Materiale refractare și izolație pentru cazane

Căptușeala refractară a cazanului este un sistem proiectat

Căptușeala unui cazan este rareori alcătuită dintr-un singur material. Stratul expus la temperatură trebuie să reziste radiației flăcării, gazelor de ardere, cenușii, depunerilor și operațiunilor de curățare, în timp ce stratul suport controlează transferul termic către carcasa cazanului. Mortarele, ancorele, rosturile de dilatație, interfețele cu pereții tubulari, deschiderile arzătoarelor, ușile și străpungerile trebuie să funcționeze împreună cu ambele straturi. Înlocuirea unei componente cu un produs având o temperatură nominală mai ridicată nu remediază incompatibilitatea chimică, dilatarea insuficient compensată, ancorele deteriorate sau o procedură necorespunzătoare de uscare controlată.

Materialul refractar protejează și definește geometria incintei de ardere; acesta nu constituie anvelopa sub presiune a cazanului. Integritatea țevilor, tamburului, mantalei, colectoarelor, supapelor și dispozitivelor de protecție trebuie evaluată conform cerințelor producătorului cazanului și regimului de inspecție aplicabil instalațiilor sub presiune. Nu acoperiți cu material refractar de reparație componentele sub presiune suspectate de coroziune, fisurare sau scurgeri.

Funcțiile materialelor din căptușeala unui cazan

Materiale dense pentru stratul cald, rosturi și reparații

Produsele dense sunt adecvate acolo unde căptușeala trebuie să-și păstreze forma și să reziste expunerii directe la ardere sau uzurii mecanice. În mod normal, acestea acumulează și conduc mai multă căldură decât izolația din fibre, astfel încât temperatura lor nominală ridicată nu trebuie interpretată ca dovadă a unei conductivități termice reduse.

Temperatura nu determină singură adecvarea unui material. Comparați densitatea aparentă, porozitatea aparentă, rezistența mecanică, variația liniară permanentă, conductivitatea termică și rezistența la cenușa sau depunerile reale. O acoperire pe bază de zircon nu trebuie utilizată pentru acoperirea rosturilor de dilatație, refacerea grosimii lipsă a căptușelii sau mascarea unui suport instabil.

Produse flexibile pentru izolare, etanșare și instalare

Produsele tip pătură au o densitate declarată de 128 kg/m³, însă grosimea izolației trebuie stabilită printr-un calcul de transfer termic bazat pe datele de conductivitate termică la temperaturile medii relevante. Includeți toate straturile căptușelii, rosturile, ancorele metalice, carcasa, condițiile ambientale și temperatura exterioară admisă a suprafeței. Temperatura maximă a unei pături nu permite estimarea temperaturii carcasei.

Adezivul și rigidizantul sunt produse auxiliare, nu înlocuitori pentru ancore proiectate corespunzător sau pentru un strat cald refractar durabil. Rigidizarea suprafeței fibroase nu o face adecvată pentru impact direct al flăcării, eroziune severă provocată de particule sau sarcini structurale. Șnurul pătrat din fibră de sticlă este clasificat până la 550 °C și nu trebuie ales pentru o zonă mai fierbinte doar deoarece alte produse din categorie au temperaturi nominale mai ridicate.

Selectarea materialelor în funcție de tipul cazanului

Cazane cu manta și cazane ignitubulare

Materialele refractare pot fi prezente la gurile arzătoarelor, partea frontală a focarului, camerele de întoarcere, uși și tranzițiile traseului gazelor. Reparațiile trebuie să păstreze accesul, distanțele față de capetele țevilor, posibilitatea de dilatare și geometria inițială a arderii. Inspectați plăcile tubulare adiacente, zonele tiranților și suprafețele mantalei înainte de a le închide în spatele noii căptușeli refractare. Un defect local al căptușelii poate fi rezultatul vizibil al alinierii incorecte a flăcării, al scurgerilor de gaze sau al mișcării la interfața dintre metal și materialul refractar.

