CN102597685A - 热交换装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造具有至少一个热交换管的热交换装置的方法。所述方法包括：确定至少一个热交换管的峰值热通量区域；以及在所述至少一个热交换管中设置流动增强装置，所述流动增强装置用于在流过所述至少一个热交换管的工艺流体中产生所需流型；其中被设置在所述至少一个热交换管中的所述流动增强装置在所确定的所述至少一个热交换管的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处。

Description

热交换装置及其制造方法

公开领域

本文公开的实施方案一般地涉及烃类裂化(热解)，并且涉及用于在更高的选择性和更长的运行时间下实现烃类裂化的热交换器和方法。

背景

热交换器通常通过经由热交换管的不同插入层的间接热传导的方式用于加热或冷却流体和/或气体的多种应用中。例如，热交换器可用于空调系统、制冷系统、散热器或其他用于加热或冷却的类似系统中，以及如地热发电的处理系统中。作为使用减少的能量促进处理反应的方法，热交换器在石油烃处理方面特别有用。延迟焦化装置、真空加热器和裂化炉是通常用于石油烃处理的热交换装置。

在本领域中已知并使用多种构造用于热交换器。例如，用于热交换器的通用结构是壳管式热交换器，其包括圆柱形壳体，所述圆柱形壳体包裹了一束平行管道。第一流体流过管道，同时第二流体流过管道周围的壳体，这样以使得在两种流体之间交换热。在一些壳管式结构中，遍及壳体并且在管的周围设置挡板，以使得第二流体以特定方向流动，从而优化热传导。用于热交换器的其他结构包括，例如，火焰加热器、套管、板、板翅、板框、螺旋、空气冷却和蛇管热交换器。本文公开的实施方案一般地涉及在热交换装置中使用的热交换管。

通常，热交换管的热传导速率可表示为对流方程：Q＝UAΔT，其中Q是单位时间传导的热量，A是热流有效面积，ΔT是整个热交换器的温差，并且U是基于热流有效面积A的总热传导系数。

在本领域中众所周知的是，可以通过增加热流有效面积A从而提高热传导速率Q。因此，用于增加热传导量通常使用的方法是增加热交换管内表面积的大小。一种这样的方法包括使用多个小直径热交换管，而不是单独的一个较大直径的热交换管。增加管壁的热传导面积的其它方法包括沿管壁添加多种图案、翅片、沟、皱摺、槽、流动增强装置等。通过在流体流中制造湍流，这种表面变化也可以间接增加热传导面积。具体地，湍流流体流动使更高百分比的流体接触管壁，从而提高热传导速率。

例如，U.S.3,071,159描述了一种热交换器管，所述热交换器管具有长的主体，所述主体具有数个从其中伸出并插入热交换器管内的构件，以使得将流体引导至热交换管的管壁附近，并且所述流体具有湍流。例如，U.S.3,885,622、U.S.4,438,808、U.S.5,203,404、U.S.5,236,045、U.S.5,332,034、U.S.5,333,682、U.S.5,950,718、U.S.6,250,340、U.S.6,308,775、U.S.6,470,964、U.S.6,644,358和U.S.6,719,953中描述了其它具有图案的热交换管，所述图案包括沿管壁的翅片、凸纹、沟、槽、凸起和/或插入物。

在本领域中还知道的是，热传导系数U主要是热交换管材料的热导率、热交换管的几何结构以及热交换管内和周围的流体流动条件的函数。这些变量常常是相互关联的，并且因此，可以将它们彼此协同考虑。尤其是，热交换管的几何结构影响流动条件。差的流动条件可能导致结垢，所述结垢为沉积在热交换管的管壁上的不适宜的积累物。增加的结垢量降低热交换管的热导率。因此，通常配置热交换管几何以增加流体流速，并增加流体流中的湍流，以作为打碎和防止结垢的方式。

除降低热交换管的热导率之外，增加的结垢量还可以在整个管中建立压降。热交换管中的压降可能导致为恢复管内压力所需的处理成本增加。此外，压降可能限制流体流速，从而降低热传导速率。

