CN103189707A - 利用换热器管的装置和方法 - Google Patents

Abstract

在一个方面，本技术包括一种换热装置，它包括：a）本体，该本体形成内部空腔，所述本体包括：第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面确定了所述本体的至少一部分，其中，所述第一表面相对于内部空腔和相对于所述第二表面位于外部，且所述第二表面位于所述内部空腔外部，位于所述第一表面内部；b）第一导管，用于将流体传送给所述本体；c）第二导管，该第二导管与所述第一导管流体连通，其中，所述第二导管至少局部位于所述本体的所述内部空腔中；以及d）在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，所述接头根据在内部空腔中的温度而在第一位置和第二位置之间运动，其中，第一位置和第二位置中的至少一个在所述第一表面和所述第二表面的中间。

Description

利用换热器管的装置和方法

优先权的交叉引用

本申请要求美国专利申请No.12/762910的优先权，该美国专利申请的申请日为2010年4月19日，该文献的内容整体被本文参引。

技术领域

本申请涉及换热装置，例如可以用于与被传送通过装置本体内的管形装置的流体进行直燃式换热（向流体供热或从流体吸热），其中，本体包括另一换热介质、热源或冷源。在一个示例用途中，本技术涉及在管形系统内传送要加热的流体的装置，因此，这些管将来自一个温度系统（例如装置的外部）的流体传送至装置的相对不同（例如更高）温度部分中，例如送入燃烧室区域，以便加热流体。在另一示例实施例中，本技术涉及烃裂化炉。

背景技术

在换热装置中，管相互流体连通，并用于传送流体通过装置，用于加热或冷却被传送的流体。在某些用途中，可能希望将位于装置的相对极端的热区域中的一个或更多个管与位于装置内或装置外的相对不那么极端的热区域中的一个或更多个管连接，这样，热膨胀和/或收缩可能使得管之间的接头运动，或者在该接头上施加相对较大应力。例如，在烃蒸汽裂化炉中，管布置成使得供料从燃烧室外部通入和经过燃烧室，然后从燃烧室出来通至骤冷系统。由于在处理中的温度差以及可能地管内的供料的内部压力，管受到热膨胀和热应力。因此，管被布置成尽可能减小在各处的热应力。连接这些管的接头可能特别容易受到应力损坏。因此，想要维持合适性能特征可能是一种挑战。对于接头的完整性，强度和/或防止意外破裂或泄露，可能需要专门的预防措施。这些管形连接件或接头也可能涉及专用连接装置，例如专用连接配件，或者包括冗余连接机制，例如螺纹和焊接。当泄露可能特别危险时，例如有起火或有毒物质释放的危险时，可能希望将接头定位在装置外壳的范围内，这样，任何可能的泄露都可以在高热区域（例如燃烧室或辐射加热部分）中消耗、氧化或者热解。

一种示例换热装置是烃蒸汽裂化炉。蒸汽裂化热解是在乙烯和丙烯生产中使用的主要处理。蒸汽裂化通常在直燃式管形反应器中进行。挥发性烃供料（例如乙烷、石脑油、轻油和粗馏分）在存在蒸汽时将被快速加热，以便生产乙烯、丙烯和其它产品物质。蒸汽裂化处理通常包括将供料流体从低温区域（炉外部）传送至高温区域（炉内部）并通过该高温区域，然后从高温区域出来进入另一低温区域（炉外部）。

在这种处理中的一个处理变量是反应器停留时间。例如，当在辐射盘管（例如管或多个管或管形件）中的反应时间保持尽可能短时，较大部分的烃供料被转变成乙烷和丙烷。停留时间的工业标准测量是经过辐射燃烧室中的管以及通向骤冷单元的排出管所需的时间。用于减少停留时间的一种普通方法是通过使用高强度钢，该高强度钢能够承受较高热通量，因此能够使用减小的盘管长度和表面面积。示例材料包括锻造或铸造高合金奥氏体不锈钢。另一普通方法是使用较短长度的炉盘管设计。为了避免超过辐射管热通量和/或温度限制，当盘管长度减小时，并行地使用较大数目的较小直径盘管，原因是较小直径盘管具有比较大直径管更大的表面面积-容积比。