Cazane acvatubulare

Cazanele acvatubulare pot utiliza materiale refractare la ambrazurile arzătoarelor, colțurile focarului, colectoare, pardoseli, deschideri de inspecție și zone care nu sunt ecranate complet de pereții membrană. Mișcarea țevilor și dilatarea diferențială sunt factori fundamentali. Nu acoperiți rigid jocurile proiectate și nu aplicați material de reparație peste componentele sub presiune fără detaliile furnizate de proiectantul cazanului. Gazele de mare viteză și cenușa zburătoare pot necesita un strat cald mai rezistent la eroziune decât izolația suport protejată.

Cazane pe biomasă și deșeuri lemnoase

Umiditatea combustibilului, dimensiunea particulelor, scoarța, contaminarea și controlul arderii influențează temperatura focarului și formarea depunerilor. Cenușa de biomasă poate conține alcalii, cloruri și alți compuși care favorizează zgurificarea, vitrificarea sau pătrunderea chimică în materialul refractar. Grătarele, zonele de alimentare cu combustibil, vetrele și zonele de evacuare a cenușii sunt supuse și uzurii mecanice. Selectați materialele pe baza analizei combustibilului și cenușii, istoricului de funcționare și examinării căptușelii deteriorate, nu doar după temperatura nominală.

Zonele arzătoarelor cazanelor pe combustibil lichid și gaz

Zonele din jurul arzătoarelor sunt expuse la căldură radiantă concentrată și viteze locale ridicate ale gazelor. Betonul refractar turnabil sau elementul refractar profilat trebuie să păstreze geometria și jocurile specificate de producătorul arzătorului și al cazanului. Modificarea profilului gurii arzătorului poate afecta forma flăcării, recircularea și distribuția căldurii. Investigați fisurarea sau supraîncălzirea repetată folosind datele de punere în funcțiune a arzătorului; o clasă refractară pentru temperaturi mai ridicate nu va corecta o flacără reglată greșit sau care lovește căptușeala.

Reparații la cazane rezidențiale și pe combustibil solid

Masa modelabilă pentru cărămizi refractare și mortarul compatibil pot fi utilizate pentru reparații limitate dacă producătorul echipamentului le permite, iar căptușeala păstrată este solidă. Nu utilizați materiale refractare generice pentru a modifica traseele aerului de ardere, dimensiunile focarului, deflectoarele sau jocurile. Cazanele moderne în condensare și sistemele de ardere brevetate necesită, în mod normal, componente specifice modelului și proceduri de service dedicate, nu materiale refractare aplicate la fața locului.

Selectarea materialelor în funcție de zona cazanului

Temperatura și compoziția chimică a combustibilului și cenușii

Înregistrați mai multe temperaturi în loc să vă bazați pe o singură valoare de reglaj a cazanului: temperatura gazelor de ardere, temperatura locală a stratului cald, temperatura la fiecare interfață a căptușelii și temperatura exterioară a carcasei. Suprafața expusă flăcării poate atinge vârfuri locale care nu sunt indicate de un senzor pentru temperatura medie a gazelor. În schimb, o temperatură nominală de 1600 °C sau 1700 °C a materialului refractar nu înseamnă că funcționarea cazanului la această temperatură este proiectată sau permisă.

Compoziția chimică a cenușii poate fi la fel de importantă ca temperatura maximă. Alcaliile, clorurile, compușii cu sulf, cenușa din combustibil lichid care conține vanadiu și depunerile cu punct de topire scăzut pot reacționa cu căptușeala sau pot pătrunde în aceasta. Condițiile oxidante și reducătoare pot alterna în timpul pornirii, opririi sau arderii necorespunzătoare. Solicitați datele tehnice actuale ale materialului refractar propus și, pentru aplicații industriale solicitante, comparați-le cu analiza de laborator a combustibilului, cenușii, depunerilor sau materialului deteriorat.

Traseele gazelor din aval pot fi mai reci, dar mai agresive chimic dacă metalul sau căptușeala ajunge sub punctul de rouă al acizilor sau al apei. Un material care funcționează într-o cameră de ardere uscată nu este automat adecvat pentru condens acid umed. Stabiliți temperatura și compoziția chimică din fiecare zonă, în loc să utilizați același material pe întregul traseu al gazelor.

