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Ofen zum Erhitzen flüssiger oder gasförmiger Medien
Die Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zum Erhitzen flüssiger oder gasförmiger Medien in Heizrohren, die in dem Heizraum in Reihen angeordnet sind und in ausserhalb des Heizraumes vorgesehenen Sammelleitungen, Verbindungsstücken od. dgl. münden, wobei die Enden der Rohre mit den Sammelleitungen in hohlen geschlossenen Tragbauteilen angeordnet sind, die mit dem Heizraum über mehrere gegen die Aussenluft gasdichte Kanäle oder Leitungen in Verbindung stehen. Insbesondere betrifft die Erfindung Öfen der Bauart, welche man bei der Verarbeitung von Erdölerzeugnissen benutzt,, z. B. um Zwischen-oder Endprodukte auf der erforderlichen Temperatur zu halten, oder um Zwischenprodukte erstmalig oder erneut auf die Umwandlungstemperatur zu erhitzen.
Ein Ofen dieser Bauart, bei dem die Heizrohre senkrecht angeordnet sind, ist z. B. in der USA-Patentschrift Nr. 2, 592, 608 beschrieben. Dieser Ofen von bekannter Konstruktion ist so ausgebildet, dass er im Grundriss einen kreisrunden Querschnitt besitzt. Zwar lässt sich der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung auch bei Öfen dieser allgemeinen Bauart anwenden, doch sieht die Erfindung in erster Linie Öfen mit rechteckiger Grundrissform vor.
Es hat sich gezeigt, dass es bei Raffinerieöfen, insbesondere bei solchen der stehenden Bauart, erforderlich ist, besondere Sorgfalt auf die Befestigung und Abstützung der Heizrohre zu verwenden. Die Heizrohre werden entweder von unten her abgestützt und mit ihrem oberen Ende an einem Führungsorgan be-
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führen der Rohrenden durch die Umwandung des Heizraumes oder eines Befestigungsorganes Schwierigkeiten, die, soweit bekannt, bis jetzt nicht vollständig beseitigt werden konnten. Vor allem ergeben sich Abdichtungsschwierigkeiten, wenn die Rohrenden durch die Decke des Heizraumes geführt werden müssen, denn es sind gleichzeitig Massnahmen erforderlich, um das Material gegen Wärmespannungen und Verformungen zu schützen, d. h., um Ausdehnungsbewegungen des Rohrmaterials und der zugehörigen Abdichtungsplatten zu ermöglichen.
Weiterhin ist es bis jetzt schwierig, wenn nicht unmöglich, bei Verwendung von an ihren oberen Enden aufgehängten Rohren oder Rohrsätzen eine Tragkonstruktion von ausreichender Festigkeit auszubilden, wenn man nicht schwere Stahlprofile benützt, die einen Bestandteil der Tragkonstruktion des gesamten Ofens bilden, an welcher der mittlere Teil der Ofendecke ebenfalls befestigt wird.
Ein Ziel der Erfindung besteht nunmehr darin, eine Konstruktion zu schaffen, bei der sich die vorstehend beschriebenen Nachteile vollständig vermeiden lassen und die darüber hinaus den Vorteil der Billigkeit bietet.
Dies wird gemäss der Erfindung bei einem Ofen der beschriebenen Bauart dadurch erreicht, dass die betreffenden Tragbauteile von der Umwandung des Heizraumes vollständig getrennt sind, so dass diese Tragbauteile aussen von einem mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Raum umgeben sind und gekühlt werden.
Bei Öfen der stehenden Bauart kann man die Heizrohre ebensogut an einem oberen Tragbauteil im oberen Teil des Ofens aufhängen, u. zw. entweder direkt oder indirekt mit Hilfe eines geeigneten Befesti-
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gungsorganes, oder die Rohre können auf einem unteren Tragbauteil abgestützt werden, der unterhalb des
Heizraumes angeordnet ist. Das Tragorgan bzw. das Aufhängeelement erfüllt die Aufgabe eines Lagerele- mentes. Auch bei waagrechten Heizrohren ermöglicht die erfindungsgemässe Konstruktion ebenfalls in sehr zweckmässiger Weise eine Abdichtung des Heizraumes gegenüber der Atmosphäre.
Bei der erfindungsgemässen Konstruktion ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass dadurch, dass der erwähnte Tragbauteil von der Umwandung des Heizraumes vollständig getrennt ist, ein diesen Tragbau- teil umgebender Raum vorhanden ist, der als Kühlkanal verwendet werden kann, so dass dieser Bauteil luftgekühlt ist. In diesem Falle ist die Temperatur der Tragbauteile gleich oder nahezu gleich der Tem- peratur der Wand des Heizraumes, so dass die sich aus der Wärmedehnung ergebenden Schwierigkeiten vollständig vermieden werden. Zweitens werden Undichtigkeiten bzw. Gasverluste, Luftverluste od. dgl., dadurch vollständig vermieden, dass die Tragbauteile und die Kanäle, die die Verbindung mit dem Ofen- raum herstellen, vollständig gegen die Aussenluft abgeschlossen werden.