如上所述，向热交换器管壁添加多种图案和插入物是增加热传导面积并提供更多湍流流动，并且从而增加热交换器管的热传导速率的通常实施的方法。然而，这种机械改造的添加需要更高的原料成本、昂贵的制造程序和增加的能源成本(包括加热更多的管材料)。此外，插入物、翅片等可能在某些应用中，如在裂化加热器或延迟焦化装置中导致剥落。

乙烯在世界范围内被大量生产，主要作为用于其他材料的化学结构单元使用。乙烯作为大量中间产物出现在20世纪40年代，当时石油和化工生产企业开始从炼油厂废气分离乙烯，或从由炼油厂副产品流以及由天然气获得的乙烷制备乙烯。

大部分乙烯通过乙烯用水蒸气的热裂化制备。烃裂化一般发生在炉的辐射段中的火焰管式反应器中。在对流段，烃流可以通过与来自炉燃烧器的废气热交换被预热，并且使用水蒸气进一步加热，以将温度升高至初裂温度，取决于给料通常为500-680℃。

预热之后，进料流进入炉的辐射段进入本文称作辐射管的管中。应该明白的是，所描述并要求权利的方法可以在具有任何类型辐射管的乙烯裂化炉中进行。在辐射管中，可以将烃流在受控的停留时间、温度和压力下加热，通常短时间加热至约780-895℃的范围内的温度。进料流中的烃被裂化为更小的分子，包括乙烯和其他烯烃。之后使用不同的分离和化学处理步骤将裂化产物分离成所需的产品。

在裂化过程中形成多种副产物。在所形成的副产物中有焦炭，其可以沉积在炉中管的表面上。辐射管的结焦减少了热传导和裂化过程的效率，并增加了管压降。因此，周期性地达到某个限度，并且需要炉管的除焦。

因为除焦导致生产和装置的热循环上的中断，因此期望非常长的运转周期。已设计出用以延长辐射管运转周期的多种方法。这些方法包括化学添加剂、带涂层的辐射管、改变流型的机械装置以及其他方法。

在延长运转周期上，机械装置或更一般地辐射管流动增强装置是最成功的。这些装置通过将辐射管中的流型改变为“所需流型”以便：增加热传导速率；减少沿管壁的停滞膜的厚度并从而限制导致管的结焦的反应；并且改善辐射管内的径向温度分布；从而增加了运转周期。

然而，这些装置具有一个显著的缺点。这些装置的使用导致辐射管压降的增加，这负面地影响了有价值的裂化产物的产量。产量的这种损失对运行经济性产生显著的影响，并且因此是明显的限制。

发明内容

本发明的目的是，通过在辐射管中一个或多个关键位置放置一个或多个选定的辐射管流动增强装置，以克服由产量损失所引起的限制。直至现在，许多辐射管流动增强装置已被遍及管使用，或者至少在管的一个通道的整个长度中使用。其它的被特定地放置，然而，该位置是任意的或标准化的。本发明设法将这些装置设置在关键的地方，以最大化它们的影响，并最小化所产生的额外的压降。

一方面，本文公开的实施方案涉及制造具有至少一个热交换管的热交换装置的方法，所述方法包括：

确定至少一个热交换管的峰值热通量区域；以及

在所述至少一个热交换管中设置流动增强装置，所述流动增强装置用于在流过所述至少一个热交换管的工艺流体中产生所需流型；

其中被设置在所述至少一个热交换管中的所述流动增强装置在所确定的所述至少一个热交换管的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处。

另一方面，本文公开的实施方案涉及一种改装具有至少一个热交换管的热交换装置的方法，所述方法包括：

确定所述至少一个热交换管的峰值热通量区域；以及

将所述至少一个热交换管中所确定的峰值热通量区域上游的至少一部分替换为流动增强装置，所述流动增强装置用于在流过所述至少一个热交换管的工艺流体中产生所需流型。

另一方面，本文公开的实施方案涉及一种热交换装置，所述热交换装置包括：

至少一个热交换管；以及

设置在所述至少一个热交换管中的流动增强装置，所述流动增强装置用于在流过至少一个热交换管的工艺流体中产生所需流型；

其中被设置在所述至少一个热交换管中的所述流动增强装置在所确定的所述至少一个热交换管的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处。