关于冶金的限制阻碍了炉停留时间的进一步减少。通常用于乙烯炉的辐射盘管和非燃烧绝热区域的奥氏体钢具有高达1100-1150℃的合理高温强度，并可使用已经很好证明的技术来焊接。不过，奥氏体钢的缺点是管和配件的内表面催化积碳沉积（例如积炭）。当生成这样的积炭层时，它绝热化处理气体，这导致管壁温度升高，以便提供足够热量用于进行反应。最终达到管壁温度极限，炉将停止使用以便进行除焦。因此，当给定材料能够在例如高达1100℃的温度下工作时，对于允许的温度升高，炉设计被限制为大约1020℃的“清洁盘管”管壁温度。这种限制约束了盘管中的停留时间可以设计为多短以及在给定几何尺寸的盘管中能够处理多少供料。

尽管积焦形成还有其它成因，但是表面催化积炭通常认为是积炭形成的主要原因，特别是对于轻气体供料，例如乙烷。当表面温度升高时，表面催化积炭率增大。因此，奥氏体不锈钢辐射管材料的温度限制和积炭（该积炭至少部分由于在管表面处产生的催化反应而形成）有效组合而防止设计人员将停留时间降低至低于大约0.10秒。这也设定了能够由炉获得的最大乙烯产量的限制。

当积炭现象可以消除或大大降低时，炉可以被设计为用于更高的“运行开始”或“清洁壁”管金属温度，因此能够有更短的反应时间和因此更高的产品产量，还可以通过给定的辐射盘管设计而有更高的处理供料速率。这样的改进可以通过使用由内表面不会催化积炭的材料来制造的辐射管来实现。此外，当使用的辐射管材料可以在与当前的奥氏体不锈钢相比更高的温度下工作时，盘管长度和停留时间甚至可以被更加缩短，从而导致甚至进一步提高乙烯产量。

为了减少积炭的形成，可以使用抗表面催化积炭的陶瓷管。不过，陶瓷材料和形成氧化铝的一些金属（不是氧化铬层）有相对较低的延展性并且较脆，因此易于产生裂纹和泄露。而且，它们不能在没有开裂或破碎趋势的情况下承受极快的冷却。因此，使用这些材料只是在炉的辐射燃烧室内部可接受，在辐射燃烧室内部，任何泄露都将包含在内衬有耐火材料的外壳板内并被氧化。在炉的辐射部分的外壳板外部，这样的材料使用是不可接受的。在辐射部分外部（辐射部分进口或出口）的任何泄露都可能立即导致起火，因为烃材料在这些位置处的处于高于它的自燃温度的温度。因此，位于辐射燃烧室外部的辐射部分进口和辐射部分出口由延展性更好的材料来构成，例如现有的高合金奥氏体不锈钢，以便减少泄露和起火的危险。

将低积炭催化辐射盘管与奥氏体的进口和出口连接是主要挑战。将氧化铝前体焊接在奥氏体不锈钢上（当可能时）经常导致与奥氏体材料的强度相比具有明显降低的高温应力破裂强度的焊接接头。这样的接头不能有足够强度来承受在热解炉的辐射部分内部经历的高温。因此，这些接头可能使用复杂螺纹接头来用于机械强度，同时使用密封焊接来用于气密。由于明显的热膨胀系数差，使得陶瓷与奥氏体不锈钢连接也有较大的工程挑战。这又导致使用并不很好地适用于辐射部分的高温的复杂机械接头或低强度铜焊技术。

在一个方面，需要一种换热装置，它便于保持在装置的高热区域外壳内的敏感管接头连接，同时还防止该连接免受可能在操作状态下遇到的任何高温或极端温度的损害，该高温或极端温度可能损坏该连接接头。

还需要一种烃蒸汽裂化炉，该烃蒸汽裂化炉包括辐射管，该辐射管由并不催化形成积炭的材料来制造，所述辐射管可靠和安全地与在辐射燃烧室外部的奥氏体不锈钢进口和/或出口部分连接。

发明内容

本发明的一个或多个实施例涉及换热装置，例如可以用于与通过管形装置传送的流体进行直燃换热（向流体供热或从流体吸热），或者其它相对高温的用途。在一个示例用途中，本技术涉及用于在管形系统内传送要加热的流体的装置，因此，这些管将流体从一个温度系统（例如装置的外部或从装置的较低温度区域）传送至装置的相对较高温度部分中，例如送入燃烧室区域，以便加热流体。在另一示例实施例中，本技术涉及蒸汽裂化炉。在另一示例用途中，本技术涉及用于连接管系统的一部分的方法，而并不使得关键的管形接头暴露于高温区域的热中和暴露于环境中（在该环境中，泄露可能产生不希望的危险，或者以其它方式而不能容忍在其中存在连接）。