Drittens wird bei Öfen der verti- kalen Bauart eine besondere Tragkonstruktion überflüssig, weil die Tragbauteile in einfacher Weise an der Ofenkonstruktion befestigt werden können. Ausserdem wird dadurch die Ableitung von Regenwasser er- leichtert, da das Wasser seitwärts abfliessen kann, weil am Ofendach keine seitlich geschlossenen teller- förmigen Räume vorhanden sind.
Der letztgenannte Vorteil ist besonders augenfällig bei einem Ofen, der in der eingangs genannten
USA-Patentschrift beschriebenen Art, weil dadurch ein wesentliches Ersparnis bei den Baukosten eintritt.
Die Kanäle werden vorzugsweise durch Rohrabschnitte gebildet, die einerseits mit einem Heizraum- umwandungsteil und anderseits mit den. Tragbauteilen starr verbunden sind, so dass sie den Heizraum ge- genüber der Atmosphäre gasdicht abschliessen, wobei der Durchmesser der Rohrabschnitte so gewählt ist, dass sich die Enden der Heizrohre mit einem Spielraum durch die Rohrabschnitte hindurchführen lassen.
Bei Öfen mit senkrecht angeordneten Rohren sind vorteilhaft die unteren Tragbauteile unterhalb der Brennstoff- und Verbrennungsluft-Zuführungsleitungen für die in den Boden des Heizraumes eingebauten
Verbrennungsvorrichtungen angeordnet.
Für eine Bauweise, bei welcher senkrecht angeordnete Rohre mit ihren ebenen Enden an einem Trag- bauteil aufgehängt sind, beispielsweise bei einer Rohranordnung, bei welcher die Rohre paarweise mittels eines Umkehr-und Verbindungsstückes kommunizieren, kann das Aufhängen mit Hilfe ringförmiger Bunde erfolgen, welche nahe den Enden der Heizrohre an deren Aussenfläche angeschweisst sind und sich an den oberen Enden der Rohrabschnitte abstützen, welche die erwähnten Kanäle bilden und gleichzeitig den Innenraum des Tragbauteiles gegen den Heizraum abschliessen.
Wenn die Heizrohre mit Hilfe von Krümmern hintereinander geschaltet sind, um Rohrschlangen zu bilden, wobei sich diese Krümmer innerhalb des Heizraumes befinden, haben die Kanäle zum Hindurchführen der Rohrenden oder Befestigungselemente längliche Querschnittsform, so dass man eineRohrschlan- ge als Ganzes aus dem Heizraum entfernen kann, u. zw. durch die zugehörigen Kanäle, nach dem der Trägerbauteil geöffnet worden ist. In diesem Falle können die Anschlussenden einer senkrecht angeordneten Rohrschlange bildenden Heizrohrenden durch den Kanal hindurchgeführt werden, sie können nahe ihrem Ende mit einem angeschweissten ringförmigen Bund versehen sein, mittels dessen sie sich am oberen Rand der Kanalwand abstützen, um in ihrer Lage gehalten zu werden, und man kann im Herdraum an einen oder mehrere Krümmer Befestigungselemente, z. B.
Hängelaschen, anschweissen, die ebenfalls durch den Kanal hindurchgeführt werden, und am oberen Ende mit Öffnungen versehen sind, so dass die Rohrschlange zusätzlich durch Querkeile getragen wird, welche sich durch jede dieser Öffnungen erstrekken und sich gleichzeitig an den Rändern der Kanalwand abstützen. Als Abdichtung kann man eine geeignete Isolierung vorsehen.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigt Fig. l in einer teilweise als senkrechten Schnitt gezeichneten Seitenansicht einen erfindungsgemässen Ofen. Die Fig. 2 und 3 zeigen in grösserem Massstab und jeweils in einem senkrechten Teilschnitt Einzelheiten der Konstruktion von Teilen des Ofens nach Fig. 1. Fig. 4 zeigt in einem senkrechten Teilschnitt eine andere Ausbildungsform der Aufhängung zum Befestigen der Heizrohre.
- In Fig. 1 erkennt man den unteren Teil eines stehenden Industrieofens, wie er in Raffinerien zur Verarbeitung von Erdölerzeugnissen benützt wird, teilweise in einem senkrechten Schnitt und teilweise in einer Seitenansicht.
