ВСН 315-80. Ведомственные строительные нормы. Инструкция по проектированию футеровок тепловых агрегатов нефтеперерабатывающей промышленности из легкого жаростойкого бетона и теплоизоляционных материалов

(утв. Миннефтехимпромом СССР 21.02.1980)

(утв. Минмонтажспецстроем СССР 18.03.1980)

ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

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

ВСН 315-80

1 июля 1980 года

Внесены Всесоюзным научно-исследовательским и проектным институтом Теплопроект.

Утверждены Минмонтажспецстроем СССР 18 марта 1980 г.

Взамен ВСН 315-73/ММСС СССР.

«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 исследования ВостИО, УНИО Минчермета СССР, УралНИИстромпроекта 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).

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).

теплоизоляция; 3 — слой легкого жаростойкого бетона;

слой тяжелого жаростойкого бетона; 6 — слой волокнистого огнеупорного материала

1.3. Легкие жаростойкие бетоны применяют для футеровок с рабочей температурой до 1200 °C 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 °C. Плитные изделия из высокоглиноземистого волокна на глиняной связке ШВП-350 применяют до температуры 1200 °C и скоростях движения газов до 40 м/с.

Таблица 1

Перечисленные материалы можно использовать в футеровках при отсутствии истирающего воздействия.

1.4. Конструкции 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.

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 соответствия 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

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

Таблица 3

Способы приготовления жаростойких торкрет-бетонов, составы и технология нанесения приведены в «Инструкции по выполнению футеровок тепловых агрегатов методом торкретирования» ВСН 412-80/ММСС СССР.

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 4

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

Таблица 5

Материалы для рабочих слоев

Материалы для изоляционных слоев

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

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 °C - из горячекатаной арматурной стали класса А-I и обыкновенной арматурной проволоки, соответствующей ГОСТ 6727-53 и ГОСТ 14085-68; при нагреве более 400 °C - 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 холоднокатаная 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 Al_{2}O_{3} 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 x °C).

3.2. Температура бетона и теплоизоляционных материалов в сечениях элементов ограждающих конструкций определяют в соответствии с "Указаниями по тепловому расчету конструкций тепловых агрегатов" ВСН 314-73/ММСС СССР.

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 режиме во время эксплуатации и охлаждении.

4.3. Усилия в креплениях панелей при нагревании (рис. 2, а) определяют при температуре нагретой поверхности t_{r} = 250^{\circ}C по формуле:

где Z_{n} - усилие, возникающее в креплении панели, кгс;

M_{t} - определяемый по СН 482-76 температурный момент в закрепленной панели, кгс x м;

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

При расчете деформаций для определения усилий при t_{r} = 250^{\circ}C принимается треугольная эпюра температуры по сечению панелей. Усилия, возникающие в креплениях панелей при остывании (рис. 2, б), определяют по формуле:

где M_{\text{бт}} - изгибающий момент, воспринимаемый бетоном непосредственно перед появлением трещин, и определяется по формуле:

где W_{\text{т}} - момент сопротивления сечения для крайнего растянутого волокна, определяемый при охлаждении бетона как для упругого материала методами сопротивления материалов;

R_{\text{р}} - расчетное сопротивление бетона осевому растяжению;

m_{\text{р}t} - коэффициент условий работы бетона при растяжении, зависящий от температуры;

    Температура, °C                  Коэффициент
         500                             0,5
         700                             0,4
         900                             0,2

d — расстояние от креплений до крайнего усадочного шва панели, а при отсутствия 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 t_{r} = 250^{\circ}C :

Z_{o} = \frac{(N_{t} + N_{q})(H - 3)}{h} . (4)

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

Z_{o} = \frac{(N_{t} + N_{q}) \cdot Y_{\text{ц}}}{h} , (5)

где Z_{o} — усилие в горизонтальных креплениях опорных элементов, кгс;

H — толщина панелей, см;

h — расстояние между креплениями рассчитываемого элемента, см;

N_{t} — продольные усилия от воздействия температуры (см. п. 4.5), кгс;

N_{q} — нагрузка от собственной массы панелей, кгс;

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

Y_{\text{ц}} — расстояние от центра тяжести приведенного железобетонного сечения панели до менее нагретой поверхности панели (см), определяемое по формуле:

Y_{\text{ц}} = \frac{S_{\text{п}}}{F_{\text{п}} + F_{\text{а}} \cdot n_{t}} , (6)

где S_{\text{п}} — статический момент приведенного сечения, см3;

F_{\text{п}} — площадь приведенного сечения, см3;

F_{a} — площадь арматуры, см2;

n_{t} — коэффициент приведения;

n_{t} = \frac{E_{at}}{E_{\text{б}}} ,

где E_{at} — модуль упругости арматуры в нагретом состоянии, кгс/см2;

E_{\text{б}} — модуль упругости бетона при 20 °C, кгс/см2.