在一个实例中，本技术涉及用于使得辐射管与奥氏体不锈钢部件连接的方法和设备，该辐射管具有不容易在管中催化积炭形成。在其它非限定实例中，本技术包括用于使得这些辐射部分管与其它相关管连接的方法和设备。

在另一方面，本技术涉及蒸汽裂化设备及其制备方法，包括但不局限于蒸汽裂化炉、蒸汽裂化辐射部分装置、辐射裂化盘管、辐射盘管连接装置和/或相关设备以及用于制备和/或使用它的方法。在其它方面，本技术包括用于使得辐射盘管部件与奥氏体不锈钢部件连接的设备和方法，该辐射盘管部件具有不容易催化内表面积炭形成。

在还一方面，本技术包括一种蒸汽裂化炉，例如可以用于生产烯烃，其中，辐射盘管由具有并不催化积炭形成的内表面的材料来制造，该辐射盘管与高强度钢管和/或管部件连接。抗积炭管材料可以包括各种陶瓷和/或金属材料。示例金属材料可以包括但不局限于在它们的内表面上并不形成氧化铁、氧化镍或混合氧化物（包含氧化铁或氧化镍）的金属材料。预计这样的材料优选地可以在蒸汽裂化条件下在盘管的内表面上形成稳定的Al₂O₃或稳定的SiO₂层。

在其它实施例中，本技术包括使得连接抗积炭（例如Al₂O₃或SiO₂形成）辐射盘管材料与奥氏体不锈钢进口或出口部分的连接件位于辐射燃烧室外壳的范围内部，但是当盘管处于工作温度时在暴露的辐射燃烧室的外部。

在还一方面，本技术可以包括换热装置，该换热装置包括：a）本体，该本体形成内部空腔，所述本体包括：第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面确定了所述本体的至少一部分，其中，所述第一表面相对于内部空腔和相对于所述第二表面位于外部，且所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间；b）第一导管，用于将流体传送给所述本体；c）第二导管，该第二导管与所述第一导管流体连通，其中，所述第二导管至少部分位于所述本体的所述内部空腔中；以及d）在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，所述接头根据在内部空腔中的温度而在第一位置和第二位置之间运动，其中，第一位置和第二位置中的至少一个在所述第一表面和所述第二表面的中间。本技术的其它方面可以包括换热装置，其中：第一导管包括奥氏体不锈钢；以及第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷材料；当第二导管处于至少700℃、至少900℃、至少1000℃或者至少1020℃的管金属温度时，接头位于第一壁和第二壁中间。在一些其它实施例中，第一表面可以是第一壁，而第二表面可以是第二壁。此外，第一壁和第二壁可以由类似的材料形成，或者各自可以由不同材料形成。

在还一方面，本技术可以包括一种烃裂化单元，它包括：a）炉，该炉有由炉外壳和燃烧室壁形成的内部空腔，其中，所述炉外壳相对于所述内部空腔在外部，所述燃烧室壁位于所述炉外壳和内部空腔之间；b）第一导管，该第一导管包括奥氏体不锈钢；c）第二导管，该第二导管包括内表面，所述第二导管至少部分位于所述燃烧室内；以及d）在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，根据在内部空腔中的温度，所述接头在第一位置和第二位置之间运动，其中，所述第一位置和所述第二位置中的至少一个在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间。在一些实施例中，当第二导管处于至少700℃的管金属温度时，接头位于燃烧室壁和炉外壳的中间。

附图说明

图1表示了根据本技术使用“U形”盘管的炉的简化示例实施例。

图2表示了根据本技术使用单通盘管的炉的简化示例实施例。

具体实施方式

在换热装置中，可能希望将定位在装置的最热区域中的一个或更多个流体传导管与定位在装置的相对较低温度区域中的一个或更多个管连接。两种管都用于传送流体通过该装置，目的是加热或冷却所传送的流体。连接这些管的接头在接头强度和/或防止从接头意外泄露方面可能特别关键或值得采取专门的预防措施。这样的接头可以包括专用连接装置，例如专用连接配件，或者包括冗余连接机制，例如螺纹和焊接。在泄露可能特别危险（例如有起火危险或有毒性）的很多情况下，可能希望将接头定位在装置外壳的范围内，这样，任何可能的泄露都可以在高热区域（例如燃烧室）内被消耗、氧化或热解。由于热膨胀，要考虑环境条件和工作条件下接头的位置。

