Защита от тепловых воздействий: теплоизоляция, экранирование

Другие способы

Тепловой изоляции подвергают все источники выделений тепла в окружающее пространство. По действующим правилам температура наружной поверхности агрегатов вблизи рабочих мест не должна превышать 45°С.

Тепловая изоляция дает возможность не только улучшить условия труда и уменьшить потери тепла, но и повысить производительность печей, экономить топливо, увеличить срок службы агрегатов, интенсифицировать технологический процесс и т. д.

Для тепловой изоляции применяют разнообразные материалы: теплоизоляционные огнеупорные материалы, специальные огнеупорные массы, огнеупорные растворы и обмазки, огнеупорные бетоны и другие неорганические теплоизоляционные материалы (диатомит, трепел, пенодиатомовые изделия, асбест, асбоцемент, совелит, слюду,; вермикулит, минеральную вату и войлок, стеклянную вату, стеклянную ткань, пеностекло, ячеистые бетоны, пенобетон, газобетон, керамзит, пемзу, альфоль и др.), органические теплоизоляционные материалы (пробковые, торфоизоляционные, древесноволокнистые плиты, войлок, фибролит, древесные опилки, золу, термоизоляционный картон, полистирол, поропласт, пенопласт и др.).

Теплоизоляционные материалы различаются по теплопроводности λ и температуропроводности а; иаибольшими λ и а обладают металлы, наименьшими — легкие органические материалы.

Чем выше коэффициент теплопроводности материа­ла кладки, тем большее количество тепла будет отдано во внешнюю среду и тем выше будет температура наруж­ной поверхности печи.

Тепловая изоляция печей уменьшает фильтрацию хо­лодного воздуха из окружающей атмосферы во внутрен­нюю полость печи и горячих газов из печи в атмосферу, снижает температурный градиент в кладке, в результате чего уменьшается тепловое напряжение и повышается стойкость ее.

Источниками значительных потерь тепла являются арматура окон и крышки печей. Улучшение тепловой изо­ляции их увеличивает производительность печи, ускоряет нагрев и уменьшает угар металла.

Особенно эффективно осуществление тепловой изоляции кладки в конце кампании печи. Если в начале кампании толщина стенки печи 300 мм и потери тепла составляют 23 МД/ч через 1 м2 поверх­ности, то в конце кампании толщина стенки 75 мм и потери тепла 84 МДж/ч через 1 м2 поверхности. Рациональной теплоизоляцией эти потери можно уменьшить соответственно до 12 и 18 МДж/ч через 1 м2 поверхности.

Тепловую изоляцию печей выполняют по внутренней или наружной поверхности огнеупорной кладки или между слоями кладки.

Изоляция по внутренней поверхности кладки резко снижает температуру ее и сокращает потери тепла. Такая изоляция целесообраз­на и эффективна в печах периодического действия, так как снижает­ся расход топлива на разогрев кладки. Для изоляции используют теплоизоляционные огнеупорные легковесы.

Изоляция по наружной поверхности кладки снижает температуру на ее поверхности, уменьшает потери тепла в окружающее простран­ство (но увеличивает расход топлива на разогрев), повышает темпе­ратуру огнеупорной кладки и выравнивает ее по всей толщине.

Такую изоляцию применяют в печах непрерывного действия; для этого используют теплоизоляционные огнеупорные легковесы, диатомитовый кирпич, минеральную вату, вермикулит и другие материалы.

Конструкции устройств тепловой изоляции разнообразны. Эффек­тивность тепловой изоляции зависит от способа монтажа, применяе­мых материалов, температурных условий изолируемой поверхности, назначения изолируемых объектов и их расположения.

Для защиты от внешних воздействий, увлажнения, разрушения, коррозии и для поддержания чистоты применяют облицовывание, оштукатуривание и окрашивание поверхностей. Применение материалов с малой теплопроводностью (например, легковесных огнеупоров) является достаточно эффективным, но оно не всегда возможно, так как уменьшение аккумулирующей способности кладки сказывается на устойчивости теплового режима печи. Например в мартеновских печах высокая аккумулирующая способность кладки является полезной.

При экранировании кладки с внутренней стороны печного пространства непосредственно нагреву подвергается только экран, колебания температуры в рабочем пространстве печи сглаживаются. Таким образом, экран является тепловым зеркалом; он аккумулирует тепло при возрастании теплового напряжения в рабочем пространстве печи.

При таком экранировании уменьшение потерь тепла через кладку зависит только от коэффициентов излучения (и не зависит от температуры).