Площадь приведенного сечения равна:

F_{\text{п}} = \sum_{i = 1}^{n} F_{i\text{п}} , (7)

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

F_{\text{п}i} — приведенная площадь частей, на которые разбивают элемент; ее определяют по формуле:

F_{\text{п}i} = \frac{F_{i} \cdot \beta_{\text{б}i} \cdot \overline{\upsilon_{i}}}{0,8} , (8)

где F_{i} — площадь слоя i, см2;

\beta_{\text{б}i} — коэффициент изменения модуля упругости бетона для i-того слоя в зависимости от температуры центра слоя; значения коэффициента \beta_{\text{б}} принимать согласно табл. 6;

\overline{\upsilon_{i}} — коэффициент, принимаемый в зависимости от температуры бетона в центре тяжести i-того слоя сечения; значения коэффициента \overline{\upsilon_{c}} принимают по данным табл. 6;

E_{\text{б}i} и E_{\text{б}} — модуль упругости бетона соответственно i-той части сечения в ненагретом состоянии и бетона менее нагретого слоя, к которому приводится все сечение;

\beta_{\text{б}i} — коэффициент изменения модуля упругости бетона для i слоя в зависимости от температуры центра слоя; значения этого коэффициента принимают по данным табл. 6.

Таблица 6

Статический момент приведенного сечения равен:

S_{\text{п}} = \sum_{i = 1}^{n} F_{i\text{п}} \cdot Y_{i} + F_{a} \cdot n_{t} \cdot Y_{a} , (9)

где Y_{i} и Y_{a} — соответственно расстояния от центра тяжести слоя и арматуры до менее нагретой поверхности панели, см.

4.5. Максимальное значение продольного усилия от воздействия температуры N_{t} , вызываемого различием температурных удлинений футеровки и кожуха, определяют по формуле (10) при средней расчетной зимней температуре воздуха наиболее холодной пятидневки, принимаемой по графе 19 табл. 1 главы СНиП II-А.6-72.

N_{t} = 0,21(\epsilon_{\text{п}t} - \epsilon_{\text{к}t}) \cdot E_{\text{б}}F_{\text{п}}(1 + \mu n_{t}) , (10)

где \epsilon_{\text{п}t} — относительное температурное удлинение панелей, определяемое согласно инструкции СН 482-76;

\epsilon_{\text{к}t} — температурное удлинение кожуха;

F_{\text{п}} — площадь сечения панелей, приведенного к одному материалу со свойствами бетона при 20 °C, см2;

\mu — коэффициент армирования бетона.

Начальный модуль упругости бетона, к которому приводят сечение, принимают по главе СНиП II-21-75.

4.6. При определении температурного удлинения панелей коэффициенты линейного температурного расширения \alpha_{\text{б}p} , температурной усадки \alpha_{\text{б}y} и температурной деформации \alpha_{\text{б}t} для легких жаростойких бетонов принимают по табл. 7.

Таблица 7

Расчетные значения коэффициентов принимают равными числовым значениям, умноженным на 10^{- 6} .

Для остальных бетонов значения коэффициентов принимают согласно опытным данным.

4.7. Анкеры в панелях с внутренним слоем из теплоизоляционных изделий рассчитывают как консоли, нагруженные массой футеровки, в соответствии с положениями ОСТ 16.0.640.001-70. При расчете анкеров у основания в сечении А-А (рис. 3) нагрузку на один анкер определяют по формуле

Q = \frac{n}{k} \sum_{j = 1}^{3} \gamma_{0j} \cdot V_{j} , (11)

где n — коэффициент перегрузки, учитывающий колебания объемной массы и принимаемый равным 1,2;

j — количество слоев в панели;

V_{j} — объем материала слоя j, м3;

\gamma_{0j} — объемная масса слоя j, кг/м3;

k — количество анкеров в панели, воспринимающих нагрузку от массы футеровки; для панелей с прямоугольными анкерами за k принимают количество анкеров, большая сторона которых расположена вертикально.