根据本技术的实施例的装置和方法可以特别由于多种换热装置，包括但不局限于换热器、炉、热解反应器、催化反应器、锅炉、直燃式加热器、以及其它耐火用途。在很多这样的用途中，管中的流体通过换热装置被加热。装置和方法也可以用于冷却处理，例如但不局限于制冷装置或其它换热器（管内的流体通过该换热器被冷却），它们在后面进一步介绍。在这些用途中，还可能希望将一个或更多个管形连接件限制在装置外壳内，同时还防止该装置直接暴露于冷或相对更凉的装置环境温度。本技术包括并可用于加热和冷却类型的管形换热用途。

用于加热管内的流体的一种示例换热装置是烃蒸汽裂化炉。蒸汽裂化热解是在工业中生产乙烯和丙烯时使用的主要处理。蒸汽裂化通常在直燃式管形反应器中进行。挥发性的烃供料（例如乙烷、石脑油、轻油和粗馏分）在存在蒸汽的情况下被快速加热，以便生产乙烯、丙烯和其它产品物质。该处理中的一个处理变量是停留时间。当辐射盘管反应时间尽可能短时，较大部分的烃供料被转变成乙烯和丙烯。用于减少停留时间的一种方法是通过使用能够承受更高热通量的高强度钢，因此能够使用减小的盘管长度和表面面积。示例材料包括但不局限于锻造或铸造高合金奥氏体不锈钢。

另一普通方法是使用较短长度的炉盘管（管）设计。为了避免超过辐射管热通量和温度限制，当盘管长度减小时，并行地使用较大数目的较小直径盘管（较小直径盘管具有比较大直径管更大的表面面积-容积比）。在工业中的热解炉辐射盘管通常为50-70英尺（15.24-21.34m）的长度，且内径低至1.75-2.25英寸（4.45-5.72cm），从而提供大约0.20秒的停留时间。这种盘管通常两次通过辐射燃烧室。这样的盘管通常（但不必须）布置成“U形”，它将在关于本技术的实施例的图1中进一步介绍。在商业用途中选择性最高的盘管使用大约35-45英尺（10.67-13.72m）长度的盘管，且内径在1.25-1.75英寸（3.18-4.45cm）的范围内。这样的设计获得低至0.10-0.15秒的停留时间。这样的盘管通常称为“单通”盘管，因为它们单次通过热解炉的辐射加热/反应部分，这将在对于本技术的实施例的图2中进一步介绍。用于减少停留时间的另一普通方法是使用在管的内部具有扩展的传热表面的盘管。通过增加每英尺管长度的有效传热表面积，相同的炉传热功效能够在较短的盘管中实现，同时仍然在辐射管材料的温度限制内。通过使得扩展的内部传热管与“单通”辐射盘管设计相结合，停留时间能够低至0.08-0.11秒。

关于冶金的限制阻碍了炉停留时间的进一步减少。通常用于乙烯炉的辐射盘管和非燃烧绝热区域的奥氏体钢有高达1100-1150℃的合理高温强度，并可使用已经很好证明的技术来焊接。不过，奥氏体钢的缺点是管和配件的内表面催化积碳沉积（积炭）的产生。当生成这样的积炭层时，它绝热化处理气体，这导致管壁温度升高，以便提供足够热量用于进行反应。最终达到管壁温度极限，炉将停止使用以便进行除焦。因此，当给定材料能够在例如高达1100℃的温度下工作时，对于允许的温度升高，炉设计被限制为可能1020℃的“清洁盘管”管壁温度。这种限制约束了盘管中的停留时间可以设计为多短以及在给定几何尺寸的盘管中能够处理多少供料。术语“盘管”、“管形件”、“导管”和“管”可以在这里可互换地使用。

尽管积炭形成还有其它成因，但是管表面催化积炭通常认为是积炭形成的主要原因，特别是当裂化较轻气体供料例如乙烷时。当表面温度升高时，表面催化积炭率增大。因此，奥氏体不锈钢辐射管材料的温度限制和积炭（该积炭至少部分由于在管表面处产生的催化反应而形成）有效组合而阻止设计人员将停留时间降低至低于大约0.10秒。这也设定了能够由炉获得的最大乙烯产量的限制。

当积炭现象被消除或大大降低时，炉可以设计为用于较高的“运行开始”或“清洁壁”管金属温度，因此能够有更短的反应时间和因此更高的产品产量，还可以通过给定的辐射盘管设计而有更高的处理供料速率。这样的改进可以通过使用由内表面不会催化积炭的材料制造的辐射管来实现。此外，当使用的辐射管材料可以在与当前的奥氏体不锈钢相比更高的温度下工作时，盘管长度和停留时间甚至可以更加缩短，从而导致甚至进一步提高乙烯产量。

