Работа с технологическими воздуховодами

Технологические воздуховоды транспортируют большие объемы горячего, пыльного воздуха от технологического оборудования к мельницам, рукавным фильтрам к другому технологическому оборудованию. Технологические воздуховоды могут быть круглыми или прямоугольными. Хотя изготовление круглых воздуховодов обходится дороже, чем прямоугольных воздуховодов, они требуют меньше ребер жесткости и во многих случаях предпочтительнее прямоугольных воздуховодов.

Воздух в технологических воздуховодах может находиться в условиях окружающей среды или иметь температуру до 900 °F (482 °C). Размер технологических воздуховодов варьируется от 2 футов в диаметре до 20 футов в диаметре или, возможно, до прямоугольных размеров 20 на 40 футов.

Большие технологические воздуховоды могут быть заполнены пылью, в зависимости от уклона, до 30% поперечного сечения, что может весить от 2 до 4 тонн на погонный фут.

Круглые воздуховоды подвержены разрушению на всасывании, и для минимизации этого требуются ребра жесткости, но они более эффективны с точки зрения материала, чем прямоугольные воздуховоды.

Не существует всеобъемлющих рекомендаций по проектированию технологических воздуховодов. Справочник ASCE по проектированию воздуховодов электростанции дает некоторые общие рекомендации по проектированию воздуховодов, но не дает проектировщикам достаточной информации для проектирования технологических воздуховодов.

Структурные технологические воздуховоды

Структурные технологические воздуховоды переносят большие объемы высокотемпературного и запыленного воздуха между частями технологического оборудования. Проектирование этих воздуховодов требует понимания взаимодействия термического размягчения металлов , потенциальных последствий накопления пыли в больших воздуховодах и структурного проектирования принципов . Существует две основные формы конструктивных технологических воздуховодов: прямоугольная и круглая. На прямоугольные воздуховоды распространяется стандарт ASCE «Структурное проектирование воздуховодов и газопроводов для технологических электростанций и промышленного применения».

При практическом проектировании технологических воздуховодов круглой конструкции в цементной , известковой и свинцовой промышленности размер воздуховода варьируется от 18 дюймов (45 см) до 30 футов (10 м). Температура воздуха может варьироваться от температуры окружающей среды до 1000 °F (515 °C). Технологические воздуховоды подвергаются большим нагрузкам из-за скопления пыли, давления всасывания вентилятора, ветра и землетрясений . По состоянию на 2009 год Технологические воздуховоды диаметром 30 футов могут стоить 7000 долларов за тонну. Неспособность должным образом интегрировать проектные силы может привести к катастрофическому обрушению воздуховода. Перепроектирование воздуховодов обходится дорого.

Конструкция воздуховодов круглого и прямоугольного сечения.

Конструктивное исполнение пластины воздуховода основано на выпучивании пластинчатого элемента. Проектирование пластин воздуховодов круглого сечения основано на соотношении диаметра и толщины пластин воздуховодов, а допустимые напряжения содержатся в многочисленных справочниках, таких как Стальные пластины США , ASME/ANSI STS-1, SMNACA, Трубчатые стальные конструкции и других справочниках. На самом деле воздуховоды круглой формы, изогнутые при изгибе, примерно на 30% прочнее, чем воздуховоды аналогичной формы при сжатии, однако при изгибе используются те же допустимые напряжения, что и при сжатии.

Для круглых воздуховодов требуются типичные ребра жесткости на расстоянии примерно 3 диаметров или примерно 20 футов OC для обеспечения овальной формы ветрового потока, а также требований к изготовлению и транспортировке грузовыми автомобилями. Для круглых воздуховодов диаметром более 6 футов 6 дюймов (1,98 м) (пластина 1/4 дюйма) требуются опорные кольца жесткости. Для воздуховодов меньшего диаметра могут не требоваться опорные кольца жесткости, но они могут быть спроектированы с седельными опорами. Требуемые они традиционно разрабатываются на основе «Рорка», хотя эта ссылка довольно консервативна.

Допустимые напряжения для колена круглого воздуховода ниже, чем допустимые напряжения для прямого воздуховода, на коэффициент K = 1,65/(h 2/3power), где h = t (канал) * R (колено) /(r(канал)*r (канал) Это уравнение или аналогичные уравнения можно найти в разделе 9.9 «Трубчатые стальные конструкции» .

Свойства конструкции прямоугольных воздуховодов основаны на соотношении ширины и толщины. Это упрощается, обычно до ширины = t/16, за счет угловых элементов или угловых ребер жесткости, хотя на самом деле вся верхняя и боковая пластина воздуховода участвуют, в некоторой степени, в свойствах сечения воздуховода.

