МИНИСТЕРСТВО МОНТАЖНЫХ И СПЕЦИАЛЬНЫХ
СТРОИТЕЛЬНЫХ РАБОТ СССР

МИНИСТЕРСТВО НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ И
НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ СССР

УТВЕРЖДАЮ Заместитель министра нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности СССР Л. А. Бычков 21 февраля 1980 г.

УТВЕРЖДАЮ Заместитель министра монтажных и специальных строительных работ СССР Л. Д. Солоденников 18 марта 1980 г.

ИНСТРУКЦИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ФУТЕРОВОК ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ
НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ИЗ ЛЕГКОГО ЖАРОСТОЙКОГО БЕТОНА
И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

ВСН 315-80
ММСС СССР

Москва 1981

СОДЕРЖАНИЕ

"Инструкция по проектированию футеровок тепловых агрегатов нефтеперерабатывающей промышленности из легкого жаростойкого бетона и теплоизоляционных материалов" разработана ВНИПИ Теплопроект при участии НИИЖБ Госстроя СССР. При составлении инструкции использованы результаты исследований ВостИО, УНИО Минчермета СССР, УралНИИстройпроекта и НИИкерамзита Минпромстройматериалов СССР, опыт проектирования тепловых агрегатов Ленгипронефтехима, ВНИПИнефть, ВНИИнефтемаша, Гипрокаучука, ЭКБ ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко и ВНИПИ Теплопроект, а также опыт строительства и эксплуатации футеровок печей из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов.

Разделы 2, 3, 4 инструкции разработаны ВНИПИ Теплопроект (В. Г. Граник - руководитель работы, И. И. Шахов, А. С. Денисов, В. Г. Кутуков, А. Ф. Шестаков, Н. П. Чайникова) и НИИЖБ (К. Д. Некрасов, А. Ф. Милованов, Б. А. Альтшулер, В. Н. Горячев, А. Л. Карпова, М. Г. Масленникова, А. П. Тарасова).

Разделы 1, 5 и 6 разработаны ВНИПИ Теплопроект (И. И. Шахов, В. Г. Граник, Ю. Г. Каленский, С. П. Батурин, Б. М. Рабинович).

Министерство монтажных и специальных строительных работ СССР (Минмонтажспецстрой СССР)	Ведомственные строительные нормы	ВСН 315-80 ММСС СССР
		Инструкция по проектированию футеровок тепловых агрегатов нефтеперерабатывающей промышленности из легкого жаростойкого бетона и теплоизоляционных материалов	Взамен ВСН 315-73 ММСС СССР

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящая инструкция содержит указания по проектированию ограждающих конструкций печей, котлов-утилизаторов и газоходов, данные о свойствах легких жаростойких бетонов и растворов, теплоизоляционных материалов и изделий, применяемых при изготовлении конструкций футеровок. В инструкции приведены основные положения по проектированию и монтажу элементов конструкций, а также ряд требований к производству работ.

Под ограждающими конструкциями печей понимается однослойная или многослойная футеровка с металлическим кожухом.

1.2. Инструкция содержит указания по расчету и конструированию ограждающих конструкций стен и сводов агрегатов из бетонных и железобетонных панелей, изделий из волокнистых огнеупорных материалов и облегченных футеровочных панелей. Отдельные участки сложной конфигурации и места прохода труб и змеевиков через футеровку можно выполнять монолитными - торкретированием или бетонированием.

В инструкции приводятся данные о легких жаростойких бетонах, волокнистых огнеупорных материалах для рабочего слоя футеровки, облегченных футеровочных панелях и теплоизоляционных материалах, используемых для теплоизоляционных слоев.

В зависимости от условий применения и свойств материалов (предельно допустимая температура применения, способ выполнения, толщина) футеровки выполняют однослойными (рис. 1, а), с теплоизоляционными вкладышами (рис. 1, б) и многослойными (рис. 1, в, г, д).

Внесены Всесоюзным научно-исследовательским и проектным институтом Теплопроект

Утверждены Минмонтажспецстроем СССР 18 марта 1980 г.

Срок введения 1 июля 1980 г.

1.3. Легкие жаростойкие бетоны применяют для футеровок с рабочей температурой до 1200 °С в соответствии с данными табл. 1. Войлок на основе высокоглиноземистого волокна применяют при скоростях движения газов до 7 м/с и температуре не более 850 °С. Плитные изделия из высокоглиноземистого волокна на глиняной связке ШВП-350 применяют до температуры 1200 °С и скоростях движения газов до 40 м/сек.