另一方面，本文所公开的实施方案涉及一种用于制备烯烃的方法，所述方法包括：

在实现烃的热解的条件下使所述烃通过辐射加热室中的热交换管，所述热交换管具有流动增强装置，所述流动增强装置被设置在所述热交换管中用于产生流过所述热交换管的烃的所需流型。

其中所述流动增强装置被选择性地设置在至少一个热交换管中在所确定的所述至少一个热交换管的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处。

从以下说明和所附的权利要求，其他方面和益处将是显而易见的。

附图简述

图1示例了根据本文公开的实施方案的用于制造热交换装置的方法。

图2示例了典型的现有技术的热解加热器的简化截面图。

图3是示例了遍及热解加热器高度的表面热通量曲线的图。

图4是示例了遍及热解加热器高度的表面金属温度曲线的图。

图5示例了根据本文公开的实施方案的用于改装热交换装置的方法。

图6示例了根据本文公开的实施方案的热交换装置的辐射管。

图7示例了根据本文公开的实施方案的用于制造热交换装置的方法。

图8示例了根据本文公开的实施方案的用于制造热交换装置的方法。

图9A和9B示例了可用于本文公开的实施方案中的辐射管插入物。

详述

一方面，本文的实施方案涉及烃类的裂化(热解)。另一方面，本文公开的实施方案涉及用于以更高的选择性和更长的运转周期实现烃类的裂化的热交换器和方法。

如上所述，使用辐射管流动增强装置以促进辐射管内的所需流动剖面，以促进热传导、减少结焦并改善径向温度分布。目前将这类装置遍及辐射管的整个长度放置，或者遍及管的整个长度分布，如在给定长度区间。

现在令人惊讶地发现，与现有的辐射管流动增强装置的布置比较，辐射管流动增强装置在辐射管或辐射管通道的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处的选择性布置可以提供以下各项中的一项或多项：i)增加的或最大化的对有价值的烯烃的选择性和产率；ii)增加的加热器运转周期和生产量；iii)最小化的或减少的辐射管中所使用的流动增强装置的数量；和iv)最小化的或减少的通过辐射管的压降。

如本文所使用的，布置在峰值热通量区域“上游”或峰值热通量区域处是指将流动增强装置设置在辐射管中，以使得由该装置产生的流动曲线延伸通过辐射管的峰值热通量区域。本领域的技术人员将认识到，由辐射管流动增强装置产生的流型存在于该装置中，并且仅在该装置的末端之后延伸有限的距离，并且在管中仅放置一个流动增强装置可能不会产生延伸穿过峰值热通量区域的所需的流型。根据本文所公开的实施方案，选择装置相对于峰值热通量区域的布置，以使得所需的流动区域延伸通过峰值热通量区域，并且这种布置可能依赖于多个因素，所述因素包括辐射管流动增强装置的类型和尺寸(流动增强装置的轴向长度、经过流动增强装置的流道的数目、一个或多个扭转角等)、经过管的烃类和/或蒸汽的流速以及管的直径等。

现在参看图1，示例了一种制造具有至少一个热交换管的热交换装置的方法。在步骤10中，对所给定的热交换装置或者换热器的设计，测定热交换装置的热通量曲线。例如，炉(用于烃类的热解的一种典型的热交换装置)可以具有特定的设计，包括一定数量的燃烧器、燃烧器位置、燃烧器的类型等。这样，基于炉的设计，该炉从而将提供特定的火焰形状(辐射热)和燃烧气体循环曲线(对流热)，使得能够确定炉的热通量曲线。归因于辐射和对流的驱动力，在几乎所有情况下，热通量曲线将随炉的长度和高度变化，并且所确定的曲线将有一个或多个峰值热通量高度(即，炉中热通量最大处的高度)。在步骤12中，基于所确定的热通量曲线，可以将流动增强装置设置在至少一个热交换管中所确定的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处，以促进通过所确定的峰值热通量区域的所需流型。