Gemäss Fig. 1 ist der Unterbau des Ofens mit 1 bezeichnet, und dieser Unterbau trägt mehrere Abschnitte der Ofenwand. Diese Abschnitte sind mit 2, 3, 4 und 5 bezeichnet und sind im wesentlichen von gleichartiger Konstruktion. Dabei handelt es sich um getrennt vorgefertigte Wandbauteile mit einer ge-
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;oberen Ende des Rohrabschnittes 24 abstützt. Diese Anordnung gewährleistet auch eine einwandfreie Ab- dichtung des Ofenraumes gegen die Atmosphäre, u. zw. selbst dann, wenn man eine Deckplatte 28 des
Tragbauteiles 23 entfernt, z. B. bei der Prüfung des Zustandes der Verbindungsstücke 2r in dem Raum 29.
Während des Betriebes, d. h., wenn der Tragbauteil 23 in der normalen Weise geschlossen ist, ist somit unter allen Umständen eine vollständige Abdichtung gewährleistet. Es ist sogar möglich, an den
Raum 29 eine Druckluftquelle anzuschliessen, um in dem Raum 29 einen gewissen Überdruck gegenüber dem Ofenraum aufrecht zu erhalten. Dies kann für die Vermeidung von Wärmeverlusten von Bedeutung sein, wenn die Verbrennungsgase, die im allgemeinen immer noch eine ziemlich grosse Menge an Wär- meenergie enthalten, für eine weitere Wärmeübertragung verwendet werden, nachdem sie den Heiz- raum 14 bzw. eine der übrigen Heizzonen verlassen haben, wobei Leckverluste möglichst verhindert wer- den sollen.
Aus den Heizräumen, in denen die Wärme hauptsächlich durch Strahlung übertragen wird, können die Heizgase in einen oder mehrere weitere nachgeschaltete Räume geleitet werden, in denen die Wär- meübertragung durch Konvektion erfolgt, und es besteht dabei die Möglichkeit einer vollständig freien
Wahl bezüglich des Mediums das in diesen Räumen in den Rohrschlangen oder Rohrbündeln erhitzt wer- den soll.
Wenn die Abdeckung 28,38 der oberen Tragbauteile nicht völlig abschliesst, dann können Abgase durch den Raum 29,39 entweichen und die Temperatur kann dann soweit fallen, dass der Taupunkt dieser
Gase erreicht wird, was zu Korrosionen führen kann. Durch Einleiten von Druckluft in den Innenraum des
Tragbauteiles werden die Gase von diesem Innenraum ferngehalten.
Zwischen dem Tragbauteil 23 und der Ofendecke 21,22 ist ein Kanal 27 vorgesehen, der als Kühl- kanal wirkt, durch den atmosphärische Luft strömt, so dass Gewähr dafür besteht, dass die Temperatur des Tragbauteiles annähernd diegleiche istwie diederOfenwand, wodurch die sich aus der Wärmedehnung er- gebenden Schwierigkeiten vermieden werden. Zwar wird auch ein kleiner Teil des Rohrabschnittes 24 gekühlt, was theoretisch tatsächlich unerwünscht ist, doch ist die Wirkung dieser Tatsache in der Praxis vemachlässigbar gering.
Es wird nur ein sehr kurzes Stück des Rohrabschnittes gekühlt, und ausserdem erstreckt sich das Heizrohr mit einem Spielraum durch diesen Rohrabschnitt, so dass eine isolierende Schicht aus heissem Gas am Umfang des Rohres vorhanden ist und einer Abkühlung des erhitzten Mediums innerhalb des Rohres entgegenwirkt. Es ist jedoch wichtiger, eine übermässige Abkühlung der Abgase zu verhindern, da andernfalls die erwähnten Korrosionserscheinungen auftreten würden.
. Fig. 3 ist eine der Konstruktion nach Fig. 2 ähnliche Konstruktion dargestellt, die jedoch zum Aufnehmen der beiden in der Mitte des Ofenraumes angeordneten Reihen von Heizrohren bestimmt ist.
Ein mittlerer Teil 30 der Ofendecke, die mit der Deckenkonstruktion 21 nach Fig. 2 aus einem Stück bestehen kann, besitzt eine aufrecht stehende Seitenwand 31 auf der linken Seite, die ebenfalls mit dem Wandabschnitt 22 zusammenhängen kann. Diese Teile können zusammen die zylindrische Wand eines Auslasskanals für die den Heizraum 14 verlassenden Verbrennungsgase bilden. Eine weitere aufrecht stehende Wand 32 bildet einen entsprechenden Bestandteil eines Kanals zum Abführen der Verbrennungsgase aus dem benachbarten Heizraum 14a. Alle Enden der Heizrohre in den beiden Reihen, die sich in der Mitte des Ofenraumes befinden und Rücken an Rücken angeordnet sind, werden von dem Tragbauteil aufgenommen. In Fig. 3 erkennt man das Heizrohr 13 zusammen mit dem benachbarten Heizrohr 13a der zweiten mittleren Reihe.