Перечисленные материалы можно использовать в футеровках при отсутствии истирающего воздействия.

1.4. Конструкцию ограждения теплового агрегата: толщину и количество слоев футеровки, вид применяемых жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов, конструктивное решение кожуха агрегата (сплошной или из отдельных панелей), сопряжение футеровки с кожухом и размеры элементов ограждения следует выбирать с учетом рабочей температуры агрегата, обеспечения его необходимой газоплотности, а также усилий, возникающих при транспортировании и монтаже элементов конструкций. При этом учитывают условия изготовления конструкций из легкого жаростойкого бетона и теплоизоляционных материалов на предприятиях и результаты технико-экономического обоснования.

1.5. Ограждающие конструкции тепловых агрегатов из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов следует проектировать, как правило, сборными из крупноразмерных элементов и панелей, футеруемых до монтажа.

1.6. Конструкции футеровок из облегченных панелей необходимо проектировать с учетом обеспечения безопасности их строительства и эксплуатации. Должны быть обеспечены прочность и устойчивость конструкций футеровок и их элементов при эксплуатации, транспортировании и монтаже сборных конструкций.

1.7. Сушку и первый разогрев тепловых агрегатов с ограждающими конструкциями из легкого жаростойкого бетона следует производить в соответствии с "Технологической инструкцией по сушке и первому нагреву в процессе ввода в эксплуатацию тепловых агрегатов с футеровкой из легкого жаростойкого бетона установок типа ЛК-6У, ЭЛОУ-АВТ-6 и других" П-3-490*, утвержденной Миннефтехимпромом СССР 9 июля 1976 г.

Сушку и первый разогрев тепловых агрегатов с футеровкой из волокнистых огнеупорных материалов не производят.

* М., ВНИПИ Теплопроект, 1976.

Рис. 1. Футеровки тепловых агрегатов из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов:

а - однослойная; б - с теплоизоляционными вкладышам: в, г и д - двухслойная; 1 - односложная футеровка из легкого жаростойкого бетона; 2 - плитная теплоизоляция; 3 - слой легкого жаростойкого бетона; 4 - слой теплоизоляционного материала; 5 - защитный слой тяжелого жаростойкого бетона; 6 - слой волокнистого огнеупорного материала

Таблица 1

№ состава	Вид бетона	Предельно допустимая температура применения, °С	Объемная масса бетона в высушенном состоянии, кг/м3	Марка бетона по прочности на сжатие	Коэффициент теплопроводности (ккал/м.ч.°С) при средней температуре, °С		Примечания
											20	600
1	2	3	4	5	6	7	8
1	Перлитобетон на портландцементе с тонкомолотым шамотом	500	800	М50	0,18	0,32 (500)	Инструкция СН 156-79, табл. 2 и 14, состав № 3л
2	Перлитобетон на глиноземистом цементе	1000	800	М50	0,16	0,31	См. приложение 1
3	Керамзитобетон на портландцементе с тонкомолотым шамотом	1000	800	М50	0,18	0,32	Инструкция СН 156-79, табл. 2 и 14, состав № 7л
4	Керамзитобетон на жидком стекле с тонкомолотым шамотом	800	800	М50	0,18	0,39	Инструкция СН 156-79, табл. 2 и 15, состав № 9л
5	Перлитошамотный бетон на глиноземистом цементе	1200	1200	М75	0,27	0,40	См. приложение 1
6	Вермикулитобетон на глиноземистом цементе	1100	650	М15	0,13	0,23	То же, применяется в изоляционных слоях
7	Вермикулитобетон на жидком стекле	800	650	М25	0,13	0,26	Инструкция СН 156-79, табл. 2 и 15, состав № 10л
8	Вермикулитокерамзитобетон на портландцементе с тонкомолотым шамотом	1000	800	М35	0,18	0,32	См. приложение 1
9	Вермикулитокерамзитобетон на глиноземистом цементе	1200	800	М25	0,18	0,27	То же
10	Керамзитобетон на жидком стекле с нефелиновым шламом	1100	750	М25	0,16	0,26	То же
11	Газобетон на жидком стекле	1200	600	М20	0,13	-	См. примечание к приложению 1, применяется в изоляционных слоях
12	Керамзитошамотный бетон на глиноземистом цементе	1000	1200	М75	0,30	0,43	Состав указан в приложении 1
13	Бетон на основе отходов нефтехимического производства	1000	1150	M100	-	-	См. примечание к приложению 1
14	Упрочненный асбестодиатомитовый бетон	1000	1200	М75	0,30	0,38	Состав указан в приложении 1

В случае применения в одном тепловом агрегате различных футеровочных материалов (кладка, жаростойкий бетон, волокнистые материалы) режим сушки и первого разогрева назначают по режиму, рекомендованному для материалов с наибольшей продолжительностью сушки.