Канальная логика

Логика воздуховодов — это процесс планирования теплового движения воздуховодов в сочетании с планированием минимизации выпадения пыли из воздуховодов.

Воздуховоды перемещаются при изменении внутренней температуры. Предполагается, что воздуховоды имеют ту же температуру, что и их внутренние газы, которая может достигать 900 °F. Если внутренняя температура воздуховода превышает 1000 °F, для минимизации температуры поверхности воздуховода используется огнеупорная футеровка. При температуре 1000 °F воздуховоды могут вырасти примерно на 5/8 дюйма на 10 футов длины. Это перемещение должно быть тщательно спланировано с использованием тканевых (или металлических) компенсаторов на каждом фланце оборудования и по одному соединению на каждый прямой участок воздуховода.

Наклон воздуховодов, равный или превышающий угол естественного откоса пыли в воздуховоде, сведет к минимуму скопление пыли. Поэтому многие воздуховоды, несущие большие пылевые нагрузки, имеют уклон 30 градусов и более.

Геометрия колена воздуховода

Чтобы свести к минимуму потери давления в коленах воздуховода, типичный радиус колена составляет 1,5 диаметра воздуховода. В тех случаях, когда такой радиус колена невозможен, к воздуховоду добавляются поворотные лопатки.

Переход штабеля у бетонного штабеля

Переход воздуховода и расположение колена

Технологические воздуховоды часто имеют большие размеры (диаметр от 6 до 18 футов) и несут большие объемы горячих грязных газов со скоростью от 3000 до 4500 футов в минуту. Вентиляторы, используемые для перемещения этих газов, также большие: от 250 до 4000 лошадиных сил. Поэтому важно свести к минимуму падение давления в воздуховоде за счет минимизации турбулентности на коленях и переходах. Радиус колена воздуховода обычно в 1,5–2 раза превышает размер воздуховода. Боковые уклоны переходов обычно составляют от 10 до 30 градусов.

Примечание: скорость газа в воздуховоде выбрана таким образом, чтобы минимизировать выпадение пыли из воздуховода. Скорость воздуховодов цементного и известкового завода при нормальной работе составляет от 3000 до 3200 футов в минуту, скорость на свинцовом заводе составляет от 4000 до 4500 футов в минуту, поскольку пыль тяжелее. В других отраслях, таких как зерновая, скорость газа ниже. Для более высокой скорости газа в воздуховоде могут потребоваться более мощные вентиляторы, чем для более низких скоростей газа в воздуховоде.

Типы опор воздуховодов

• Фиксированные опоры обычно предназначены для предотвращения бокового смещения воздуховода. В зависимости от геометрии опоры фиксированные опоры также могут сопротивляться вращению воздуховода, находящегося на опоре.
• Скользящие опоры обычно поддерживаются подушками из тефлона (или другого материала), изолированными от воздуховода, чтобы температура и пыль не повредили скользящую поверхность.
• Опоры звеньев часто «изогнуты» или скреплены рамами вниз от опорного кольца (рамы) воздуховода до фундамента или опорной плоскости. если изгиб достаточно длинный, петли не требуются, чтобы обеспечить тепловое расширение воздуховода.
• Опоры для стержней или подвесок аналогичны опорам для звеньев, но из-за гибкости опор для стержней их легче спроектировать и детализировать.
• Направляющие опоры: часто кольца внутри структурной рамы с угловыми направляющими, которые позволяют воздуховоду расти вертикально, одновременно удерживая воздуховод в поперечном направлении от ветровых нагрузок.
• Необычные условия «поддержки» (подробнее):
  • Петли на компенсаторах
  • Натяжные связи на двойных фиксированных опорах
  • Конструкции, позволяющие изгибать колена воздуховодов в необычных условиях поддержки.
  • Другие модели необычного дизайна.

Расчетные нагрузки на воздуховоды

Для технологических воздуховодов цементного завода и известкового завода нагрузки на воздуховоды представляют собой комбинацию:

1. Собственные нагрузки на воздуховоды: часто упрощаются (при использовании цементного завода) путем использования веса пластины воздуховода, умноженного на 1,15 в качестве припуска на элемент жесткости, поскольку элементы жесткости воздуховода обычно весят менее 15% от веса пластины воздуховода. Прибавка на жесткость воздуховода для прямоугольных воздуховодов электростанций может составлять от 50% до 100% веса пластины воздуховода.
2. Внутренняя пылевая нагрузка на воздуховод (нижняя часть воздуховода): которая значительно варьируется в зависимости от наклона воздуховода. Эти нагрузки должны быть одобрены клиентом, но часто используются следующим образом:

При наклоне воздуховода от 0 до 30 градусов внутренняя пыль составляет 25 % поперечного сечения воздуховода. При наклоне воздуховода от 30 до 45 градусов пылевая нагрузка на воздуховод снижается до 15 % поперечного сечения плюс нагрузка на внутреннее покрытие воздуховода. Для воздуховодов с уклоном от 45 до 85 градусов внутренняя пыль составляет 5% поперечного сечения воздуховода плюс нагрузка на внутреннее покрытие воздуховода. Для воздуховодов с наклоном более 85 градусов.Из-за потенциальной высокой запыленности большая часть технологических воздуховодов прокладывается под уклоном от 30 до 45 градусов.

2a) Загрузка пыли в нетехнологические воздуховоды (диаметром 2 фута и меньше), такие как вентиляционные каналы конвейеров, иногда прокладываются горизонтально и могут быть заполнены на 100% поперечного сечения.

2b) Нагрузка на внутренние воздуховоды электростанции согласовывается с клиентом и иногда используется при внутренней загрузке золы от 1 до 2 футов.

3) Внутренний воздуховод, покрытие пылевой нагрузки, которое иногда используется в качестве пылевого покрытия толщиной 2 дюйма (50 мм) по внутреннему периметру.

4) Нагрузки от давления всасывания в воздуховоде. Для большинства нагрузок в технологических воздуховодах расчетное давление воды составляет от 25 дюймов (600 мм) до 40 дюймов (1000 мм). Это давление всасывания приводит к коллапсу давления всасывания на боковых стенках воздуховода. Кроме того, это давление действует перпендикулярно «компенсаторам» воздуховода, создавая дополнительную нагрузку на опоры воздуховода, которая добавляет к статическим и временным нагрузкам. Обратите внимание: давление в воздуховоде зависит от температуры, так же как и плотность газа зависит от температуры. Давление в воздуховоде 25 дюймов H ₂ O при комнатной температуре может составлять от 12 до 6 дюймов при рабочем давлении в воздуховоде.

5) Ветровые нагрузки в воздуховоде

6) Канальные сейсмические нагрузки

7) Воздуховод Снежные нагрузки, как правило, несущественные, поскольку снег быстро тает, если установка не находится в режиме остановки.

8) Верхняя часть пылевой нагрузки в воздуховодах, часто используемая как нулевая, поскольку сейчас образование пыли на предприятиях намного меньше, чем в прошлом.

9) Нагрузки от давления всасывания в воздуховоде действуют перпендикулярно концу поперечного сечения воздуховода и могут быть значительными. Для воздуховода, рассчитанного на 25 дюймов воды при начальной температуре 70 градусов по Фаренгейту, на воздуховоде диаметром 8 футов это равно 8000 фунтам на каждом конце воздуховода.

Фиксированная опора воздуховода

Круглые воздуховоды

Большинство технологических воздуховодов цементного завода имеют круглую форму. Это связано с тем, что круглая форма воздуховода не изгибается между периферийными ребрами жесткости. Таким образом, гибкие ребра жесткости не требуются, а для круглых воздуховодов требуется меньшее количество и более легких промежуточных ребер жесткости, чем для прямоугольных воздуховодов. Ребра жесткости воздуховодов круглого цементного завода иногда составляют около 5% веса пластины воздуховода. Ребра жесткости воздуховодов прямоугольного цементного завода на 15–20% превышают вес пластины воздуховода. Воздуховоды электростанций часто бывают больше. Воздуховоды электростанции обычно имеют прямоугольную форму, вес ребер жесткости в 50% (или более) раз превышает вес пластины воздуховода. (это основано на личном опыте и зависит от нагрузки, размера воздуховода и отраслевых стандартов)

Большие круглые технологические воздуховоды обычно изготавливаются из листов мягкой стали толщиной 1/4 дюйма (6 мм) с овальными кольцами жесткости на расстоянии от 15 до 20 футов (5–6 м) в центре, независимо от диаметра. Такая длина обеспечивает устойчивость к овалированию ветром и деформации при транспортировке грузовиком. Это также хорошо работает с производственным оборудованием.