анкер; 4 — металлическое основание панели

При расчете анкеров с отгибами по сечению в уровне менее нагретой поверхности бетона (сечение Б-Б на рис. 3) каждый отгиб рассчитывают на нагрузку, равную 0,5P, с учетом соответствующей высоты сечения отгиба.

Нагрузку на один анкер определяют по формуле:

P = \frac{n}{k} \gamma_{0\text{б}} \cdot V_{\text{б}} , (12)

где V_{\text{б}} — объем бетона, м3.

Проверку бетона на смятие проводят в сечении I-I. Возникающие в бетоне напряжения не должны превышать 0,1 \cdot R_{\text{п}pt} , где R_{\text{п}pt} — призменная прочность бетона в нагретом состоянии, кгс/см2.

4.8. Расчет прочности панелей из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов на стадиях изготовления, транспортирования и монтажа производят на действие изгибающего момента, возникающего от собственной массы панели, с учетом коэффициента динамичности. Коэффициент динамичности принимают равным 1,8 (при транспортировании) и 1,5 (при подъеме и монтаже).

Прочность панелей следует проверять в сечении, в котором возникает наибольший изгибающий момент, а также в сечении с наибольшими ослаблениями.

4.9. При расчете панелей на стадиях изготовления, транспортирования и монтажа нагрузки необходимо принимать по объемной массе легкого жаростойкого бетона в невысушенном состоянии. Ее определяют умножением объемной массы в высушенном состоянии на коэффициент увеличения объемной массы k_{p} , указанный ниже.

Нагрузки от собственной массы теплоизоляционных изделий следует принимать с учетом влажности материалов после изготовления, указанной в соответствующих нормативах (см. табл. 5).

4.10. В случае возможного увлажнения теплоизоляционных слоев панелей в период транспортирования и монтажа, необходимо учитывать увеличение массы этих материалов путем умножения ее на коэффициент 2,0.

4.11. При расчете бетонных панелей с металлическим основанием бетон учитывают только в сжатой зоне сечения. Поэтому места захватов при подъеме и монтаже и подкладок при транспортировании должны быть расположены таким образом, чтобы в бетоне панели с неармированной стороны не возникали растягивающие напряжения.

Конструирование элементов футеровок

4.12. Ограждения из легких жаростойких бетонов конструируют в соответствии со СНиП II-21-75, инструкцией СН 482-76 и дополнительными требованиями, приведенными в настоящей инструкции.

В ограждающих конструкциях из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов футеровка выполняет только теплозащитные функции.

4.13. Выбор состава, приготовление, укладку и контроль качества жаростойких бетонов, заполнителей и тонкомолотых добавок производить согласно СНиП II-21-75 («Бетоны на неорганических вяжущих и заполнителях»), СНиП I-Г.10-62 («Заполнители для бетона и растворов») и «Инструкции по технологии приготовления жаростойких бетонов» СН 156-79.

4.15. Арматурные каркасы, сетки и анкеры следует изготовлять в соответствии со СНиП II-21-75, металлические элементы конструкций футеровки — со СНиП III-48-75. Сварку арматуры и анкеров выполняют согласно «Указаниям по сварке соединений арматуры и закладных деталей железобетонных конструкций» СН-393-69; приварку анкеров из жаростойкой стали к металлическому основанию — в соответствии с ОСТ 26-01-10-70 «Электроды для ручной электродуговой сварки».

4.15. В рабочих чертежах и технических условиях на изделия и элементы конструкций из легкого жаростойкого бетона необходимо указывать вид бетона и его характеристики (проектную марку по прочности, прочность и влажность при отпуске с завода и объемную массу в высушенном состоянии, допуски на геометрические размеры панелей и объемную массу бетона панелей). Кроме того, необходимо указывать вид, класс и марку стали для арматуры и закладных деталей.

4.16. В зависимости от конструктивного решения ограждений промышленных печей, расположения в них форсунок и особенностей монтажа панели могут иметь металлическое основание или футеровку, выполненную по сплошному металлическому кожуху.

4.17. Толщина футеровки панелей (однослойных и многослойных) не должна превышать 250 мм.

В пределах одного теплового агрегата с изменением температуры, скоростей движения газов и других условий службы экономически целесообразно изменять конструкцию и толщину футеровки.

4.18. Размеры панелей следует устанавливать, исходя из обеспечения прочности при изготовлении и транспортировании, удобства монтажа при возведении и ремонте, а также из условий унификации.