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ФУТЕРОВОК ТЕПЛОВЫХ АГРЕГАТОВ

2.1. Легкие жаростойкие бетоны, огнеупорные и теплоизоляционные волокнистые изделия и облегченные футеровочные панели в ограждающих конструкциях, спроектированных в соответствии с настоящей инструкцией, используют в качестве футеровочных материалов, не воспринимающих внешних нагрузок.

2.2. Бетоны, применяемые для изготовления панелей ограждений тепловых агрегатов, должны иметь проектную марку не менее указанной (по прочности на сжатие) в табл. 2. Виды и основные свойства, а также коэффициенты теплопроводности легких жаростойких бетонов в зависимости от объемной массы и предельно допустимой температуры применения приведены в табл. 1. Составы легких жаростойких бетонов приведены в приложении 1.

Таблица 2

Конструкция панелей	Марка бетона
Однослойные:
с металлическим основанием или каркасом из уголков	М25
бетонные или железобетонные без металлического основания	М50
Многослойные:
наиболее нагретый слой в панелях с металлическим основанием	М35
наиболее нагретый слой в панелях без металлического основания	М75

2.3. Виды и основные свойства жаростойких торкрет-бетонов приведены в табл. 3. Ориентировочные составы торкрет-бетонов даны в приложении 3.

Способы приготовления жаростойких торкрет-бетонов, составы и технология нанесения приведены в "Инструкции по выполнению футеровок тепловых агрегатов методом торкретирования" .

2.4. Проектная марка (по прочности на сжатие) растворов, применяемых для заполнения швов, должна быть не менее М15. Виды и основные свойства легких жаростойких растворов приведены в табл. 4. Составы легких жаростойких растворов приведены в приложении 2.

Таблица 3

№ состава	Объемная масса, кг/м3	Максимальная температура применения tмакс, °С	Предел прочности, кгc/см2		Коэффициент теплопроводности, ккал/ м . ч . °С
						при сжатии	при изгибе	при 20 °С	при tмакс
1	350	700	5	2	0,060	0,22
2	450	700	7	4	0,080	0,23
3	400	1000	3	2	0,060	0,24
4	400	900	2	1	0,060	0,22
5	600	1000	7	4	0,090	0,28
6	600	900	6	3	0,090	0,26
7	700	900	15	8	0,140	0,30
8	900	900	40	10	0,185	0,32
9	900	1200	16	7	0,175	0,38
10	1100	1200	25	10	0,220	0,40

Таблица 4

Раствор	Предельно допустимая температура применения, °С	Объемная масса в высушенном состоянии, кг/м3	Марка раствора по прочности на сжатие
Вермикулитокерамзитовый на портландцементе с тонкомолотым шамотом	1000	700	М30
Вермикулитовый на глиноземистом цементе	1000	600	М15
Перлитовый на глиноземистом цементе	800	800	М25
Перлитовый на глиноземистом цементе на перлите Мухор-талинского месторождения	1000	800	М25