作为用于制造具有至少一个热交换管的热交换装置的方法的实例，参见美国专利号6,685,893的图1-3，在本文作为图2-4示例。在图2中示例了典型的现有技术的热解加热器的截面。该加热器具有辐射加热区14和对流加热区16。位于对流加热区16的是热交换表面18和20，在该情况下所述热交换表面被示例为用于预热烃进料22。该区域还可以包含用于生产水蒸气的热交换表面。来自对流区的预热过的进料在24处被进料至加热管，所述加热管通常被指定为26，其位于辐射加热区14中。来自加热管26的裂化产物在30处离开。加热管可以是任何想要的构造，包括垂直和水平管，这些在工业中很普遍。

辐射加热区14包括指定为34和36的壁以及底板或炉床42。固定在底板上的是垂直火焰炉床燃烧器46，其沿壁向上，并被提供空气47和燃料49。通常固定在壁上的是壁燃烧器48，所述壁燃烧器48是设计用来产生沿壁分布的扁平火焰形状的辐射型燃烧器，以避免火焰冲击盘管。

在图1的方法的步骤10中，确定用于加热器的热通量曲线。图3显示了步骤10的结果，示例了图2中所示的加热器在两种操作模式下的典型表面热通量曲线，在一种情况下将炉床燃烧器和壁燃烧器都打开，在另一种情况下将炉床燃烧器打开并将壁燃烧器关闭。图4显示了在相同条件下确定的管金属温度。这些图显示出燃烧室下部和燃烧室上部低的热通量和低的金属温度，并显示了最低和最高温度或热通量之间的巨大区别。

对于两种操作模式测定了出现在大约5米高度处的峰值热通量。在步骤12中，可以将辐射管流动增强装置设置在管26的一个或多个热交换管中峰值热通量上游或峰值热通量处，取决于流动方向高于或者低于5米处，以使得由流动增强装置产生的所需流动区域延伸通过一个或者多个管或管通路的峰值热交换区域。

现在参看图5，示例了一种改装具有至少一个热交换管的现有热交换装置的方法。在步骤50中，对给定的热交换装置或热交换器的设计，测定了热交换装置的热通量曲线。例如，炉(可用于烃的热解的一种热交换装置)可以具有特定的设计，包括燃烧器的数量、燃烧器位置、燃烧器的类型等。从而，基于炉的设计，该炉将提供一种特定的火焰形状(辐射热)和燃烧气体循环曲线(对流热)，以使得能够确定炉的热通量曲线。归因于辐射和对流的驱动力，在几乎所有情况下，热通量曲线将随炉的长度和高度变化，并且所确定的曲线将有一个或多个峰值热通量高度(即，炉中热通量最大处的高度)。在步骤52中，基于所确定的热通量曲线，将至少一个热交换管的所确定的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处的至少一部分替换为用于产生所需流型的流动增强装置。

设置在热交换装置中的一个或多个热交换管可以产生通过热传导区域的多个通道。例如，如图2的炉中所示，加热管26可以产生通过辐射加热区14的一个或者多个通道。图6示例了具有通过辐射热区域的四个通道的热交换管126，例如，在烃流在128处进入第一加热管通过多条通道并在130处离开的情况下。可以将热交换管126设置在具有对应于由区域132所示区域的确定的峰值热通量区的炉中。可以将辐射管流动增强装置设置在通过热交换塔的一个、两个或更多个管通道中，其中根据本文所公开的实施方案将一个或多个流动增强装置设置在所确定的峰值热通量区域132上游或峰值热通量区域132处。如图6中所示，基于指定的流动方向，将辐射管流动增强装置134设置在每个管通道中峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处。

如上所述，由辐射管流动增强装置产生的流型仅延伸至有限的距离，并且根据本文所公开的实施方案可以选择流动增强装置相对于峰值热通量区域的布置，以使得所需流动区延伸穿过峰值热通量区域。该布置取决于许多因素，包括辐射管流动增强装置的类型和尺寸(流动增强装置的轴向长度、通过流动增强装置的流动通道的数量、一个或多个扭转角等)、通过管的烃和/或水蒸气的流速以及管径等。