Простым способом экранирования является установ­ка вдоль стен печи экрана-щита толщиной до 80 мм. Другой способ экранирования — установка экрана-му­феля

Температура наружной поверхности кладки печи невысока, если кладка не участвует в тепловой работе ее. Это достигается в безынерционных печах, в которых внутрипечная температура может быстро меняться, а оболочка рабочего пространства практически не участвует в тепловой работе. В этих печах функции кладки — обес­печение в печи нужной интенсивности рабочего нагрева и уменьше­ние потерь тепла наружу — разделены.

Для ограждения рабочего пространства в безынерционных пламенных печах используют огнеупорные экраны, обтекаемые с обеих сторон отходящими газами; в электрических печах экраны обтекает воздух.

Работающая по принципу отражения тепла печь с футеровкой из пористого шамотного кирпича, который обладает высокой способнос­тью излучения (около 0,7 в интервале температур 870—1100°С) и низкой теплопроводностью, имеет высокий термический коэффициент полезного действия; по сравнению с обычной печью экономия топли­ва достигает 60%. При толщине кладки 150 мм и температуре внутри печи около 1150°С наружная поверхность стенок печи имеет темпера­туру 66°С,

Тепловое ограждение печи может быть создано отходящими ды­мовыми газами, циркулирующими в пространстве между внутренни­ми и наружными стенками рабочей камеры. Наружные стенки печи ограждены коробкой с двойными стенками, выполняющей роль воз­духоподогревателя.

Для улучшения герметичности печей их снаружи об­кладывают листами алюминия или оцинкованного желе­за. Однако полной герметизации достичь нельзя из-за наличия окон и других рабочих отверстий.

Окна печей должны открываться на минимально не­обходимое время и закрываться, по возможности, авто­матически.

Потеря тепла через открытые окна печей равна

где Q_изл — потеря тепла излучением, вт/ч;

С₀—коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,76 Вт/(м² ·°К⁴);

Т₂ — средняя температура рабочего пространства печи, °К;

Т₁ — температура окружающей среды (293°К);

F — площадь излучающей поверхности, м²;

ψ — коэффициент диафрагмирования, зависящий от формы отверстия и толщины стенки (определяют по специаль­ным графикам; может быть принят 0,65).

Для уменьшения тепловых потерь площадь рабочих окон делают минимально необходимой для проведения рабочих операций, а в некоторых случаях — и для на­блюдения рабочего пространства печи. Большая, чем минимально необходимая, площадь рабочего окна вызывает увеличение теплового излучения. Выбор конфигурации и размеров окон должен быть основан на анализе рабочих операций.

Необходимо обеспечить плотное прилегание крышек, закрывающих окна. Гляделки в окнах прикрывают за­слонками.

Использование водяного охлаждения печей дает воз­можность поддерживать температуру конструктивных элементов в необходимых пределах и способствует сни­жению температуры наружной поверхности печей.

Средняя температура отходящей воды должна быть не выше 40—50°С, чтобы на стенках охлаждаемой детали не выпадали соли вре­менной жесткости (бикарбонаты).

Однако из-за неравномерности распределения температур в ох­лаждаемой детали температура воды может оказаться выше указан­ной и произойдет местное выпадение солей; в результате на теплообменной поверхности образуется накипь, температура стенки повы­шается выше допустимого предела, что приводит к прогару охлаж­даемой детали.

Конструкция охлаждаемых элементов должна обес­печивать хорошую циркуляцию воды и исключать обра­зование паровых мешков, которые ухудшают теплообмен и вызывают коррозию стенок.

При испарительном охлаждении металлургических печей для отвода тепла используют кипящую воду, коэф­фициент теплопередачи которой значительно больше, чем холодной воды.

При испарении каждого килограмма воды от охлаждаемой дета­ли отнимается более 2,5 Мдж тепла (2,25 Мдж — на парообразование и около 0,25 Мдж — на нагрев воды от 30°С до температуры кипе­ния). При водяном охлаждении для отбора такого же количества тепла требуется 51 кг воды.

Так как при испарительном охлаждении расход воды примерно в 50 раз меньше, возможно применять умягченную катионированную воду, что устраняет отложение накипи и взвесей.

Применение испарительного охлаждения улучшает условия труда, так как уменьшаются потери тепла в окружащую среду, снижается температура наружных поверхностей печей и повышается надежность их работы.

9. Защита от электрического тока: защита от прикосновения