Таблица 5

Вид материала	Объемная масса, кг/м3	Толщина, мм	Предельно допустимая температура применения, °С	Коэффициент теплопроводности, ккал/м . ч . °С	Нормативный материал
1	2	3	4	5	6
Материалы для рабочих слоев
Высокоглиноземистые волокнистые плиты ШВП-350	300	100	1200	0,12 + 0,02 (300 °С) 0,124 + 0,02 (500 °С) 0,135 + 0,03 (700 °С) 0,15 + 0,03 (900 °С)	ТУ ВНИПИ Телопроект
Войлок огнеупорный теплоизоляционный высокоглиноземистый МКРВ-200	120	20	850* 1150	0,09 (300 °C) 0,14 (500 °C) 0,18 (700 °C) 0,31 (900 °C)	ГОСТ 23619-79
Материалы для изоляционных слоев
Плиты теплоизоляционные на основе высокоглиноземистого волокна на синтетическом связующем МКРП-340	350	40	1150	0,13 + 0,02 (300 °С) 0,15 + 0,02 (500 °С) 0,19 + 0,02 (700 °С) 0,25 + 0,02 (900 °С)	ГОСТ 23619-79
Рулонированное высокоглиноземистое волокно MKPР-130	150	20	1150	0,14 + 0,02 (400 °С) 0,20 + 0,02 (700 °С) 0,34 + 0,03 (900 °С) 0,54 + 0,03 (1100 °С)	ГОСТ 23619-79
Полужесткие минераловатные плиты	100 125	40 50 60	400	0,042 + 0,0002 tср	ГОСТ 9573-72. Плиты и маты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем
Перлитоцементные изделия	300	40 50 60	600	0,068 + 0,00015 tср	ГОСТ 18109-72. Изделия теплоизоляционные перлитоцементные
Известково-кремнеземистые изделия	200	50	600	0,054 + 0,0001 tср	МРТУ 34-4601-68. Изделия теплоизоляционные известково-кремнеземистые
Изделия асбестовермикулитовые	300	40	600	0,080 + 0,00022 tср	ГОСТ 13450-68. Изделия асбестовермикулитовые теплоизоляционные
Перлитокерамические изделия	250	40	875	0,06 + 0,00015 tср	ГОСТ 21521-76. Изделия перлитовые теплоизоляционные
Мягкие базальтовые плиты	110	3 - 40	700	0,036 (25 °C)	ТУ 21 УССР 94-77
Теплоизоляционные маты из базальтового волокна	40 - 80	5 - 60	400 - 900	0,32 (25 °С)	РСТ УССР 5012-76
Теплоизоляционные базальтовые шнуры диаметром 10 - 40 мм	200 - 700	-	700	-	ТУ 21 УССР 154-78
Теплоизоляционные шнуры из минеральной и высокоглиноземистой ваты (диаметром 10 - 40 мм)	300	-	600 - 800	-	ТУ 36-1695-73

* При использовании в более нагретом слое, который подвергается непосредственному воздействию печной среды.

2.5. Виды и основные свойства волокнистых огнеупорных материалов для рабочих слоев футеровок и теплоизоляционные материалы для многослойных конструкций приведены в табл. 5.

2.6. Для изготовления металлических оснований панелей следует применять сталь углеродистую и низколегированную конструкционную, соответствующую требованиям ГОСТ 19282-73 и ГОСТ 19903-74.

2.7. Для окантовочных уголков и ребер жесткости металлических оснований и каркасов панелей применяют стали: прокатную угловую равнополочную и неравнополочную соответственно по ГОСТ 8509-72 и ГОСТ 8510-72, швеллеры - по ГОСТ 8240-72.

2.8. Арматуру для железобетонных панелей и анкеры для крепления футеровки к кожуху следует изготавливать: при нагреве до 400 °С - из горячекатанной арматурной стали класса А-1 и обыкновенной арматурной проволоки, соответствующей ГОСТ 6727-53 и ГОСТ 14085-68; при нагреве более 400 °С - из коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных сталей и сплавов, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 5632-72 и соответствующую по форме и размерам:

ГОСТ 5582-75 - сталь тонколистовая коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная;

ГОСТ 7350-77 - сталь толстолистовая коррозионно-стойкая, жаростойкая и жаропрочная;

ГОСТ 4986-79 - лента холоднокатанная из коррозионно-стойкой и жаростойкой стали;

ГОСТ 18143-72 - проволока из высоколегированной коррозионно-стойкой и жаростойкой стали.

2.9. Керамические анкеры следует выполнять из высокоглиноземистого сырья на глиняной или иной связке с содержанием Al2O3 не менее 30 % в соответствии с ГОСТ 4385-68 ("Изделия огнеупорные. Классификация техническая"). Предел прочности при растяжении керамического анкера (при нормальной температуре) должен быть не менее 30 кгс/см2.

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ФУТЕРОВОК

3.1. Теплотехнический расчет является основным для футеровок тепловых агрегатов из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов. По его результатам подбирают толщину отдельных слоев и всего ограждения.

Наибольшие значения температуры нагрева легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов и арматуры в сечениях панелей при их эксплуатации следует определять по результатам теплотехнического расчета температур для установившегося теплового потока при проектной температуре рабочего пространства.