Типичные промежуточные кольца рассчитаны на изгибающие напряжения под ветром , которые уменьшаются по мере необходимости за счет снижения предела текучести при рабочих температурах. Типичные кольца изготавливаются из катаного стального листа, уголков или тройников, сваренных вместе для создания необходимого поперечного сечения кольца. Кольца изготавливаются из любой комбинации пластин, тройников или W-образных листов, которые может прокатать цех. Кольца обычно изготавливаются из мягкой углеродистой стали, пластины ASTM A36 или эквивалентной. Расположение кольцевых стыковых сварных швов предпочтительно должно быть смещено на 15 градусов (+/-) от точки максимального напряжения, чтобы минимизировать влияние пористости сварного шва на допустимое напряжение сварного шва.

См. «Стальную пластину США» , том II, где приведены эмпирические расстояния между кольцами и напряжение изгиба ветром:Расстояние = Ls = 60 квадратных метров [Do (футы) * t пластины (дюймы) / давление ветра (psf)]Секция = p * L (расстояние, футы) * Do (футы) * Do (футы)/Fb (20 000 при температуре окружающей среды)Этот справочник устарел, но является хорошей отправной точкой для проектирования воздуховодов.

SMACNA, (2-е издание), глава 4, содержит множество полезных формул для круглых воздуховодов, допустимых напряжений, расстояния между кольцами, воздействия пыли, льда и временных нагрузок. Базовый коэффициент запаса прочности для SMACNA, равный 3, больше, чем обычно используемый в типичных проектах проектирования конструкций, равный 1,6.В соответствии с SMACNA критическое расстояние между кольцами составляет L = 1,25 * D (футы) sqrt (D(футы)/t(дюймы)), что аналогично трубчатым стальным конструкциям: L = 3,13 * R sqrt (R/t). По сути, использование интервала = 60 кв.м. [Do (футы) * t плиты (дюймы) / давление ветра (PSF)] является консервативным.

Допустимые напряжения изгиба и сжатия в воздуховодах могут возникать из нескольких источников.

См. API 560 для расчета ветровых овальных ребер жесткости.

См. раздел «Трубчатые стальные конструкции», главы 2, 9 и 12, где приведены допустимые напряжения для тонких круглых воздуховодов, их допустимые напряжения, колена, коэффициенты смягчения колен, а также некоторые процедуры расчета опорных колец воздуховода. Эти допустимые напряжения можно проверить, просмотрев отдельные главы документов US Steel Plate, Blodgett Design of Plate Structures, Roark & ​​Young или API 650.

Опорные кольца круглых воздуховодов расположены на расстоянии, часто на трех диаметрах, или, как требуется, на расстоянии примерно до 50 футов (14 м). При таком расстоянии основные опорные кольца рассчитаны на сумму напряжений давления всасывания и изгибающих моментов опоры.

Допустимое напряжение сжатия круглых воздуховодов составляет = 662 /(d/t) +339 * Fy (трубчатые стальные конструкции, глава 2). В других ссылках используются аналогичные уравнения.

в высокотемпературных технологических воздуховодах Типичные потери давления в воздуховодах цементного завода составляют: от 60% до 80% падения давления приходится на технологическое оборудование, рукавные фильтры, мельницы и циклоны. Поскольку двигатель мощностью 1 (одна) лошадиная сила стоит примерно 1000 долларов США в год (2005 г.), эффективность воздуховода важна. Минимизация падения давления в воздуховоде может снизить плановые эксплуатационные расходы. В большинстве воздуховодов, не оборудованных оборудованием, падение давления происходит при переходах и смене направлений (коленах). Лучший способ минимизировать падение давления в воздуховоде или свести к минимуму эксплуатационные расходы предприятия — использовать колена с радиусом колена к радиусу воздуховода, превышающим 1,5. (Поэтому для воздуховода длиной 15 футов радиус колена будет равен или превысит 22,5 фута.)

Падение давления в технологическом трубопроводе (практика США) обычно измеряется в дюймах водного столба. Типичный воздуховод работает при общем давлении всасывания около - 25 дюймов (160 фунтов на квадратный фут), при этом примерно 75% потерь давления в рукавном фильтре, 10% потерь давления из-за трения в воздуховоде и 15% (номинальных) потерь в колене. турбулентность. Основным соображением при проектировании воздуховода является минимизация потерь давления в воздуховоде и турбулентности, поскольку плохая геометрия воздуховода увеличивает турбулентность и увеличивает потребление электроэнергии на предприятии.

Снижение давления всасывания в круглых воздуховодах в воздуховодах диаметром более 6 футов предотвращается с помощью колец на опорах и центров примерно 3 диаметров.