Die Konstruktion weist ferner Rohrabschnitte 34 und 34a, Verbindungsstücke 35 und 35a sowie an die Rohre angeschweisste Bunde 36 und 36a auf. Ein Kühlkanal 37 trennt den Tragbauteil 33 von der Ofenwand 30, 31, 32.
Die Enden des Tragbauteiles33 werden ebenso wie diejenigen des Tragbauteiles 23 nach Fig. 2 so unterstützt, dass diese Bauteile von der Ofenwand 20 getragen werden und man daher keine gesonderte Rahmenkonstruktion benötigt.
Schliesslich zeigt Fig. 4 eine Konstruktion, bei der die Heizrohre so miteinander verbunden sind, dass sie Rohrschlangen innerhalb eines Heizraumes bilden. In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 40 den obersten Abschnitt der Ofenwand, der die Ofendecke 41 mit einem aufrecht stehenden Teil 42 trägt, bei welchem es sich um die Seitenwand eines Auslasskanals für die den Heizraum 43 verlassenden Verbrennungsgase handelt.
Nahe der Ofenwand ist eine Reihe von Heizrohren 44 angeordnet, die so miteinander verbunden sind, dass sie eine Rohrschlange bilden. Zu diesem Zweck sind die einzelnen Rohre paarweise durch Krümmer miteinander verbunden. Ferner ist ein geschlossener Tragbauteil 45 vorgesehen, der ähnlich wie bei den schon beschriebenen Konstruktionen von der Ofenwand 41 vollständig getrennt und mit dem Ofenraum 43
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über Rohrabschnitte 46 in Verbindung steht. Eine Deckplatte 47 stützt sich am oberen Rand jedes Rohrababschnittes 46 ab, wobei der Rohrabschnitt im vorliegenden Falle keinen zylindrischen Querschnitt, son- dern eine längliche Querschnittsform besitzt. Die Länge dieses Querschnittes ist so gewählt, dass man einen vollständigen Heizrohrabschnitt über den so vorhandenen Schlitz aus dem Ofenraum 43 entfernen kann.
Ein Befestigungselement 48, z. B. eine Lasche, ist an die Oberseite des Krümmers zwischen je zwei Rohren angeschweisst, und dieses Befestigungselement hat eine Öffnung bzw. einen Schlitz 49, in den man einen Keil oder Bolzen einführen kann, der sich mit seinen Enden an der Deckplatte 47 abstützt, um so das Rohr zu tragen. Der Raum 50 zwischen dem Rohrabschnitt 46 und dem Befestigungselement 48 ist mit einem Isoliermaterial gefüllt, das von einem Mantel aus Metall umschlossen ist, um das Entfernen des Isoliermaterials zu erleichtern, wenn ein Satz von Rohren überprüft oder instandgesetzt werden muss.
Das Ende einer Rohrschlange wird durch die in dem Tragbauteil mündenden Rohrenden gebildet, wobei die Anordnung und die Verbindungen der an Hand von Fig. 2 beschriebenen Konstruktion entsprechen.
Die Erfindung bietet besondere Vorteile, weil sich die Heizrohre oder Sätze von Heizrohren leicht nachprüfen und auswechseln lassen. Ausserdem können die Rohre auf einfache Weise eingebaut werden, so dass sich eine billige Konstruktion ergibt. Hieraus ergeben sich sehr erhebliche wirtschaftliche Vorteile sowohl bezüglich des Kapitalaufwandes für den Bau solcher Öfen als auch bezüglich des Betriebes und der Wartung.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ofen zum Erhitzen flüssiger oder gasförmiger Medien, insbesondere zur Verarbeitung von Erdölprodukten in Heizrohren, welche im Heizraum in Form von Reihen angeordnet sind und in ausserhalb des Heizraumes angeordnete Verbindungsstücke oder ähnliche Konstruktionen münden, wobei die Enden der Heizrohre zusammen mit den Verbindungsstücken in hohlen, gegen die Aussenluft abgeschlossenen Tragbauteilen befestigt sind, die mit dem Heizraum über mehrere gegen die Aussenluft gasdichte Kanäle in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragbauteile (23 ; 33 : 45) von der Umwandung (20, 21, 22 ; 30,31, 32 ; 40,41, 42) des Heizraumes (14 ;
14a ; 43) vollständig getrennt sind, so dass die Trag bauteile aussen von einem mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Kühlraum (27 ; 37) umgeben sind.