Удельную теплоемкость жаростойких бетонов и изоляционных материалов принимают равной 0,25 ккал/(кг . °С).

3.2. Температуры бетона и теплоизоляционных материалов в сечениях элементов ограждающих конструкций определяют в соответствии с "Указаниями по тепловому расчету конструкций тепловых агрегатов" .

3.3. Прочность элементов ограждений тепловых агрегатов из легких жаростойких бетонов и деталей их крепления к кожуху в стадии эксплуатации следует рассчитывать в тех случаях, когда свободные температурные деформации элементов ограничены, и вследствие этого возникают усилия от воздействия температуры.

3.4. Панели из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов следует рассчитывать на нагрузку от собственной массы, возникающую при изготовлении, транспортировании и монтаже.

3.5. Расчет элементов ограждений и их креплений к несущим конструкциям агрегатов следует производить с учетом усилий от воздействия температуры в соответствии с пп. 4.1 - 4.8 настоящей инструкции.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУТЕРОВОК ИЗ ЛЕГКОГО ЖАРОСТОЙКОГО БЕТОНА И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Расчет прочности элементов футеровок

4.1. Расчет прочности элементов ограждений и их креплений к несущим конструкциям в стадии эксплуатации производят для футеровок из железобетонных панелей, прикрепляемых к ранее смонтированному кожуху.

4.2. Расчет прочности крепления элементов футеровки к кожуху следует производить, исходя из усилий, действующих при подъеме температуры, выдержке при стационарном температурном режима во время эксплуатации и охлаждении.

4.3. Усилия в креплениях панелей при нагревании (рис. 2, а) определяют при температуре нагретой поверхности tr = 250 °С по формуле:

, (1)

где Zn - усилие, возникающее в креплении панели, ктс;

Mt - определяемый no CH 482-76 температурный момент в закрепленной панели, кгс . м;

a - расстояние от крепления панели до ее края, м.

Рис. 2. Схема усилий в футеровке:

а - при нагревании; б - при охлаждении

При расчете деформаций для определения усилий при tr = 250 °С принимается треугольная эпюра температуры по сечению панелей. Усилия, возникающие в креплениях панелей при остывании (рис. 2, б) определяют по формуле:

, (2)

где MбT - изгибающий момент, воспринимаемый бетоном непосредственно перед появлением трещин и определяется по формуле:

MбT = WT . Rp . mpt, (3)

где Wt - момент сопротивления сечения для крайнего растянутого волокна, определяемый при охлаждении бетона как для упругого материала методами сопротивления материалов;

Rp - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

mpt - коэффициент условий работы бетона при растяжении, зависящий от температуры;

Температура, °С Коэффициент

500 0,5

700 0,4

900 0,2

d - расстояние от креплений до крайнего усадочного шва панели, а при отсутствии швов - равное половине меньшего расстояния между креплениями панели, м.

4.4. Усилия в креплениях крайних панелей определяют по формулам, приведенным ниже.

Во время подъема температуры (см. рис. 2, а) при tr = 250 °С:

. (4)

При стационарном температурном режиме (см. рис. 2, а):

(5)

где Z0 - усилие в горизонтальных креплениях опорных элементов, кгс;

H - толщина панелей, см;

h - расстояние между креплениями рассчитываемого элемента, см;

Nt - продольные усилия от воздействия температуры (см. п. 4.5), кгс;

Nq - нагрузка от собственной массы панелей, кгс;

(H - 3) - расстояние от места действия продольных усилий до менее нагретой поверхности панелей, см;

Yц - расстояние от центра тяжести приведенного железобетонного сечения панели до менее нагретой поверхности панели (см), определяемое по формуле:

, (6)

где Sn - статический момент приведенного сечения, см3;

Fn - площадь приведенного сечения, см2;

Fa - площадь арматуры, см2;

nt - коэффициент приведения:

,

где Eat - модуль упругости арматуры в нагретом состоянии, кгс/см2;

Eб - модуль упругости бетона при 20 °С, кгс/см2.

Площадь приведенного сечения равна:

, (7)

где i = 1, 2, 3... - количество слоев сечения, в пределах которых свойства бетона принимают постоянными в зависимости от температуры центра слоя;

Fni - приведенная площадь частей, на которые разбивают элемент; ее определяют по формуле:

Внимание! Это не полная версия документа. Полная версия доступна для скачивания.