Ведомственные строительные нормы ВСН 429-81 "Инструкция по проектированию футеровок промышленных печей из огнеупорных волокнистых материалов" (утв. Минмонтажспецстроем СССР 12 ноября 1981 г.)

Срок введения с 1 июля 1982 г.

Вводится впервые

Настоящая инструкция разработана ВНИПИ Теплопроект Минмонтажспецстроя СССР на основании экспериментальных исследований, опыта проектирования, строительства и эксплуатации тепловых агрегатов с футеровками из волокнистых огнеупорных материалов.

При составлении инструкции использованы данные и проектные материалы ВНИПИ Теплопроект, Стальпроекта, Гипромеза, конструкторских бюро ПО "Ижорский завод" и "Горьковский автомобильный завод", опыт строительства тепловых агрегатов с новыми конструкциями футеровок, накопленный трестом Союзтеплострой, результаты эксплуатации головных образцов печей, а также паровых и водогрейных котлов на Челябинском металлургическом заводе, Магнитогорском металлургическом комбинате, Московском металлургическом заводе "Серп и Молот", ПО "Ижорский завод" и "Горьковский автомобильный завод", Гурьевском нефтеперерабатывающем заводе и других предприятиях.

Инструкция разработана лабораторией крупноблочных жаростойких конструкций ВНИПИ Теплопроект под руководством канд. техн. наук И.И. Шахова. Ответственный исполнитель Ю.Г. Каленский. В составлении инструкции принимали участие С.П. Батурин, А.Ф. Шестаков, В.Г. Кутузов, Л.С. Шерстова.

Инструкция согласована с Госстроем СССР.

1. Общие положения

1.1. Настоящая инструкция предназначена для проектирования конструкций футеровок промышленных печей с использованием в качестве рабочего и изоляционного слоев футеровок изделий на основе огнеупорных волокнистых материалов. Области применения огнеупорных волокнистых материалов приведены в Приложении 1.

1.2. Изделия на основе огнеупорных волокнистых материалов следует применять после проведения технико-экономического анализа в тех случаях, когда достигается экономический эффект благодаря:

экономии топлива в период эксплуатации печей;

повышению производительности печей в результате сокращения цикла термообработки в печах периодического действия или увеличения рабочего пространства печи;

уменьшению трудозатрат при монтаже, а также сокращению сроков строительства и ремонта, в первую очередь, вследствие применения панельных конструкций футеровок максимальной заводской готовности.

1.3. Конструкции тепловых агрегатов с применением огнеупорных волокнистых материалов следует проектировать, как правило, сборными из крупноразмерных элементов и панелей с выполнением футеровки до монтажа печи. В отдельных случаях, в основном при производстве ремонтных работ, допускается применение конструкций, предусматривающих монтаж футеровки непосредственно в тепловом агрегате на готовом металлическом кожухе.

1.4. Газоплотность промышленных печей с футеровками из огнеупорных волокнистых материалов обеспечивают стальным листом панелей или кожухом печи. Конструкции стыков сборных панелей, оформление отверстий для термопар, гляделок и других технологических отверстий должны обеспечивать газоплотность печей (см. разделы 4, 5).

1.5. Металлоконструкции панелей тепловых агрегатов с футеровкой из огнеупорных волокнистых материалов следует проектировать в соответствии со СНиП II-В.3-72 "Стальные конструкции. Нормы проектирования".

1.6. Приваривать металлические элементы креплений к кожуху печи следует, как правило, сварочными пистолетами. Металлические анкеры и детали креплений из жаростойкой стали приваривают к металлическому основанию в соответствии с ОСТ 26-01-10-70.

1.7. Сушку футеровок, выполненных из изделий на основе огнеупорных волокнистых материалов, не производят. Скорость разогрева этих футеровок не лимитируют. Сушку и разогрев футеровки тепловых агрегатов, в которых наряду с футеровкой из огнеупорных волокнистых материалов применена футеровка из штучных огнеупорных изделий или огнеупорных бетонов, производят согласно указаниям, регламентирующим скорости сушки и разогрева печей из этих материалов. Сушку промышленных печей с монолитными футеровками на основе огнеупорных волокнистых материалов (теплоизоляционные композиции) также не производят. Однако в процессе первого разогрева теплового агрегата следует устраивать площадки выдержки при температурах 150°C и 300°C на горячей поверхности футеровки (продолжительностью 4-8 каждая).