Максимальные размеры железобетонных панелей с каркасом из уголков — 1,5 x 2,0 м, панелей с металлическими основаниями — 2,5 x 3,0 м. Большие размеры можно принимать при надлежащем обосновании и опытной проверке.

4.19. Размеры теплоизоляционных изделий для теплоизоляционных слоев и вкладышей назначают с учетом расстояния между анкерами.

Размеры теплоизоляционных вкладышей должны быть не менее 30 x 30 и не более 50 x 50 см. Расстояния между теплоизоляционными вкладышами по высоте и ширине панели, а также от края панели по ее периметру 60 — 100 мм. Между вкладышами к металлическому основанию приваривают анкеры.

4.20. Длина стальных анкеров зависит от максимально допустимой температуры их нагрева, определяемой по данным теплотехнического расчета панелей, но должна быть не менее половины толщины однослойных панелей. В многослойных панелях анкеры должны оканчиваться в срединной плоскости наиболее нагретого слоя. Предельные значения температуры нагрева арматуры указаны в соответствующих нормативных документах.

Диаметр круглых анкеров и сечения прямоугольных назначают согласно расчету (см. п. 4.8). Сечения анкеров должны обеспечивать их надежную сварку с металлическим основанием.

4.21. Конструкции анкеров для армирования панелей приведены на рис. 4. При использовании сварочного пистолета рекомендуются анкеры типов а, в и г.

анкеры для однослойных и многослойных футеровок

Для соединения слоев в многослойных панелях рекомендуются керамические анкеры (рис. 4, д) и анкеры из жаростойкой стали (рис. 4, г).

Размеры керамических анкеров даны в табл. 8.

Таблица 8

При армировании элементов конструкций из легкого жаростойкого бетона сетками или каркасами их следует выполнять сварными.

4.22. Для организованного развития и уменьшения величины раскрытия усадочных трещин со стороны рабочего пространства печи в бетоне следует предусматривать усадочные швы шириной 3 мм м глубиной 30 мм при толщине слоя бетона 150 — 250 мм и 20 мм при толщине 150 мм. Расстояние между швами в горизонтальном и вертикальном направлениях должно составлять 600 — 900 мм.

4.23. Монтажные петли в панелях с металлическим основанием и в панелях с каркасом из уголков приваривают соответственно к основанию или каркасу. Для удобства монтажа петли следует располагать ближе к центру тяжести панели.

4.24. Очертания торцевых поверхностей панелей должны предотвращать выпадение раствора и теплоизоляционных материалов из шва (рис. 5) Для этого стык между панелями предусматривают сужающимся в сторону более нагретой поверхности либо выполняют пазы в торцевых поверхностях панелей. Ширина стыка между панелями составляет 20 — 40 мм.

изоляция на основе высокоглиноземистого волокна

4.25. Элементы технологического оборудования, проходящие сквозь футеровку (штуцеры, патрубки и пр.), крепят к кожуху печи или металлическому основанию панелей.

4.26. При конструировании металлического кожуха ограждений необходимо обеспечить компенсацию его температурных деформаций.

4.27. Шаг анкеров в однослойных бетонных панелях принимают в зависимости от толщины слоя бетона согласно данным, приведенным ниже.

Пример конструирования панелей с металлическим основанием приведен на рис. 6.

б — с теплоизоляционными вкладышами

4.28. Металлическое основание для соединения панелей между собой и крепления к элементам каркаса агрегата должно иметь по периметру отогнутые борта или уголки (рис. 7). Высоту бортов или уголков определяют расчетом на прочность в стадиях изготовления, транспортирования и монтажа; она не должна быть менее 50 мм. В бортах выполняют отверстия диаметром 12 — 16 мм для крепления панелей. Для увеличения жесткости панелей уголки целесообразно приваривать на перо.

каркаса; 3 — растворный шов; 4 — шнуровой асбест

4.29. Металлические основания размером более 1,2 x 1,2 м должны быть усилены дополнительными уголками. Сечение уголков принимают по расчету согласно п. 4.12 настоящей инструкции, но не менее 50 x 5 мм; расстояние между уголками не более 1,0 м.

4.30. Тип и размеры анкеров, применяемых для соединения слоев в панелях, принимают в зависимости от толщины слоев и температуры нагрева. Керамические анкеры крепят к металлическому основанию с помощью шпилек из жаростойкой стали, диаметр которых должен быть на 2 мм меньше диаметра отверстия в анкере.