Опорные кольца для круглых воздуховодов традиционно разрабатываются по формуле, разработанной Roark & ​​Young. Однако эта справочная информация основана на точечных нагрузках на кольца, тогда как фактические нагрузки на кольца воздуховодов основаны на почти однородной донной пыли. Следовательно, с помощью Ram или других методов анализа можно показать, что эти формулы имеют коэффициент консерватизма примерно на 2 выше напряжений, приведенных в Roark. Мертвые силы, силы тока и пыли в кольце воздуховода должны сочетаться с напряжениями давления всасывания. Силы давления всасывания концентрируются на кольцах, поскольку они являются самым жестким элементом.

Допустимые напряжения колена круглого воздуховода уменьшаются из-за кривизны колена. Различные ссылки дают аналогичные результаты для этого сокращения. Трубчатые стальные конструкции. В разделе 9.9 указан коэффициент уменьшения (Бескина) K = 1,65/(h (2/3 мощности)), где h = t (плита) *R (колено)/ r (канал) (где давление всасывания меньше). ). Этот K снижает I-коэффициент воздуховода I действующий = I/K.

Кольца воздуховодов круглого сечения изготавливаются из прокатных тройников, уголков или пластин, приваренных к необходимой форме. Обычно они имеют свойства ASTM A-36.

Факторы безопасности

Типичный коэффициент запаса прочности круглой пластины воздуховода (традиционный коэффициент запаса прочности) должен составлять 1,6, поскольку изгиб и потеря устойчивости пластин воздуховода в основном контролируются типичной конструкцией промежуточного кольца.

Типичный коэффициент безопасности промежуточного кольца должен составлять 1,6, поскольку в различных нормах (API 360 и т. д.) имеется достаточно доказательств того, что промежуточные кольца, предназначенные для комбинаций овалирования ветра и давления всасывания, безопасны.

Типичный коэффициент безопасности главного опорного кольца, если оно спроектировано по формулам «Рорка», должен составлять 1,6 (при построении по нормали Рорка 1% от стандартного допуска круглой формы), поскольку различными методами можно показать, что эти формулы являются, по крайней мере, фактором. результатов анализа двух и более трех D-кольцевых колец и т. д.

Типичный коэффициент безопасности колена воздуховода должен быть выше 1,6, поскольку может быть сложно доказать, что доставка некруглых колен соответствует обычному стандартному допуску на отклонения от круглой формы в 1%. (различные коды и справочные примечания).

Круглые конструкционные конвейерные трубы

Круглые конструкционные трубы иногда используются для поддержки и удержания конвейеров, транспортирующих уголь, свинцовый концентрат или другой пылящий материал по проселочным дорогам, подъездным дорогам к заводу или погрузочным сооружениям на речных баржах. Когда для этих целей используются трубы, они могут иметь диаметр от 10 футов - 6 дюймов до 12 футов и длину до 250 футов с использованием пластин толщиной до 1/2 дюйма и овальных кольцевых ребер жесткости на расстоянии 8 футов (до 20 футов по центрам). В одном из таких проектов моя фирма добавила L8x8x3/4 в верхнем месте под углом 45 градусов, чтобы придать пластине жесткость вблизи точки максимального напряжения для трубок (по Тимошенко и другим).

Некоторые поставщики для этой же цели предоставляют конвейерные галереи.

Прямоугольные воздуховоды

Прямоугольные воздуховоды цементного завода часто представляют собой пластины воздуховодов толщиной 1/4 дюйма (6 мм) с ребрами жесткости, расположенными на расстоянии примерно 2–6 дюймов, в зависимости от давления всасывания и температуры. Более тонкая пластина требует меньшего расстояния между ребрами жесткости. Ребра жесткости обычно считаются закрепленными концами. Воздуховоды электростанции могут представлять собой листы воздуховодов толщиной 5/16 дюйма с W-образными ребрами жесткости с фиксированными концами на расстоянии примерно 2–5 дюймов. Поскольку прямоугольные пластины воздуховодов изгибаются, ребра жесткости необходимы на достаточно близком расстоянии. Воздуховодная пластина диаметром 3/16 дюйма или тоньше может вызывать неприятные последствия или создавать шум, поэтому ее следует избегать.

Свойства прямоугольного сечения воздуховода рассчитываются на основе расстояния между верхним и нижним углами воздуховода. Площади фланцев рассчитываются на основе размера угловых углов плюс ширина пластины воздуховода на основе отношения толщины пластины 16*t. (см. проект структурного воздуховода AISC ниже). Для свойств сечения пластина «перегородка» игнорируется.