在某些实施方案中，制造或改装热交换装置的方法可以包括额外的步骤以选择流动增强装置合适的或最优化的位置。现在参看图7，示例了一种用于制造具有至少一个热交换管的热交换装置的方法。与图1中的方法相似，在步骤710中，对于给定的热交换装置或热交换器设计，沿着峰值热通量区域确定用于热交换装置的热通量曲线。在步骤720中，可以确定热交换管中由给定的流动增强装置的布置产生的所需流型区的长度。该长度可被用在步骤730中，以选择所确定的峰值热通量区域上游的一个距离，用于在至少一个热交换管中设置流动增强装置，使所需流型区延伸穿过峰值热通量区域。之后在步骤740中可以将流动增强装置设置在确定的峰值热通量区域上游选定的距离处或峰值热通量区域处。

如上所述，除其它因素外，所需流型区的长度可以基于流动增强装置的设计而变化。再次参看图3，假设流体向上流动，如线3A和3B分别所示，具有3米长的所确定的所需流型区的流动增强装置可以位于从约2米至约4.5米的任何地方，从而产生延伸通过峰值热通量区域的所需流型区。所选择的距离取决于管的位置和设计，例如，除其它因素外，必须考虑到管和管支撑结构中的弯曲。

虽然在该范围内放置流动增强装置可以产生可接受的性能提高，另外适宜的是最大化所需流型区的所确定的长度上的热通量。现在参看图8，在步骤810中，对于给定的热交换装置或热交换器设计，与峰值热通量区域一起确定热交换装置的热通量曲线。在步骤820中，可以确定由热交换管中给定的流动增强装置的布置产生的所需流型区的长度。之后可以将该长度用在步骤830中，以确定所确定的峰值热通量区域上游处的距离，从而将流动增强装置设置在至少一个热交换管中，以最大化所需流型区的所确定的长度上的热通量。之后在步骤840中可以将流动增强装置设置在所确定的峰值热通量区域上游的所确定的距离处或峰值热通量区域处。

再次参看图3，并且再次假设流体向上流动，具有3米长的所确定的所需流型区的流动增强装置可以位于从约2米至约4.5米的任何地方。在步骤830中为最大化热通量所确定的距离可以表明，流动增强装置在大约3米高度处的布置可以最大化所需流型区的所确定的长度的热通量。虽然没有示例，可以对于具有不同的所需流型区的所确定的长度的流动增强装置进行类似的分析。

如上所述，在一些实施方案中，可能希望最大化热通量。此外要指出的是热交换装置的性能可能不仅取决于所获得的热传导。例如，对用于烃类热解的炉的性能可以基于多种操作参数考察，如通过一个或多个加热管的压降、对反应产物如烯烃的选择性和/或产率、辐射表面的结垢或结焦速率(关闭之前加热器的运转周期)，以及费用(例如，流动增强装置的数量)等。参看图7和8，可以通过迭代(750、850)重复步骤710、720和730(810、820和830)中的一个或多个，以最优化以下各项中的一项或多项：所需流型区长度上的热通量、所需流型区的长度、流动增强装置的设计以及热交换装置的操作参数。

如上所述，流动增强装置可以在设计上变化。流动增强装置可以将流体流动分成两个、三个、四个或多个通道，可以具有一个或多个约100°至360°的范围内的流动增强装置挡板的扭转角，并且在某些实施方案中在长度上可以从约100mm至整个管长变化，并且在其它实施方案中可以从约200mm至整个管长变化。在其它实施方案中，流动增强装置的长度可以在约100mm至约1000mm的范围内；或者在其它实施方案中为约200mm至约500mm。在某些实施方案中挡板的厚度可以与盘管近似相同。优选地，挡板和将其固定就位的管片的表面具有凹面圆弧或类似的形状，以最小化通过通道的涡流形成、降低流动阻力和压降。例如，可以通过将原材料在真空条件下熔化并精密铸造的方式制造流动增强装置，将流动增强装置模型插入至管片中，并且将所需量的合金倒入至模型中以形成挡板，并且在此过程中模具烧光。可以通过剪贴方式将流动增强装置安装至新的或现有管中。备选地，可通过将焊缝或其他螺旋翅片添加至标准裸管中从而形成流动增强装置。该焊缝可以是连续的或者不连续的，并且可以也可以不超出辐射管的长度。