Теплоизоляционный слой бетона в панелях с керамическими анкерами соединяют с металлическим основанием керамическими анкерами, а также с помощью стальных анкеров. Марку стали анкеров принимают в зависимости от температуры их нагрева.

Шаг керамических и стальных анкеров 250 — 500 мм в обоих направлениях. Примеры конструирования многослойных панелей приведены на рис. 8 и 9.

основание; 7 — шнур из асбеста или каолиновой ваты

4.31. Анкеры из жаростойкой стали приваривают к металлическому основанию в соответствии с ОСТ 26-01-10-70 «Электроды для ручной электродуговой сварки», разработанным НИИхиммаш.

4.32. В конструкции ограждения, выполняемой из железобетонных панелей (рис. 10), металлический кожух воспринимает нагрузку от массы панелей и температурных усилий. Для уменьшения ширины раскрытия трещин на более нагретой поверхности панелей в охлажденном состоянии рабочую высоту сечения панелей принимают такой, чтобы температура арматуры t_{a} в стационарном тепловом режиме составляла при ограничении продольных удлинений панелей и возникновении продольного сжимающего усилия:

t_{a} \leq \frac{1,1\alpha_{\text{б}y} \cdot t_{r}}{\alpha_{at}} , (13)

при свободном удлинении панелей:

t_{a} \leq \frac{0,85\alpha_{\text{б}y} \cdot t_{r}}{\alpha_{at}} , (14)

где t_{r} — температура более нагретой поверхности панелей, °C;

\alpha_{at} — коэффициент температурного расширения арматуры при температуре t_{a} .

крепления диаметром 8 — 10 мм; 9 — накладка 40 x 4 мм

Температура арматуры, удовлетворяющая условиям (13) и (14), не должна быть более 300 °C.

4.33. Панели с каркасом из уголка армируют сеткой с анкерами. Сетку приваривают к полке уголка любым способом, обеспечивающим создание защитного слоя. Анкеры диаметром 5 — 6 мм из обычной проволоки заводят за прутки сетки и приваривают в местах пересечения стержней (рис. 10 и 11).

3 — каркас из уголков; 4 — легкий жаростойкий бетон

Панели при монтаже устанавливают на металлические столики, приваренные к несущей части каркаса, и крепят к кожуху различными способами, например, с помощью скоб, приваренных к кожуху и загибаемых вокруг изогнутых пластин, которые приварены к уголку панели (см. рис. 10). Для заполнения возможных зазоров между кожухом и панелями устанавливают уплотняющий материал, например, асбестовый картон, мягкие теплоизоляционные базальтовые плиты или теплоизоляционные маты из базальтового волокна.

4.34. Конструкция панели из легкого жаростойкого бетона с теплоизоляционным слоем из известково-кремнеземистых изделий, армированной плоскими арматурными сетками, приведена на рис. 12. Совместную работу всех элементов обеспечивает каркас, состоящий из расположенного по периметру наружной поверхности панели уголка, к полкам которого приварены две сетки. Одну сетку, армирующую слой жаростойкого бетона, с помощью отгибов стержней приваривают к полке уголка, расположенной по боковым поверхностям панели. Вторую сетку приваривают непосредственно к полке уголка, расположенной на менее нагретой поверхности панели. Для уменьшения ширины раскрытия и равномерного распределения трещин в известково-кремнеземистом изделии вследствие температурной усадки материала в известково-кремнеземистых изделиях делают два пропила, как показано на рис. 12. С целью обеспечения целостности панели во время эксплуатации на менее нагретой поверхности панели при ее изготовлении располагают четыре металлических пластины из листа толщиной 4 мм, к которым приваривают арматурные стержни, проходящие через известково-кремнеземистые изделия и закрепляемые на арматурной сетке, расположенной в слое жаростойкого бетона. Для изготовления панелей с плоскими арматурными сетками можно применять легкий жаростойкий бетон прочностью 40 — 60 кгс/см2.

7 — анкер; 8 — каркас из уголка; 9 — усадочный шов

4.35. Примеры конструирования отдельных узлов армированных панелей из легкого жаростойкого бетона приведены на рис. 13. В панелях из легкого жаростойкого бетона и теплоизоляционных материалов вокруг отверстий целесообразно предусматривать бетон на всю толщину панели и установку дополнительных анкеров. При выборе марки стали этих анкеров необходимо учитывать, что их нагрев происходит не только со стороны нагреваемой поверхности панели, но и через отверстие.