还有，关于蒸汽裂化炉的设计和操作的另一特征是使用稀释蒸汽。供料与稀释蒸汽相组合，之后混合物进入炉的辐射或反应盘管。根据进行处理的进料，稀释蒸汽可以根据辐射供料速率而以0.2-1.0的重量比来使用。稀释蒸汽在蒸汽裂化中至少用于以下三个目的：1）降低在反应盘管中的烃分压，并合适地增加对轻烯烃的选择度；2）降低由于热裂化温度而积炭率，该热裂化温度是与由炉盘管的表面催化形成积炭不同的积炭机制；以及3）蒸汽在辐射盘管中产生小的氧分压，这又帮助奥氏体不锈钢（盘管由该奥氏体不锈钢制造）在管的内部保持氧化铬（Cr₂O₃）层，并因此减小表面催化积炭形成率。不幸的是，高稀释蒸汽比率随之带来增加的能量成本，并增加了设备尺寸和水处理设备。对稀释蒸汽比率能够以多低来成功操作的限制大致与增加积炭率和保持管内表面Cr₂O₃层的增加的难度的因素相关联。

具有低催化积炭趋势的材料落入以下两种中的一种内：1）氧化铝前体；以及2）二氧化硅前体和陶瓷。这些材料具有低的表面催化积炭趋势，因为它们能够在盘管内表面上形成稳定的Al₂O₃或SiO₂层。这些层对于催化积炭相对惰性，还提供了抗渗碳性。而且，与Cr₂O₃层相比，Al₂O₃层对于较低氧分压保持稳定，因此能够使用较低的稀释蒸汽比率。还由试验可知，陶瓷（石英）管将阻止表面催化积炭形成。特别是，氧化铝前体或二氧化硅前体可以用在奥氏体不锈钢管上，以便降低管中的表面催化积炭，或者降低管氧化（管氧化是高温的现象）。在冷/低温用途中，换热器中的不锈钢管可以使用普通不锈钢与不锈钢焊接。

不过，陶瓷材料和一些氧化铝前体有非常低的延展性和较脆，因此于产生裂纹和泄露。而且，这些材料不能在没有开裂或破碎趋势的情况下承受极快的冷却。因此，使用这些材料只是在炉的辐射燃烧室内部可接受，在炉的辐射燃烧室内部，任何泄露都将包含在内衬有耐火材料的外壳板内并氧化。也就是，在炉的辐射部分的外壳板外部使用是不可接受的，因为可能泄露。例如，在辐射部分外部（辐射部分进口或出口）的泄露可能立即导致起火，因为烃材料在这些位置处高于它的自燃温度。因此，位于辐射燃烧室外部的辐射部分进口和辐射部分出口由延展性更好的材料来构成，由例如现有的高合金奥氏体不锈钢构成，以便减少泄露和起火的危险。

将高强度或低积炭催化辐射盘管与奥氏体的进口和出口连接成为挑战。将氧化铝前体焊接在奥氏体不锈钢上（当可能时）经常导致与奥氏体材料的强度相比具有明显降低的高温应力破裂强度的焊接接头。这样的接头不能有足够强度来承受在热解炉的辐射部分内部经历的高温。因此，这些接头可能使用复杂的螺纹接头来用于机械强度，同时使用密封焊接来用于气密。术语“接头”与术语“连接件”同意地使用，均属于使得两个管形部件（例如导管或管）的流动通路彼此直接连接成公共流动通路，尽管这种接头可能实际上包括特殊连接装置、连接件的组合以及在两个连接的管形件处或附近彼此相关联的多个连接件。该接头可以包括连接装置、垫圈、接合部、配件、法兰、焊接材料、螺纹、连接器、夹、衬套、轴环、连接器附件、收缩管、绝热装置和/或参与从外部导管（例如进口导管或出口导管，将称为第一导管）向内部导管（例如炉管，将称为第二导管）连接和过渡的其它部件。外部导管可以包括与内部导管基本相同或不同的材料。接头也可以包括两个或更多分离的接头，例如当使得大致“U形”炉导管（例如在蒸汽裂化炉中的U形辐射管）与内部导管和外部导管连接时。在这种情况下，内部导管可以包括与外部导管相同或不同的材料，该外部导管也可以包括与炉导管不同的材料。由于明显的热膨胀系数差，使得陶瓷管形件或内衬陶瓷的管形件与奥氏体不锈钢连接是工程难题。这又可能导致使用复杂的机械接头或低强度铜焊技术，该铜焊技术并不很好地适用于辐射部分的高温。