Типичное расстояние между ребрами жесткости для воздуховодов цементного завода обычно основано на изгибе пластин воздуховода M = W * L * L / 8. Это связано с тем, что использование фиксированного-фиксированного состояния требует сложного проектирования креплений пластин. Электростанция и другие более крупные воздуховоды обычно расходуются на создание углового момента «фиксированного конца». Все ребра жесткости для прямоугольных воздуховодов требуют учета ребер жесткости боковых торсионных связей.

Влияние температуры на предел текучести воздуховода

Воздуховоды обычно проектируются так, как если бы температура пластины воздуховода и элементов жесткости соответствовала внутренней температуре газа в воздуховоде. Для температур мягких углеродистых сталей (ASTM A36) расчетный коэффициент текучести при 300 °F составляет 84% напряжения при комнатной температуре. При температуре 500 °F расчетный коэффициент текучести составляет 77% напряжения при комнатной температуре. При температуре 700 °F расчетный коэффициент текучести составляет около 71% напряжения при комнатной температуре. Температуры выше 800 °F могут привести к деформации мягкой углеродистой стали. Это связано с тем, что в этом температурном диапазоне структура кристаллической решетки мягкой углеродистой стали изменяется при температуре выше примерно 800 градусов по Фаренгейту (ссылка: Стальная пластина США, сталь для повышенных температур).

Для воздуховодов, работающих при температуре выше 800 градусов по Фаренгейту, материал пластин воздуховода не должен деформироваться. Для изготовления пластин воздуховода при температуре от 800 до 1200 °F можно использовать нержавеющую сталь Core-ten или ASTM A304. Пластины Core-ten дешевле, чем нержавеющая сталь.

Кортеновские стали имеют по существу те же коэффициенты текучести, что и кортеновские, при температуре до 700 °F. При 900 °F коэффициент текучести составляет 63%. При температуре 1100 °F коэффициент текучести составляет 58% (таблицы AISC). Кортеновские стали не следует использовать при температуре выше 1100 °F.

Если воздуховод и его элементы жесткости не изолированы, элементы жесткости могут быть изготовлены из стали ASTM A36 даже при температуре воздуховода 1000 °F. Это связано с тем, что температура ребра жесткости ниже температуры газа в канале на несколько сотен градусов (F). Предполагается, что температура ребер жесткости воздуховода падает примерно на 100 °F на дюйм глубины (при отсутствии изоляции) (справочные данные отсутствуют).

Устойчивость к коррозии и износу

Коррозия

Поскольку с течением времени сокращение потерь тепла на предприятиях изменилось, воздуховоды теперь соединяют больше единиц оборудования, чем когда-либо прежде. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать конденсации влаги в воздуховодах установки. Как только происходит конденсация, она может поглощать CO ₂ и другие компоненты газового потока и вызывать коррозию низкоуглеродистой стали. Методы, позволяющие избежать этой проблемы, могут включать в себя

1. Изоляция воздуховодов
2. специальные стали, такие как стали COR-10 или нержавеющая сталь A304 или нержавеющая сталь A316L,
3. Внутренние покрытия воздуховодов. Внутренние покрытия воздуховодов стоят дорого и могут стоить дороже, чем пластина пакета, которую они защищают. Было отмечено, что трубы без покрытия трубы цементных заводов с образованием конденсата служат менее двух лет.

Для воздействия серной кислоты могут потребоваться воздуховоды из нержавеющей стали, воздуховоды из стекловолокна и т. д.

Износостойкость

Многие выхлопные газы предприятий содержат пыль с высоким потенциалом износа. Обычно износостойкие стали бесполезны для защиты от износа воздуховодов, особенно при более высоких температурах. Износостойкие стальные воздуховоды сложно изготовить, а огнеупорные покрытия обычно дешевле, чем воздуховоды из износостойкой стали. В каждой отрасли могут быть разные подходы к предотвращению износа воздуховодов.

Клинкерная пыль цементного завода более абразивна, чем песок. В высокотемпературных воздуховодах или воздуховодах с потенциалом износа Огнеупор 2 + 1 ⁄ 2 дюйма, часто крепится к пластине воздуховода с помощью V-образных анкеров на расстоянии 6 дюймов OC (+/-), чтобы противостоять а) температуре или б) износу на коленях или комбинации этих воздействий. Иногда керамическая плитка или керамический раствор крепится к воздуховодам, чтобы противостоять температуре и износу.

Шелуха зерновых растений также очень абразивна. Иногда пластиковые вкладыши используются для защиты от износа на зерноперерабатывающих предприятиях, где температуры ниже, чем на предприятиях по переработке полезных ископаемых.