3 — анкеры; 4 — усадочные швы

4.36. Сводовые панели из легких жаростойких бетонов и теплоизоляционных материалов должны иметь металлическое основание. Панели свода выполняют однослойными или многослойными в зависимости от расчетной температуры в рабочем пространстве агрегата и свойств применяемых бетонов и теплоизоляционных материалов.

4.37. Крепить слой бетона к металлическому основанию сводовых панелей в зависимости от расчетной температуры следует при помощи стальных или керамических анкеров. Вариант конструкции сводовых однослойных панелей показан на рис. 14, двухслойных — на рис. 15.

5 — керамические анкеры; 6 — уголки жесткости 50 x 5 мм

анкеры; 7 — окантовочный уголок

4.38. Панели свода целесообразно крепить к несущим элементам каркаса с помощью металлических подвесок. При необходимости устройства в своде съемных участков их нужно выполнять также в виде подвесных плит (рис. 16). Устройство вкладышей, опирающихся на бетонные консоли панелей, недопустимо.

6 — опорные уголки 45 x 4 — 50 x 4 мм; 7 — анкеры

4.39. Поды тепловых агрегатов целесообразно проектировать двух- или трехслойными с использованием теплоизоляционных материалов. По теплоизоляционным материалам выполняют защитный слой из жаростойкого бетона, либо из сборных плит жаростойкого бетона, либо из огнеупорного кирпича. Пример конструирования пода из жаростойкого бетона приведен на рис. 17.

участки из жаростойкого бетона; 4 — горелочный камень

4.40. Монолитные футеровки из легкого жаростойкого бетона, выполняемые укладкой в опалубку или нанесением на кожух агрегата, например, торкретированием, необходимо применять в ограниченном количестве и только в тех местах, где применение сборных конструкций нецелесообразно. Монолитные футеровки и отдельные монолитные узлы конструируют с учетом пп. 4.12 - 4.31 настоящей инструкции. Для сцепления слоя торкрет-бетона с кожухом к последнему следует приваривать сетку из круглых спиралей по ГОСТ 2715-44.

В зависимости от расчетной температуры монолитные ограждающие конструкции выполняют однослойными (рис. 18, а), с теплоизоляционным слоем (рис. 18, б) или двухслойными (рис. 18, в).

6 — анкеры; 7 — шайбы; 8 — слой теплоизоляционного бетона

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУТЕРОВОК ИЗ ВОЛОКНИСТЫХ ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

5.1. Для изготовления футеровок из волокнистых материалов могут быть использованы изделия в виде жестких и полужестких плит, рулонированный войлок, торкрет-бетонные смеси, теплоизоляционные шнуры и другие материалы. Основные виды рекомендуемых для использования волокнистых огнеупорных материалов приведены в табл. 5.

5.2. Слой футеровки, обращенный в рабочее пространство печи, при скорости движения газов внутри рабочего пространства менее 7 м/с и температуре до 850 °C можно выполнять из рулонированного войлока, а при скоростях от 7 до 40 м/с — из жестких плит ШВП-350. При больших скоростях движения дымовых газов или наличии истирающего воздействия продуктов сгорания необходимы специальные конструктивные решения.

5.3. Принципиальные конструктивные решения футеровок печей приведены на рис. 19. В каждом конкретном случае толщину футеровки из волокнистых огнеупорных материалов, а также толщины ее отдельных слоев необходимо определять по результатам теплотехнического расчета, учитывая предельную температуру применения материалов.

печи; 6 — плиты ШВП-350; 7 — углубления в плитах

5.4. Швы по границам отдельных слоев рулонированного войлока не устраивают, а укладывают полосы рулона внахлестку, как показано на рис. 19, а.

5.5. Внутренние слои футеровки из рулонированного войлока для удобства монтажа целесообразно располагать вертикально. Более нагретый слой войлока располагают горизонтальными рядами, которые монтируют сверху вниз, укладывая каждый нижний ряд войлока внахлестку на расположенный выше ряд.

5.6. Вокруг гляделок, взрывных клапанов, лазов и других проемов в футеровке укладывают плиты ШВП-350, крепя их с помощью анкеров-шпилек (рис. 20).