本技术的某些实施例可以包括用于生产乙烯的蒸汽裂化炉，其中：（a）辐射盘管由并不催化积炭形成的材料来制造，或者内表面并不催化积炭形成（这些材料可以是陶瓷或金属，但是它们并不在其内表面上形成氧化铁、氧化镍或混合氧化物（包含氧化铁或氧化镍））。预计这样的材料在蒸汽裂化条件下在盘管的内表面上形成稳定的Al₂O₃或稳定的SiO₂层）；以及（b）在形成辐射盘管材料的Al₂O₃或SiO₂与奥氏体不锈钢的进口和出口部分之间的接头位于辐射燃烧室外壳的范围内，但是在燃烧室的、暴露于辐射热的区域外部（当盘管的金属温度处于工作温度时），所述操作温度可能包括高达900℃（1652°F）或者甚至1200℃（2192°F）的温度，而废气温度更高。

尽管采用上述原理的炉理论上可以有蛇形盘管，但是该概念特别适合使用单通辐射盘管或“U形”盘管的炉，这将在后面进一步介绍。使用上述原理的炉可以使用具有普通圆形内部型面的管，或者炉可以使用扩展的内部型面以便提高传热。而且，使用上述原理的炉可以使用“有翅片”或者非圆形内部或外部型面的管。在“U形”盘管的情况下，两个接头（不管接头包括相同还是不同的材料）都可以位于燃烧室内部，或者在燃烧室顶板（弓形）外壳末端（例如炉的主外壁或结构（在蒸汽裂化领域中通常称为炉外壳）可以在本文中定义为第一壁，用于参引目的）的内部，但是可以通过内部或第二壁（例如弓形绝热系统，它确定了第二壁的至少一部分）与来自燃烧室的直接辐射相屏蔽。通常，这样的绝热系统为12-14英寸（30.48-35.56cm）厚）。

恰好在离开燃烧室之后，辐射盘管通常被支承/锚固在出口支腿上。这种支承可以例如通过直接位于辐射燃烧室紧下游的骤冷换热器来提供。因为盘管的出口支腿的膨胀超过进口支腿，因此随着盘管加热至工作温度，进口支腿上的不同材料接头向下运动。该接头位置可以设计成这样，即使随着这种向下运动，在盘管处于工作状态时仍然防止接头免受直接辐射。

当为单通（向上流动）盘管时，在辐射盘管出口处的不同材料接头也可以位于弓形绝热件内，与“U形”盘管情况类似。不过，在辐射盘管进口处的不同材料接头位于大致炉底板区域中。在辐射部分出口附近被支承/锚固的单通盘管通常在30-40英尺（9.14-12.19m）长的范围内，并当从环境温度被加热至工作温度时膨胀8-10英寸（20.32-25.4cm）的范围。因此，当炉处于环境温度时，不同材料接头定位成高于底板绝热件（也通常12-14英寸（30.48-35.56cm）厚）顶部大约4-6英寸（10.16-15.24cm）。这样，当炉加热至工作温度时，不同材料接头向下生长，并且随着它进入底板绝热区域而免受直接辐射，因为。本领域有经验的设计人员能够在考虑了他/她的具体辐射盘管的工作温度的知识以及使用的具体辐射管材料的热膨胀系数的情况下选择用于接头的所需环境温度位置。

实例

下面的表格介绍了单通炉的性能影响：

表格中的第一对比列“基本1”表示具有单通辐射管设计的普通短停留时间乙烷裂化炉。在炉的反应区域中的停留时间为近似（~）0.1秒。辐射盘管为内部有翅片的设计，其中，流动面积等效于3.937cm（1.55英寸）直径的圆形管。在各种情况中，在与基本炉（例如基本1和基本2）相同的稀释蒸汽比率下评估了示例炉（例如实例1.1和实例2.1）。

表的第一示例列“实例1.1”表示本技术对乙烷炉的设计和操作的影响。因为管表面对于催化积炭形成是惰性的，因此不再需要设计成具有能够在盘管中有0.635cm（0.25in）的积炭的情况下还能工作的能力。在所示情形下，只允许达到0.254cm（0.10in）的积炭，原因是积炭仍然通过非催化路线来产生。通过这样减少积炭产生，盘管的直径能够降低，且不会产生过度的压力降。因为管表面对于催化积炭形成是惰性的，因此设计人员通常关心运行结束管金属温度，原因是可接受的运行开始管金属温度的传统准则（从积炭的观点）不再有控制作用，因此能够缩短辐射盘管，且在反应盘管和骤冷换热器之间的过渡区域能够减小至物理可行的最短距离。通过不会从管表面催化积炭的材料，能够采用更高的金属温度，只要在选定材料的机械能力内。净结果是反应区域中的停留时间能够从大约0.10秒减小至小于0.08秒，且相应增加预计的乙烯产量。