Ancore, dilatare și grosimea căptușelii

Ancorele trebuie proiectate în funcție de grosimea căptușelii, densitatea materialului, gradientul de temperatură, temperatura aliajului, distanța dintre ancore, orientarea și mișcarea estimată. Inspectați ancorele păstrate după demolare; oxidarea ascunsă, deformarea sau cedarea sudurilor pot face nesigură o reparație care pare altfel solidă. Adezivul pentru fibre nu înlocuiește fixarea mecanică atunci când sunt necesare ancore.

Prevedeți rosturi de dilatație și interfețe compresibile conform proiectului inițial sau detaliilor unei reparații proiectate. Rosturile de dilatație umplute cu mortar, șnurul comprimat excesiv și peticele rigide aplicate peste interfețele mobile ale țevilor sau carcasei pot transfera tensiunile și pot provoca fisurare ori deplasare. Păstrați jocurile necesare pentru arzătoare, senzori, inspecție și dilatarea țevilor.

Instalare, întărire și uscare controlată

Îndepărtați materialul desprins până la stratul refractar solid și stabiliți dacă deteriorarea este locală sau face parte dintr-o defecțiune mai extinsă. Înregistrați straturile căptușelii, dimensiunile, ancorele, rosturile și deschiderile înainte de demolare. Pregătiți suporturile, instalați cofrajele și protejați componentele sub presiune conform instrucțiunii de lucru aprobate.

Pentru betonul refractar turnabil, măsurați precis apa curată, amestecați cu echipamente curate, aplicați materialul în intervalul de lucru și compactați-l fără segregare. Excesul de apă poate crește porozitatea, contracția și cantitatea de umiditate care trebuie eliminată. Mortarele pentru cărămizi trebuie utilizate la grosimea specificată a rosturilor; acestea nu sunt materiale pentru umplerea golurilor mari. Masa refractară modelabilă necesită aplicare sistematică sau batere pe un suport solid și pregătit corespunzător.

Întărirea și uscarea controlată sunt etape distincte. Materialul cu legare chimică trebuie să dezvolte mai întâi legătura prevăzută, după care umiditatea liberă și cea combinată trebuie eliminate progresiv. Încălzirea rapidă poate genera presiune internă a aburului, fisurare sau exfoliere explozivă. Stabiliți programul pe baza instrucțiunilor produsului, grosimii reparației, volumului total care conține apă, configurației căptușelii, ventilației și limitelor de pornire impuse de producătorul cazanului. O perioadă de uscare la temperatura camerei nu autorizează pornirea imediată la sarcină maximă.

Inspecție și întreținere

• Monitorizați evoluția temperaturii carcasei: comparați valorile în condiții echivalente de sarcină și temperatură ambientală; investigați punctele fierbinți noi sau în extindere.
• Inspectați stratul cald: cartografiați rosturile deschise, cărămizile deplasate, fisurarea, exfolierea, vitrificarea, pătrunderea chimică și pierderea de secțiune.
• Verificați zonele arzătoarelor: identificați impactul flăcării, gurile erodate, modificările de geometrie și deteriorările termice din jurul deschiderilor.
• Evaluați ancorele și interfețele: ancorele expuse, deformate sau corodate și fisurile recurente la interfețele metalice pot indica o defecțiune mai profundă.
• Examinați garniturile: înlocuiți șnurul sau garnitura care s-a întărit, s-a destrămat, a fost comprimată iremediabil sau nu mai asigură închiderea specificată.
• Inspectați separat componentele sub presiune: starea materialului refractar nu confirmă integritatea țevilor, tamburilor, mantalei, colectoarelor sau dispozitivelor de protecție.
• Documentați lucrările: păstrați datele privind lotul produsului, amplasarea, grosimea, cantitatea de apă adăugată, instalarea, întărirea, uscarea controlată și inspecția de după repornire.

Fisurile minore și stabile nu necesită întotdeauna înlocuire imediată, în timp ce o fisură îngustă asociată cu mișcarea, trecerea gazelor fierbinți sau cedarea ancorelor poate fi importantă. Evaluați amplasarea, adâncimea, lățimea, evoluția în timp și starea din spatele stratului cald. Defecțiunile repetate necesită analiza cauzei de bază, nu aplicarea succesivă a unor reparații superficiale.