Типы компенсаторов

Сегменты воздуховода обычно разделяются металлическими или тканевыми компенсаторами. Эти соединения спроектированы и детализированы с учетом давления всасывания воздуховода, температуры и перемещений между сегментами воздуховода. Для разделения сегментов воздуховода часто выбирают тканевые соединения, поскольку они обычно стоят на 40% дешевле, чем металлические соединения. Также металлические соединения создают дополнительные нагрузки на сегменты воздуховодов. Металлические соединения предпочитают осевые перемещения и создают значительные боковые нагрузки на сегменты воздуховодов. Тканевые стыки стоят от 100 до 200 долларов за квадратный фут стыка (2010 г.). Металлические соединения могут стоить вдвое дороже.

Предполагается, что силы расширения воздуховода ткани равны 0 #/дюйм. Усилия на металлических компенсаторах для металлических соединений воздуховода диаметром 24 дюйма составляют порядка 850 #/дюйм перемещения для осевой жесткости пружины и 32 500 #/дюйм для бокового перемещения. Эти коэффициенты будут варьироваться в зависимости от размера воздуховода, толщины шва и становятся больше для прямоугольных воздуховодов (на основе одного недавнего проекта).

Срок службы тканевого компенсатора в полевых условиях составляет около 5 лет. Многие заводы предпочитают площадки доступа возле стыков для замены суставной ткани.

Программное обеспечение конечных элементов

В настоящее время доступно программное обеспечение для моделирования воздуховодов в 3D. Это программное обеспечение необходимо использовать с осторожностью, поскольку правила проектирования ширины и толщины, коэффициенты смягчения колен и т. д. могут не быть введены в программу проектирования.

Переход воздуховода и армирование

Представление чертежа и простановка размеров

Воздуховоды в 3D легко нарисовать без правильных размеров. Чертежи должны быть оформлены с использованием:

• Рабочие точки с отметками и размерами на плане.
• Радиус колена, диаметры воздуховодов или размеры ширины и толщины, размеры касательной колена (истинный вид, а также виды в плане и фасаде)
• Сетки колонн, размеры между опорами, отображение рабочих точек
• Отсутствие размеров в 3D-чертежах затрудняет их понимание.
• опоры необходимо согласовать с отметками.

Особые условия нагрузки на воздуховод

Особые условия нагрузки на воздуховоды могут возникать вне мертвых, живых, пыльных и температурных условий. Воздуховоды, связанные с угольными заводами, установками по измельчению кокса и, в некоторой степени, предприятиями по переработке зерна, могут подвергаться воздействию взрывоопасной пыли. Воздуховоды, предназначенные для взрывоопасной пыли, обычно рассчитаны на внутреннее давление 50 фунтов на квадратный дюйм и обычно имеют одно предохранительное отверстие для взрыва на каждую секцию воздуховода. вероятность взрыва пыли в системе угольных мельниц непрямого действия с течением времени составляет 100%. Это может создать огненный шлейф диаметром от 5 до 15 футов и длиной от 20 до 30 футов. Таким образом, доступ к зонам вокруг взрывоопасных отверстий должен ограничиваться личным доступом с запиранием доступа.

Большой входной и выходной воздуховод рукавного фильтра

Детали воздуховода

Воздуховоды доставляются с производственного предприятия на рабочие места на грузовиках, по железной дороге или на баржах длиной, соответствующей виду транспорта, часто секциями по 20 футов. Эти секции соединяются фланцами или приварными накладками. Фланцы устанавливаются на компенсаторах или для соединения секций воздуховодов с низкими нагрузками. Фланцы могут быть сложны в расчете на силы, действующие на пластины воздуховода. Фланцевые прокладки добавляют фланцам гибкость, что затрудняет их способность выдерживать нагрузки. Поэтому для соединений пластин воздуховодов с повышенными нагрузками обычно используются сварные ленты (короткие стальные ленты).

Различные фотографии воздуховодов

При внимательном рассмотрении фотографии фиксированной опоры воздуховода видно несколько свойств круглых кольцевых опор. Ребра жесткости расположены примерно под углом 60 градусов по центру. Это кольцо воздуховода изготовлено из двух прокатанных WT, сваренных в центре. Это воздуховод меньшего размера с небольшими нагрузками, поэтому нижний фланец был немного изменен в соответствии с требованиями к зазору между опорами. Показан небольшой зазор для размещения канального подшипника скольжения из ПТФЭ, хотя в этот зазор также можно вставить фиксированную опору. На заднем плане фотографии фланец воздуховода. Фланец воздуховода обычно имеет болты 3/4 дюйма при номинальном диаметре 6 дюймов; интервал. Толщина угла фланца воздуховода должна быть рассчитана с учетом растягивающих напряжений пластины воздуховода, поскольку фланцы будут изгибаться. Обычно толщина уголков составляет 5/16 дюйма или 3/8 дюйма.