在图9A(侧视图)和9B(端视图)中示例了辐射管流动增强装置的一个实例。所示的辐射管流动增强装置将流体流动分为穿过流动增强装置的长度的2个流道。该管包括扭转角为近似180°的挡板。

如上所述，流动增强装置可以在用于烃给料的热解(裂化)的炉中使用。烃给料可以是多种典型的裂化给料中的任意一种，所述裂化给料如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、这些气体的混合物、石脑油、瓦斯油等。产物流含有多种组分，所述组分的浓度部分取决于所选择的进料。在传统热解过程中，将气化的给料与稀释水蒸气一起进料至位于火焰加热器内的管式反应器。所需的稀释水蒸气的量取决于所选择的给料；较轻的给料如乙烷需要较少的水蒸气(0.2lb/lb进料)，而较重的给料如石脑油和瓦斯油需要0.5至1.0的水蒸气/进料比。稀释水蒸气具有降低烃的分压和减少裂化炉的渗碳率的双重功能。

在典型的热解过程中，将水蒸气/烃进料混合物预热至恰好低于裂化反应开始的温度，如约650℃。该预热发生在加热器的对流段。之后使混合物通过发生热解反应的辐射段。通常，在热解管中的停留时间在0.05至2秒的范围内，并且将反应的出口温度设定为700℃至1200℃。导致饱和烃转化为烯烃的反应是高度吸热的，因此需要高水平的热输入。该热输入必须发生在升高的反应温度。在工业中一般认为对于大部分给料，并且尤其是较重的给料如石脑油，因为减少了二次降解反应，更短的停留时间会带来对乙烯和丙烯的更高的选择性。进一步认识到的是，反应环境内烃的分压越低，选择性越高。

在热解加热器中，结垢(结焦)速率由金属温度和其对在处理管的内膜内发生的结焦反应的影响决定。金属温度越低，结焦速率越低。在管的内表面上形成的结焦对热传导产生热阻。当管结垢时，为获得相同的过程热输入，炉火焰必须增加，并且外部金属温度必须升高以补偿结焦层的热阻。

由于在高金属温度下的结垢/结焦，炉的峰值热通量区域因而限制了炉和裂化过程的整体性能。本文所公开的实施方案，即在管内所选择的或所确定的位置处设置流动增强装置可以从而提供多种益处。由流动增强装置产生的通过峰值热通量区域的流型可以降低或最小化具有最高的金属温度的管的部分的结垢。作为将流动增强装置布置在重要位置的结果，降低的结垢速率可以允许延长的运转周期。此外，将流动增强装置设置在管中的有限的位置中，例如仅在一个或多个峰值热通量区域的上游或峰值热通量区域处，而非遍布整个管，可以降低或最小化通过管的压降，从而提高选择性、产率和产量中的一个或者多个。运转周期越长，根据本文所公开的实施方案可获得的选择性提高、产率提高和/或产量提高可以从而显著地提高热解过程的经济性。

虽然本公开包括有限数量的实施方案，本领域技术人员在获益于本公开的情况下将认识到，可以设计其他实施方案而不脱离本公开的范围。因此，所述范围不应仅由所附权利要求限定。

Claims (14)

1.一种制造具有至少一个热交换管的热交换装置的方法，所述方法包括：

确定所述至少一个热交换管的峰值热通量区域；以及

在所述至少一个热交换管中设置流动增强装置，所述流动增强装置用于在流过所述至少一个热交换管的工艺流体中产生所需流型；

其中被设置在所述至少一个热交换管中的所述流动增强装置在所确定的所述至少一个热交换管的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处。