Siguranța instalațiilor sub presiune și a lucrărilor de întreținere

Pentru cazanele utilizate profesional în Marea Britanie, instalațiile sub presiune care intră sub incidența legislației trebuie să aibă limite de funcționare sigure și o schemă scrisă adecvată de examinare, conform Pressure Systems Safety Regulations 2000. Examinarea legală nu înlocuiește întreținerea curentă, iar întreținerea materialelor refractare nu înlocuiește verificarea instalației sub presiune. Lucrările trebuie coordonate, după caz, cu proprietarul sau utilizatorul cazanului, persoana competentă și producătorul echipamentului.

Înainte de acces sau demolare, izolați și securizați sursele de combustibil și toate sursele de energie electrică, mecanică, termică, hidraulică și sub presiune. Răciți, goliți și aerisiți echipamentul conform unui sistem de lucru sigur aprobat și stabiliți dacă sunt necesare măsuri pentru spații închise și testarea atmosferei. Depozitele de combustibil din biomasă pot prezenta separat riscuri de monoxid de carbon și deficit de oxigen.

Consultați fișele actuale cu date de securitate și efectuați o evaluare COSHH specifică lucrării înainte de tăierea, amestecarea, pulverizarea, măturarea sau îndepărtarea produselor refractare și fibroase. Utilizați metode adecvate de reducere sau extragere a prafului și echipamentele specificate pentru protecția respiratorie, oculară și cutanată. Cazanele și centralele termice vechi pot conține izolații, șnururi, garnituri, învelișuri sau plăci cu azbest; stabiliți prezența azbestului înainte de a interveni asupra materialelor existente.

Întrebări frecvente

Ce material refractar se utilizează în cazane?

Cazanele pot utiliza cărămizi refractare dense sau beton refractar turnabil pentru stratul cald, mortar compatibil în rosturile zidăriei, masă refractară modelabilă pentru reparații definite și fibre în spatele stratului cald pentru izolare sau preluarea mișcărilor. Combinația corectă depinde de proiectul și zona cazanului.

Trebuie să folosesc cărămidă refractară sau beton refractar turnabil într-un cazan?

Zidăria oferă elemente și rosturi controlate, precum și posibilitatea înlocuirii locale. Betonul turnabil formează elemente monolitice în jurul arzătoarelor, ușilor și interfețelor complexe, dar necesită ancorare adecvată, amestecare precisă, întărire și uscare controlată. Multe căptușeli de cazane le folosesc pe ambele.

Betonul refractar turnabil, clasa 1600, este un material izolator?

Este un beton refractar dens destinat stratului expus la căldură și aplicațiilor structurale de căptușire. Temperatura nominală de 1600 °C nu îl face echivalent cu o izolație fibroasă de densitate redusă. Pentru proiectarea stratului izolator utilizați date măsurate sau publicate privind conductivitatea termică.

Pot utiliza în întregul cazan produsul cu cea mai ridicată temperatură nominală?

Nu. O temperatură nominală mai ridicată nu garantează conductivitatea termică, comportamentul la șoc termic, rezistența la abraziune, compatibilitatea cu cenușa sau capacitatea de preluare a mișcărilor necesare. Specificați fiecare zonă pe baza expunerii și funcției mecanice reale.

Care este diferența dintre păturile din fibre pentru 1200 °C, 1260 °C și 1430 °C?

Sunt clase diferite de fibre, cu temperaturi maxime declarate diferite. Selecția necesită și date privind contracția, conductivitatea termică, densitatea, clasificarea și manipularea în regimul continuu prevăzut. Nu selectați produsul doar după temperatura evidențiată.

Pătura din fibre ceramice poate fi expusă direct la flacăra cazanului?

Numai dacă întregul sistem este verificat pentru temperatura locală, forma flăcării, viteza gazelor, compoziția chimică și sistemul de fixare. Pătura flexibilă utilizată cu succes ca izolație suport protejată se poate eroda sau contracta dacă este expusă ca strat cald fără susținere.

La ce se utilizează rigidizantul pentru fibre ceramice?

Acesta întărește suprafața exterioară a fibrelor ceramice compatibile și poate reduce eroziunea superficială limitată. Nu transformă pătura într-un material refractar structural și nu o face adecvată pentru impactul sever al flăcării arzătorului. Temperatura sa declarată este de 1000 °C.

Adezivul pentru fibre ceramice poate înlocui ancorele căptușelii cazanului?