5 — кожух печи; 6 — шайбы; 7 — анкеры

5.7. Внутренние слои футеровки крепят, последовательно накаливая слой минераловатных плит и слои войлока на штыри, приваренные к кожуху; при этом необходимо обеспечить смещение стыков изделий.

5.8. Пример конструирования узла сопряжения футеровки свода радиантной камеры с футеровкой камеры конвекции приведен на рис. 21.

9 — углубление в плите

5.9. Для защиты волокнистой футеровки у мест примыкания стен к поду от возможных повреждений при ремонтных работах вдоль стен устраивают бортик из прочных жаростойких материалов (штучных огнеупоров или жаростойкого бетона). Пример конструирования этого узла дан на рис. 22, а.

7 — анкеры; 8 — шайбы из жаростойкой стали

5.10. Вариант конструирования сопряжения футеровки стены радиантной камеры печи с футеровкой свода показан на рис. 22, б.

5.11. При конструировании узла сопряжения перевальных стен с футеровкой торцевых стен, футеруемых волокнистыми огнеупорными и теплоизоляционными материалами, необходимо обеспечивать независимость температурных перемещений каждой стены.

6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУТЕРОВОК ИЗ ОБЛЕГЧЕННЫХ ФУТЕРОВОЧНЫХ ПАНЕЛЕЙ

6.1. При теплотехническом расчете ограждений из облегченных футеровочных панелей толщину теплоизоляционного слоя из известково-кремнеземистого материала в панелях ОФП-100 принимают равной 85 мм, в панелях ОФП-150 она составляет 130 мм.

6.2. Общий вид облегченных футеровочных панелей автоклавного изготовления, выпускаемых Апрелевским опытным заводом теплоизоляционных изделий ВНИПИ Теплопроект по ТУ 36-2299-80 «Панели футеровочные известково-кремнеземистые с защитным слоем», показан на рис. 23. По периметру наружной поверхности панели, обращенной к кожуху, расположен металлический уголок, предназначенный для обеспечения прочности панели в период транспортирования и монтажа, а также для крепления панелей к кожуху агрегатов.

3 — каркас из уголка 25 x 4 мм

6.3. Совместную работу слоя жаростойкого бетона и слоя известково-кремнеземистого материала во время транспортирования, монтажа и эксплуатации обеспечивают армирование панели, а также сцепление между этими материалами, создающееся в процессе гидротермальной обработки в автоклаве.

6.4. Раскладку панелей у мест сопряжения свода со стенами, стен с подом и стен между собой выполняют так, чтобы с кожухом агрегата соприкасался торец короткой стороны панели.

Раскладку облегченных футеровочных панелей производят без перевязки. Пример конструирования футеровки печи из облегченных футеровочных панелей праведен на рис. 24.

2 — кожух агрегата; 3 — каркас печи

6.5. Заполнять швы между панелями следует теплоизоляционными шнурами из минеральной ваты или ваты каолинового состава, а также плитными теплоизоляционными изделиями. Более нагретую часть швов между панелями можно заполнять жаростойким шамотным раствором (рис. 25).

5 — теплоизоляционный шнур из высокоглиноземистого волокна

6.6. При заполнении части швов жаростойким раствором в футеровке из панелей через 3 — 3,5 м необходимо устраивать температурные швы, в которые вместо жаростойкого раствора укладывают теплоизоляционный шнур из ваты высокоглиноземистого состава или асбестовый канат.

6.7. Облегченные футеровочные панели крепят к кожуху печи, приваривая уголок панели к кожуху. Приварку панелей осуществляют непосредственно к кожуху в трех местах, а в четвертом — панель приваривают с помощью дополнительной детали крепления — уголка. Схема и узел приварки облегченных футеровочных панелей через уголок приведены на рис. 26.

6 — прорезь в теплоизоляционном слое панели; 7 — сварной шов

6.8. Элементы технологического оборудования, проходящие сквозь футеровку (штуцеры, термопары, патрубки и др.), крепят к кожуху печи или к металлическим основаниям панелей; должна быть обеспечена независимость деформаций футеровок и элементов технологического оборудования при нагревании.

6.9. Для прохождения через футеровку штуцеров, подвесок, термопар и другого оборудования необходимо предусматривать в панелях закладные детали в виде патрубков из жаростойкой стали соответствующих диаметров, устанавливаемых при изготовлении панелей, или располагать указанное оборудование в швах между панелями. При этом толщина швов может быть увеличена до 30 — 40 мм.