表格的第二对比列“基本2”表示普通短停留时间石脑油（LVN）裂化炉。炉的反应区域中的停留时间为大致0.1秒。辐射盘管为内部有翅片设计，流动面积等效于3.94cm（1.55in）直径的圆形管。

表格的第二示例列“实例2.1”表示了本技术对石脑油炉设计的影响。因为表面催化积炭占石脑油裂化器中产生的全部积炭的较小部分（与乙烷裂化器相比），因此由对于表面催化积炭惰性的管材料设计的炉，保持在0.15英寸积炭的情况下工作的能力。对于这种炉，采用要保持的相同管直径以及稍微更高的运行结束管金属温度要求（1150℃（2105°F））。

再有，增加运行开始的管金属温度的能力使得盘管长度和反应停留时间能够缩短。当停留时间缩短至0.08秒时，乙烯产量从32.2wt%增加至32.8wt%。可选地，根据本技术的蒸汽裂化炉可以在裂化程度和停留时间与使用现有材料的基本案例盘管类似的情况下操作，但是通过在明显减小的稀释蒸汽比率下工作而可以有明显的能量效率价值。

图1提供了换热装置（即利用“U形”辐射盘管的烃蒸汽裂化炉）总体示例性实例，并且使用该装置的示图来示出本技术的广义发明概念。图1表示了烃蒸汽裂化炉100，该烃蒸汽裂化炉有辐射加热和裂化部分102和普通加热部分104。辐射部分进口歧管132将预热的烃供料供给至外部进口导管130，该外部进口导管可以称为第一进口导管或第一导管。外部进口导管130通过内部导管140将供料传送给辐射部分102，该内部导管可以称为第二导管、炉导管或辐射导管。一旦供料热裂化成裂化产品，它通过外部出口导管131离开内部导管140，该外部出口导管可以称为第一出口导管或第一导管。然后，裂化的产品在骤冷换热器134中冷却或骤冷，并前进以便用于进一步处理和分离（未示出）。进口歧管132和外部进口导管130由支承件108来支承，而外部出口导管131由出口支承件109来支承。骤冷换热器134由骤冷换热器支承件135来支承。

接头或连接件150提供于外部进口导管130和内部导管或辐射盘管140之间，同时另一接头或连接件151提供于外部出口导管131和内部导管140之间。接头150和151被示出为当炉100处于工作温度时那样定位，从而这些接头通过热膨胀而移位至在第一壁110和第二壁120中间的位置处。第一壁110包括炉外壳或保护壳，它除了其它功能外还用于将接头150的泄露约束成保留在内部空腔或辐射部分102内，这样，泄露的材料可以被消耗或氧化，而没有起火或无限制地释放的危险。第二壁120可以由耐火材料（或区域）的内表面（例如朝向内部空腔的表面）来确定。第二壁120可以是内衬，或者可以只是填充燃烧室和外壳或第一壁110之间的至少一部分区域的耐火材料形成的内表面。缓冲或耐火区域160由第一壁110和第二壁120之间的区域形成，或者是从第一壁110的内表面至第二壁120的内表面形成的区域。

本技术的一个方面是导管130、131和140设计和定位成这样，当内部空腔（例如换热装置的辐射或低温内部）达到极端温度（该极端温度可能对接头150、151的完整性产生不利影响）时，由第二壁120在第一壁110和第二壁120之间产生缓冲区域，第二壁120防止接头150、151直接暴露于内部空腔中的极端温度或条件。应当知道，内壁（例如第二壁120）并不必须为平面形或弯曲表面，尽管它通常可以是这样的形状，相反，第二壁120可以包括内表面的一些偏离或分离特征，该偏离或分离特征设计成形成或扩展缓冲或耐火区域160，以便将接头包含或限制在该区域160中。因此，根据本技术，在这里包括这种特征作为内部或第二壁120的一部分，这样，内壁的形状并不局限于任意特殊形状或设计，而是还包含任意这些偏转部、延伸部、凹穴等，当装置处于工作温度时它们将接头包含于其中。