Nu, dacă proiectul necesită fixare mecanică. Adezivul poate susține un detaliu de lipire specificat, însă tipul, aliajul, distanța și instalarea ancorelor trebuie să susțină sarcinile căptușelii și să permită preluarea temperaturii și mișcărilor.

Șnurul pătrat de etanșare din fibră de sticlă poate etanșa ușa unui cazan?

Poate fi adecvat dacă secțiunea, compresia, configurația închiderii și expunerea necesare rămân în limita nominală de 550 °C. Confirmați profilul garniturii specificat de producătorul cazanului și nu îl utilizați într-o zonă mai fierbinte sau expusă direct flăcării fără dovezi tehnice.

Ce mortar refractar trebuie utilizat cu cărămizile refractare?

Corelați mortarul cu compoziția chimică a cărămizii, temperatura, metoda de întărire și grosimea specificată a rostului. Silcas A și Vitset 45 au temperaturi nominale declarate diferite și pot fi destinate unor aplicații diferite. Mortarul este un produs pentru rosturi, nu un înlocuitor pentru grosimea lipsă a cărămizii.

O masă refractară modelabilă poate repara căptușeala fisurată a unui cazan?

Poate repara o zonă definită dacă materialul refractar păstrat, ancorele și suportul sunt solide. Îndepărtați materialul desprins, stabiliți cauza și respectați metoda specificată de pregătire, compactare și încălzire. Nu aplicați petice peste componente sub presiune deteriorate.

De ce se fisurează căptușeala refractară a cazanului?

Cauzele includ ciclurile termice, dilatarea restricționată, excesul de apă la instalare, uscarea prea rapidă, cedarea ancorelor, impactul flăcării, atacul chimic, vibrațiile și mișcarea la interfețele metalice. Lățimea fisurii nu indică singură cauza sau reparația necesară.

De ce este necesar un program de uscare controlată a materialului refractar?

Betoanele turnabile și mortarele rețin umiditate din procesul de instalare. Dacă sunt încălzite prea repede, presiunea aburului poate fisura sau exfolia exploziv căptușeala. Uscarea controlată trebuie adaptată produsului, grosimii, volumului total al reparației, ventilației și restricțiilor de pornire ale cazanului.

Ce provoacă un punct fierbinte pe carcasa cazanului?

Cauzele posibile includ izolația lipsă sau comprimată, rosturile deschise, materialul refractar fisurat, ancorele deteriorate, trecerea gazelor fierbinți și impactul flăcării arzătorului. Comparați temperaturile la sarcini similare, inspectați căptușeala și verificați sistemul de ardere înainte de alegerea unei reparații.

Cazanele pe biomasă necesită un material refractar diferit?

Este posibil. Cenușa de biomasă poate conține alcalii și cloruri, iar variațiile combustibilului influențează temperatura, zgurificarea și depunerile. Grătarele și manipularea cenușii provoacă și uzură mecanică. Utilizați analiza combustibilului și cenușii, precum și istoricul de funcționare, pentru a stabili regimul real de lucru.

Poate o acoperire refractară să prevină toate formele de coroziune a cazanului?

Nu. Performanța acoperirii depinde de suport, aplicare, temperatură și compoziția chimică specifică. Acoperirea pe bază de zircon nu poate proteja componente sub presiune ascunse, compensa condensarea acidă sau reface o căptușeală instabilă structural fără dovezi tehnice justificative.

Repararea materialului refractar asigură conformitatea cazanului cu legislația instalațiilor sub presiune?

Nu. Întreținerea materialelor refractare și conformitatea instalației sub presiune sunt aspecte distincte. Un cazan care intră sub incidența legislației și este utilizat profesional necesită limite de funcționare sigură definite și examinare conform unei scheme scrise adecvate, alături de întreținere curentă și exploatare în siguranță.

Ce informații sunt necesare pentru specificarea căptușelii unui cazan?

Furnizați producătorul și modelul cazanului, tipul cazanului, analiza combustibilului și cenușii, desenele, temperaturile de funcționare și de avarie, datele arzătorului, viteza gazelor, structura căptușelii existente, harta deteriorărilor, starea ancorelor, temperatura-țintă a carcasei, durata disponibilă pentru oprire și condițiile necesare de întărire și uscare controlată.