2.权利要求1所述的方法，其中所述至少一个热交换管构成多个通道，每个通道具有峰值热通量区域，所述方法包括：

在所述至少一个热交换管的两个以上通道中设置流动增强装置，所述流动增强装置用于在流过所述至少一个热交换管的工艺流体中产生所需流型；

其中被设置在所述至少一个热交换管的两个以上通道中的每个相应的流动增强装置在所确定的所述至少一个热交换管通道的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处。

3.权利要求1或权利要求2所述的方法，所述方法还包括以下各项中的至少一个：

确定所需流型区的长度，所述流型区由所述流动增强装置在所述至少一个热交换管中的布置产生；以及，

基于所确定的所需流型区的长度中的至少一个选择所确定的峰值热通量区域上游的距离以将所述流动增强装置设置在所述至少一个热交换管中，这样；

确定所确定的峰值热通量区域上游的距离，以最大化所需流型区的所确定的长度上的热通量；以及

重复确定长度、选择距离和确定距离中的一个或多个以最优化以下各项中的一项或多项：所述所需流型区的长度上的热通量、所述所需流型区的长度、所述流动增强装置的设计以及所述热交换装置的操作参数。

4.权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中所述流动增强装置具有100°至360°的扭转角。

5.权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中所述流动增强装置将所述热交换管的流动区域分成两个通道。

6.权利要求1-5中的任一项所述的方法，其中所述流动增强装置的轴向长度在约100mm至约1000mm的范围内。

7.权利要求1-6中的任一项所述的方法，其中所述流动增强装置的轴向长度在约200mm至约500mm的范围内。

8.权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中所述流动增强装置包括辐射管插入物。

9.一种改装具有至少一个热交换管的热交换装置的方法，所述方法包括：

确定所述至少一个热交换管的峰值热通量区域；以及

将所述至少一个热交换管的在所确定的峰值热通量区域上游的至少一部分替换为流动增强装置，所述流动增强装置用于在流过所述至少一个热交换管的工艺流体中产生所需流型。

10.权利要求9所述的方法，其中所述的至少一个热交换管构成通过热传导区的多个通道，每个通道具有峰值热通量区域，所述方法包括：

在两个以上通道中将所述至少一个热交换管中在所确定的峰值热通量区域上游的至少一部分替换为流动增强装置，所述流动增强装置用于在流过所述至少一个热交换管的工艺流体中产生所需流型。

11.权利要求9或权利要求10所述的方法，所述方法还包括以下各项中的至少一项：

确定所需流型区的长度，所述所需流型区由所述流动增强装置在所述至少一个热交换管中的布置产生；以及

基于所确定的所需流型区的长度中的至少一个选择所确定的峰值热通量区域上游的距离以将所述流动增强装置设置在所述至少一个热交换管中；

确定所确定的峰值热通量区域上游的距离，以最大化所需流型区的所确定的长度上的热通量；以及

重复确定长度、选择距离和确定距离中的一个或多个以最优化以下各项中的一项或多项：湍流区的长度上的热通量、所述所需流型区的长度、所述流动增强装置的设计以及所述热交换装置的操作参数。

12.一种热交换装置，所述热交换装置包括：

至少一个热交换管；以及

设置在所述至少一个热交换管中的流动增强装置，所述流动增强装置用于在流过所述至少一个热交换管的工艺流体中产生所需流型；

其中被设置在所述至少一个热交换管中的所述流动增强装置在所确定的所述至少一个热交换管的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处。

13.权利要求12所述的热交换装置，其中所述热交换装置包括用于加热热解给料的炉，所述炉包括加热段，所述加热段包括：

加热室；

多个位于所述加热室中的至少一个热交换管；以及

多个燃烧器。

14.一种用于制备烯烃的方法，所述方法包括：

在实现烃的热解的条件下使所述烃通过辐射加热室中的热交换管，所述热交换管具有设置在其中的流动增强装置，所述流动增强装置用于产生流过所述热交换管的烃的所需流型；

其中所述流动增强装置被选择性地设置在至少一个热交换管中在所确定的所述至少一个热交换管的峰值热通量区域上游或峰值热通量区域处。

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