами: заливкой и трамбовкой. Изоляцион ная асбоцементная масса заливалась или утрамбовывалась между корпусом вертикально поставленной колонны и внутренней ме таллической перфорированной трубой (опалубкой). Этот цилиндр образовывал внутреннюю стенку изоляции и оставался в аппа рате во время эксплуатации. Для облегчения процесса трамбо вания асбоцементной массы перфорированную трубу изгото вляли из отдельных сегментов. Во время сушки футеровки вода испарялась через отверстия, находящиеся в трубе. При нанесе нии асбоцементной футеровки необходимо равномерно смешивать ее составные компоненты и тщательно утрамбовывать или за ливать массу. Неплотное заполнение массой пространства между корпусом колонны и опалубкой приводило к образованию в фу теровке пустот, нарушающих монолитность и ухудшающих ка чество изоляции.
Изолирующую массу загружают в аппарат с высоты 12—18 м, поэтому асбоцемент уплотняется под влиянием собственного веса и только при загрузке двух верхних поясов его утрамбовывают. Для изготовления асбоцементной массы применяют асбест, глино земистый цемент и воду. Соотношение между компонентами изме няется в зависимости от способа выполнения изоляции. Приме
няемые составы смесей |
приведены в табл. 17. |
|
|
|
Таблица 17 |
Составы изоляционных масс для колонн |
||
|
высокого давления |
|
|
Состав смеси, % вес. |
|
Материалы |
ДЛЯ |
|
|
для трам |
|
|
бовки |
заливки |
Асбест ........................... |
17,0—23,0 |
3,1—5,0 |
Глиноземистый |
цемент 50,0—52,0 |
39,8—51,0 |
Вода ............................... |
33,0—25,0 |
57,1—44,0 |
Из опробованных асбестов: змеевикового (белого асбеста), амозита (желтого асбеста) и амфиболита-крокидолита (голубого асбеста), последний наиболее пригоден, так как он при нагреве имеет малую усадку вследствие незначительного содержания гидратной воды, большую прочность и наиболее высокую температуроустойчивость (до 600°); Объемный вес его в спрессованном состоянии 86 кг/м^ при давлении 50 кГ!см\ В качестве вяжу
119
щего вещества применялся глинозёмистый цемент с низким со
держанием окислов железа (FeaO3 ~ 0,2%, FeO = 2,6%). |
Тол |
щина асбоцементной изоляции выполнялась от 75 до |
120— |
150 мм. |
|
Изолирующая масса после ее нанесения выдерживалась в те чение 8 дней при нормальной температуре для окончательного отвердевания асбоцемента, после чего при помощи электронагре вателей, устанавливаемых в аппарате, подвергалась медленной сушке при температуре до 400°. Асбоцементная изоляция характе ризуется в основном несколько большей теплопроводностью, чем диатомовый кирпич. Поэтому температура корпуса колонны при асбоцементной изоляции в среднем на 40° выше, чем при
диатомовой изоляции. |
Это соответствует значению X |
около |
|
0,9 ккал/м час °C для |
асбоцементной |
изоляции против |
X = |
= 0,7 ккал/м час °C для диатомовой |
изоляции. |
|
|
При эксплуатации колони в асбоцементной изоляции наблю далось значительно меньшее образование трещин в футеровке и перегревов корпуса, чем при изоляции колонны диатомовым кир пичом. Срок службы асбоцементной футеровки зависит от темпе ратуры рабочей среды в колонне. При тщательном выполнении фу теровки из асбоцемента и эксплуатации ее при температуре не более 480—500° футеровка может эксплуатироваться в среднем в течение 12 лет. При рабочих температурах выше 600° асбоце мент разрушается, делается хрупким и теряет изолирующие свойства. Эти недостатки асбоцементной изоляции, а также де фицитность голубого асбеста вызвали необходимость в создании специального легковесного кирпича для футеровки колонн гидри рования и дегидрирования.
Сначала применялся легковесный шамотный кирпич завода «Керамхеми» (альпорит), который имел крупную пористость. Этот кирпич использовался для футеровки колонн, работающих при давлении 250 ати. Однако с увеличением давления до 700 ати коэффициент его теплопроводности интенсивно возрастал и при 700 ати достигал полуторакратной величины коэффициента те плопроводности асбоцементной изоляции.
Разработанный фирмой Аннаверк, специальный легковесный шамотный кирпич марки 26/2 характеризуется мелкопористой структурой, имеет высокий коэффициент теплового расширения, относительно высокую прочность на сжатие в холодном состоя нии, высокую стойкость к резкому изменению температур и не значительную теплопроводность. Этот кирпич превосходит также по своим свойствам и асбоцементную изоляцию и может приме няться при рабочих температурах свыше 480—500°.
Для кладки шамотных кирпичей в колоннах высокого давле ния экспериментально были применены замазки на жидком стекле типа «Хехст» и «Комбиналь». Испытание растворов пока зало: температура плавления составляет 1240°, огнеупорность 1120°, прочность на сжатие при комнатной температуре 258 кГ/см2,
120
прочность при растяжении 60 кПсл?. При нагреве раствор дает следующую усадку.
Температура, |
Продолжитель |
Усадка, |
|
ность нагрева, |
|||
°C |
% |
||
часы |
|||
20 |
24 |
1,93 |
|
100 |
24 |
2,5 |
|
200 |
4 |
0,32 |
|
400 |
4 |
0,23 |
|
600 |
4 |
0,4 |
|
'800 |
4 |
0,08 |
|
Опыты показали, что |
все замазки на |
жидком стекле типа |
«Хехст» неприменимы в качестве раствора для кладки легковес ного кирпича в колоннах высокого давления, так как они сильно снижают свою прочность на сжатие при высоких давлениях под воздействием нефтепродуктов. Кроме того, они характеризуются непостоянством объема. Во время работы колонн гидрирования и дегидрирования с изоляцией, выполненной на растворах с замаз кой «Хехст», было обнаружено растрескивание вертикальных и горизонтальных швов кладки. Испытание в автоклаве при да влении до 240 ати и температуре 510° в среде нефтепродуктов показало, что образцы, изготовленные на других гидравлических вяжущих веществах (глиноземистом цементе, портланд-цементе, шлакопортланд-цементе и цементе с добавками), прококсовывались и повышали свою механическую прочность, а образцы из растворов на основе жидкого стекла через 3—4 недели полностью разрушались. Наибольшая прочность на сжатие была получена для образцов растворов, изготовленных на глиноземистом цементе.
Этот цемент характеризовался следующим химическим соста вом (% вес.).
SiO2 |
AI2O3 |
Fe2O3 |
FeO |
СаО |
MgO |
SO3 |
Щелочь |
8,2 |
47,4 |
0,2 |
2,6 |
41,2 |
0,6 |
0,9 |
0,1 |
При освоении процессов гидрирования и дегидрирования перед отечественной промышленностью огнеупорных материалов была поставлена задача разработать теплоизоляционный кирпич для футеровки аппаратов, не уступающий по своим свойствам кирпи чам марки,26/2. Необходимо было также разработать строитель ный раствор для кладки Кирпичей.
Легковесный огнеупорный кирпич, изготовляемый в Совет ском Союзе по ГОСТ 5040-49, по своей структуре и механиче
121