1.8. При применении футеровок на основе огнеупорных волокнистых материалов в тепловых агрегатах, работающих на сернистых мазутах, должны быть приняты специальные меры с целью защиты металлического кожуха и деталей креплений футеровки от коррозии.

2. Материалы для футеровок

2.1. Огнеупорные волокнистые материалы и изделия используют в качестве рабочего и теплоизоляционного слоев футеровок, не воспринимающих внешних нагрузок. Виды огнеупорных волокнистых материалов и их основные свойства приведены в табл. 1. Перечень огнеупорных волокнистых материалов, выпуск которых намечен на ближайшие годы, приведен в Приложении 2.

2.2. Для изготовления металлоконструкций панелей футеровки следует применять сталь, соответствующую требованиям ГОСТ 19282-73 и ГОСТ 19903-74.

2.3. Для изготовления стальных анкеров и деталей креплений футеровок следует применять коррозионно-стойкие, жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы, соответствующие требованиям ГОСТ 5632-72 и ГОСТ 20072-74.

Виды сталей для изготовления элементов креплений приведены в табл. 2. При выборе марки стали для анкеров следует учитывать возможность свариваемости и изготовления, а также условия эксплуатации.

2.4. Керамические анкеры следует выполнять из высокоглиноземистого сырья на глиняной или иной связке с содержанием не менее 45% (в соответствии с ГОСТ 4385-68). Предел прочности при растяжении материала керамического анкера в условиях нормальной температуры должен быть не ниже 2,94 МПа (30 ).

2.5. Теплоизоляционные слои многослойных конструкций футеровок следует выполнять из огнеупорных волокнистых материалов и изделий, имеющих температуру применения не ниже максимальной температуры нагрева слоя и объемную массу, соответствующую минимальному расходу материала для обеспечения требуемого термического сопротивления при средней температуре нагрева слоя.

2.6. Составы теплоизоляционных композиций на основе огнеупорных волокнистых материалов и способы их укладки должны соответствовать инструкции ВСН 412-80 ММСС СССР.

2.7. При проведении теплотехнических расчетов удельную теплоемкость изделий на основе огнеупорных волокнистых материалов следует принимать равной 1047 , или 0,25 .