См. выше фотографию колен круглых воздуховодов, переходов и ребер жесткости. Радиус колена воздуховода составляет от 1,5 до 2 раз диаметра воздуховода. Круглый воздуховод имеет овальную форму и транспортировочные кольца на номинальном расстоянии 20 футов, а также опорные кольца большего размера на опорах. Y-образное разделение имеет ребра жесткости на всасывании на пересечении воздуховодов. Обратите внимание на переход входа вентилятора мощностью 3000 л.с. и переход входа дымовой трубы, также показанные на этой фотографии.

На соседней фотографии также показаны некоторые принципы организации технологических воздуховодов. На нем изображен большой входной воздуховод рукавного фильтра. Входной канал имеет коническую форму, чтобы минимизировать выпадение пыли. Такая неглубокая конусность также снижает потери давления при изменении диаметра воздуховода. Обратите внимание, что расстояние между кольцами прямоугольного воздуховода составляет примерно 2–6 дюймов по центру. Круглый воздуховод усилен возле каждого ответвленного воздуховода.

Ресурсы

Существует несколько рекомендаций по работе с технологическими воздуховодами. Эти ссылки используются вместе для обзора процессов проектирования воздуховодов. Для проектирования воздуховодов часто используются другие ссылки, но они дают аналогичные результаты. Проектирование технологических воздуховодов методом конечных элементов возможно, но для правильной интерпретации модели конечных элементов необходимы требования теории проектирования и допустимых напряжений.

• ASCE - Структурное проектирование воздуховодов и газопроводов для электростанций и промышленных котлов
• Рорк и Янг. Формулы стресса и напряжения, различные издания
• Стальная пластина США, пластинчатые конструкции, том I и II
• Стальной лист США, стали для повышенных температур эксплуатации, 1974 г.
• AISC, температура стали в режиме реального времени в зависимости от текучести и температура стали в зависимости от диаграмм модуля Юнга.
• Lincoln Arc Welding , Проектирование сварных конструкций, Омар Блоджетт, глава 6, раздел 6.6
• Lincoln Arc Welding, Трубчатые стальные конструкции, Троицкий
• Холодногнутые стальные конструкции
• ASHRE, для проектирования перепадов давления, колен и вентиляторов.
• API 560, содержит рекомендации по минимизации овалирования ветра.
• SMNACA также можно использовать в качестве справочного материала.
• Поставщик технологических процессов, 2005 г., Нагрузки в технологических воздуховодах
• Аналогичный справочник по дизайну, распродан, Gaylord & Gaylord, Design of Bins.

Допустимые нагрузки от пыли в цементной, известковой и свинцовой промышленности (для нагрузки на конструкции) составляют:Технологические воздуховоды предназначены для транспортировки больших объемов пыли. некоторая часть этой пыли осядет на дно воздуховода во время отключения электроэнергии и нормальной работы.

Часто предполагается, что процент сечения воздуховода, заполненного пылью, составляет:

• Уклон воздуховода до 30 градусов, 25% сечения.
• Уклон воздуховода: от 30 до 45 градусов, 15 % поперечного сечения.
• Уклон воздуховода, от 45 до 85 градусов, 5 %
• При температуре выше 85 градусов внутренний слой пыли толщиной 2 дюйма (50 мм).
• Эти нагрузки всегда согласовываются с клиентом перед использованием, но вышеизложенное в обычной практике США

Чтобы свести к минимуму накопление пыли, каждый материал имеет минимальную скорость переноса: известь = около 2800 футов в минуту, цемент — около 3200 футов в минуту, а свинцовая пыль — около 4200 футов в минуту.

Плотность пыли зависит от отрасли. Обычно это: плотность цементной пыли = 94 кубических футов, известковой промышленности = 50 кубических футов, пыли оксида свинца = 200 кубических футов.

Износ воздуховодов. Высокотемпературные воздуховоды часто содержат большие объемы горячей абразивной пыли. Часто расчетная температура воздуховода или абразивность пыли не позволяют использовать абразивостойкие стали. В этих случаях огнеупорный материал можно закрепить внутри воздуховода или к внутренней части воздуховода приварить абразивостойкую плитку с помощью приварных гаек.

Тепловое движение воздуховода

Сталь воздуховодов расширяется при повышении температуры. Каждый тип стали может иметь свой коэффициент теплового расширения, типичные мягкие углеродистые стали расширяются с коэффициентом 0,0000065 (см. AISC).