6.10. При конструировании сопряжения свода агрегата со стенами следует доводить футеровку свода до кожуха стен с тем, чтобы в этом узле образовывался горизонтальный шов в футеровке, который проще заполнить, чем вертикальный.

6.11. Примеры конструирования узлов ограждений тепловых агрегатов из облегченных футеровочных панелей приведены на рис. 27.

жаростойкий бетон; 8 — теплоизоляционный шнур; 9 — патрубок; 10 — высокоглиноземистая вата (на узлах б и г условно не показан легкий жаростойкий бетон)

6.12. Отдельные места ограждений, в которых не могут быть применены облегченные футеровочные панели, следует конструировать из известково-кремнеземистых изделий или других эффективных плитных теплоизоляционных материалов с защитным слоем из жаростойкого армированного бетона.

6.13. Для удобства крепления облегченных футеровочных панелей к кожуху агрегата его целесообразно расчленить на отдельные панели размером 2,0 — 2,5 x 3,0 — 3,5 м. Жесткость металлических панелей каркаса-кожуха указанных размеров должна обеспечивать возможность их перемещения и монтажа с прикрепленными футеровочными панелями. С целью уменьшения расхода металла на панели каркаса для обеспечения их жесткости следует предусматривать инвентарные монтажные приспособления.

6.14. Для уменьшения количества трещин и возможных выколов в бетоне панелей целесообразно вокруг металлических элементов, проходящих сквозь панели, предусматривать деформируемые прокладки из листового асбеста, огнеупорных или теплоизоляционных волокнистых материалов.

7. РЕМОНТ ФУТЕРОВОК

7.1. Сборные футеровки тепловых агрегатов из панелей легкого жаростойкого бетона целесообразно ремонтировать путем замены отдельных панелей.

7.2. Частичное разрушение футеровки панели восстанавливают бетонированием или торкретированием, при этом необходимо обеспечить надежное армирование восстанавливаемой части футеровки. Составы жаростойких бетонов и торкрет-бетонов для ремонтов футеровок приведены в главе 2. Ремонт бетонных футеровок может быть также выполнен из волокнистых огнеупорных материалов.

7.3. Ремонт футеровок из облегченных футеровочных панелей производят путем замены отдельных панелей.

Приложение 1

СОСТАВЫ ЛЕГКИХ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ

Примечание. Расход материалов на 1 м3 бетона уточняют перед бетонированием в зависимости от свойств имеющихся материалов по указаниям инструкции СН 156-79.

<*> Перлит Мухор-Талинского месторождения.

<**> Расход материалов газобетона принимать по рекомендациям лаборатории жаростойких бетонов НИИЖБ.

Приложение 2

СОСТАВЫ ЛЕГКИХ ЖАРОСТОЙКИХ РАСТВОРОВ

Примечание. Расход материалов на 1 м3 уточняют перед бетонированием в зависимости от свойств имеющихся материалов по аналогии с указаниями СН 156-79 для легких жаростойких бетонов.

Приложение 3

СОСТАВЫ ЛЕГКИХ И ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ТОРКРЕТ-БЕТОНОВ

Примечания. 1. При укладке составов 1 и 2 для их увлажнения используют водный раствор жидкого стекла плотностью 1,06 +/- 0,02 г/см3.

2. При укладке составов 3 и 4 для их увлажнения используется смесь 1:1 глиняной суспензии плотностью 1,1 +/- 0,02 г/см3 и раствора ССБ с плотностью 1,08 +/- 0,02 г/см3.

3. При укладке составов 5 — 10 для их увлажнения используют глиняную суспензию плотностью 1,1 +/- 0,02 г/см3.

Приложение 4

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТРАНСПОРТИРОВАНИЮ И ХРАНЕНИЮ ПАНЕЛЕЙ ИЗ ЛЕГКИХ ЖАРОСТОЙКИХ МАТЕРИАЛОВ

1. Прочность бетона в панелях на день отправки потребителю должна составлять не менее 20 кгс/см2 (по результатам испытаний контрольных кубов: для бетона на портландцементе — после пропарки, для бетона на глиноземистом цементе — после 3 суток твердения во влажных условиях).

2. Каждая панель должна иметь двухстороннюю маркировку (на наружной и внутренней поверхностях).

3. Для транспортирования и перегрузки панели размерами более 1,5 x 1,5 м комплектуют в пакеты по 2 — 4 шт., при меньших размерах в пакете может быть до 8 — 10 панелей.