Таблица 1

Наименование и марка огнеупорного волокнистого материала или изделия	Максимальная температура применения, °C		Объемная масса, кг/м3	Размеры, мм	Теплопроводность, Вт/(м x К) ккал/(м.ч. °C) при средней температуре, °C							Нормативный материал		Завод-изготовитель
	рабочий слой	изоляционный слой			200	400	600	800	1000	1200
Муллитокремнеземистая вата, МКРВ	-	1150	100	-	0,08 (0,07)	0,12 (0,10)	0,17 (0,15)	0,29 (0,25)	0,47 (0,40)	0,79 (0,68)	ГОСТ 23619-79		Богдановичский огнеупорный завод (Сухоложское производство), Северский доломитный завод
Муллитокремнеземистый рулонный материал, МКРР-130	-	1150	130	(5000-10000) х (600-1400) х (20, 30, 40)	0,14 (0,12)	0,17 (0,15)	0,22 (0,19)	0,31 (0,27)	0,50 (0,43)	0,79 (0,68)	То же		То же
Муллитокремнеземистые плиты на органической связке, МКРП-340	600	1150	340	(600, 700) x (400, 500) x (30, 40, 50, 60)	0,15 (0,13)	0,19 (0,16)	0,23 (0,20)	0,29 (0,25)	0,40 (0,34)	0,53 (0,46)	"		Богдановичский огнеупорный завод, Северский доломитный завод, Первоуральский динасовый завод
Муллитокремнеземистый войлок, МКРВ-200	850	1150	200	(5000-10000) x (600-1400) x (20, 30, 40)	0,09 (0,06)	0,12 (0,10)	0,14 (0,12)	0,20 (0,17)	0,33 (0,28)	0,58 (0,50)	"		Богдановичский огнеупорный завод (Сухоложское производство)
Плиты на основе муллитокремнеземистой ваты и глиняной связки, ШВП-350	1200	1200	350	(490x490) x (100, 120)	0,15 (0,13)	0,17 (0,15)	0,19 (0,16)	0,23 (0,20)	0,29 (0,25)	0,43 (0,37)	ТУ 36-2345-80		Апрелевский опытный завод теплоизоляционных изделий, ВНИПИ Теплопроект
Теплоизоляционные композиции	850	-	400	-	0,17 (0,15)	0,20 (0,17)	0,24 (0,21)	0,30 (0,26)	0,41 (0,35)	-	ВСН 412-80 ММСС СССР		-
	1000	-	600	-	0,21 (0,18)	0,23 (0,20)	0,29 (0,25)	0,36 (0,31)	0,44 (0,38)	-	То же		-
Шнуры теплоизоляционные из муллитокремнеземистой ваты	-	1150	200	Длина более 10000 мм, диаметр 20, 40, 50, 60, 70, 80, 90	0,07 (0,07)	0,12 (0,12)	0,19 (0,19)	0,26 (0,26)	0,44 (0,38)	0,58 (0,50)	ТУ 36-1695-79		Беличское НПО "Теплозвукоизоляция"
Плиты теплоизоляционные из минеральной ваты на синтетическом связующем	-	500	100	1000x500x(40, 50, 60)	0,086 (0,074)	0,109 (0,094)	0,186 (0,160)	-	-	-	ГОСТ 9573-72		ПО "Мосасботермостекло", Вильнюсское ПО силикатных изделий
			125		0,088 (0,076)	0,112 (0,096)	0,192 (0,165)	-	-	-
Плиты теплоизоляционные повышенной жесткости из минеральной ваты на синтетическом связующем	-	500	200	1000x500x(40, 50, 60)	0,105 (0,09)	0,140 (0,120)	0,174 (0,150)	-	-	-	ГОСТ 22950-78		Коммунарский завод строительных конструкций

Таблица 2

Марка стали	Температура начала интенсивного окалинообразования, °C	Теплотехнические свойства		Максимальная температура применения, °C
		обработка резанием	свариваемость
15Х5	650	++	+	600
15Х5М	650	+	+	600
12Х13	700	+	+	650
12Х17; 08Х17Т	900	+	+	800
15Х25Т	1050	+	+	900
15Х28	1100-1150	+	+	1000
12Х18Н9; 12Х18Н9Т	850	+	++	800
20Х23Н13	1050	+	++	1000
08Х20Н14С2	1050	+	++	1000
20Х20Н14С2	1050	+	++	1000
20Х23Н18	1050	+	+	1000
20Х25Н20С2	1100	+	+	1050
Сплав Х20Н80	1150	+	+	1100

Обозначения: + - удовлетворительная; ++ - хорошая.

3. Основные положения расчета элементов футеровок

3.1. Теплотехнический расчет является основным для футеровок тепловых агрегатов из огнеупорных волокнистых материалов. По его результатам подбирают толщину отдельных слоев и всего ограждения.

Толщину футеровки следует назначать такой, чтобы затраты на ее возведение и эксплуатационные затраты были минимальными:

,

где З - приведенные затраты на возведение футеровки, ;

Э - годовые эксплуатационные затраты - стоимость теряемого через футеровку тепла, ;

Т - нормативный период окупаемости, принимаемый равным стойкости футеровки, но не более 6,6 лет.

3.2. Наибольшие температуры нагрева слоев футеровки и деталей креплений следует определять на основании теплотехнического расчета температур для установившегося теплового потока при заданной проектом температуре рабочего пространства.

Температуры в сечениях элементов футеровок следует рассчитывать как для многослойной плоской стенки. Удельный тепловой поток через футеровку следует определять по формуле:

,

где q - удельный тепловой поток, ;

- температура внутренней (горячей) поверхности футеровки, К;

- температура наружного воздуха, К;

- термическое сопротивление теплопередаче многослойной стенки, ;

- коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности футеровки, ;

к - количество слоев футеровки.