继续参考图1，作为本技术的一种简化实例，图1在一个方面表示了一种换热装置100，该换热装置100包括：a）本体106，该本体包括内部空腔102，该本体106包括第一壁110和第二壁120，该第一壁和第二壁确定了本体106的至少一部分，且第一壁相对于第二壁120和内部空腔102位于外部，而第二壁120相对于内部空腔102位于外部，相对于第一壁110位于内部；b）外部导管或盘管130、131，该外部导管或盘管可以称为外部进口盘管130或外部出口盘管131，用于将流体（例如用于外部进口盘管130的进料和由进料的裂化产生的、用于外部出口盘管131的流出物）传送给本体106和从本体106送出；c）内部导管或盘管140，该内部导管或盘管可以称为炉盘管，与外部导管130、131流体连通，其中，内部导管140至少部分定位在本体106的内部空腔102内；以及d）接头150、151，该接头可以称为进口接头150和出口接头151，在外部进口导管130或外部出口导管131和内部导管140之间，其中，接头150、151位于第一壁110和第二壁120的中间。当换热装置100工作时，优选地当装置处于正常或充分工作温度时，接头150、151位于第一壁110和第二壁120的中间（在大致确定第一壁110和第二壁120的平面或表面之间或内部）。换句话说，当装置经历第一导管（例如外部进口导管130或外部出口导管131）和第二导管（例如内部导管140）相对于本体的热位移（该热位移可以是根据针对工作条件的温度和压力的最大热位移）时，接头150或151应当位于第一和第二壁的中间。根据换热装置的用途、功能、危险性或使用，当装置不工作时或者当没有升高（或降低）至正常工作温度时，接头150或151可以位于或不位于第一壁和第二壁的中间。在另一实施例中，本技术可以包括换热装置，其中，第一导管（例如外部进口导管130或外部出口导管131）包括奥氏体不锈钢；第二导管（例如内部导管140）包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷材料；其中，当内部导管处于至少700℃、或至少900℃、或至少1000℃、或至少1020℃或者至少1100℃的管金属温度时，接头150、151位于第一壁110和第二壁120的中间。

图2提供了换热装置（即利用“单通”辐射管或盘管的烃蒸汽裂化炉）总体示例性实例并且利用该装置示图表示本技术的广义发明概念。图2与图1的区别在于图2的左半部分表示在环境条件下实施例，因此接头250位于内部空腔202内，而图2的右半部分特别表示在工作温度下的实施例，其中接头250移动至在第一壁210和第二壁220中间的位置。环境条件可以包括在大约-10℃和40℃之间的温度，或者优选是大约20℃的温度，且压力可以是大气压力或更高。图2表示了烃蒸汽裂化炉200，该烃蒸汽裂化炉200有辐射加热和裂化部分202和普通加热部分204。辐射部分进口歧管232将预热的烃供料供给外部进口导管230，该外部进口导管可以称为第一进口导管或第一导管。外部进口导管230通过内部导管240将供料传送给内部空腔辐射部分202，该内部导管可以称为第二导管、炉导管或辐射导管。一旦供料热裂化成蒸汽裂化产品，它通过外部出口导管231离开内部导管240。然后，裂化的产品在骤冷换热器234中冷却或骤冷，并前进以便用于进一步处理和分离（未示出）。内部导管240和外部出口导管231的重量由盘管支承件235来支承。不过，进口歧管232和外部进口导管230的重量由与进口歧管232连接的配重来支承。这种结构可以减小由于歧管的重量在内部导管240中产生的拉伸应力，这可以使得导管材料中的过度蠕变率降低。

进口接头或连接件250提供于外部进口导管230和内部导管240之间，而出口接头或连接件251提供于外部出口导管231和内部导管240之间。接头250和251在图2的右半部分中被示出为当炉200处于工作温度时那样定位，接头250、251通过热膨胀而移位至在第一壁210和第二壁220中间的位置处。第一壁210包括炉外壳或保护壳，它除了其它功能外还用于将接头250的泄露约束在内部空腔或辐射部分202内，这样，任何泄露材料都可以被消耗或氧化，而没有起火或无限制地释放的危险。第二壁220由耐火材料（或区域）形成的内表面（例如朝向内部空腔的表面）来限定。

继续参考图2，作为本技术的一种简化实例，图2在一个方面表示了一种换热装置200，该换热装置200包括：a）本体206，该本体包括内部空腔202，该本体206包括第一壁210和第二壁220，该第一壁和第二壁确定了本体206的至少一部分，且第一壁相对于第二壁220和内部空腔202位于外部，而第二壁220相对于内部空腔202位于外部，相对于第一壁210位于内部；b）外部导管，该外部导管可以称为外部进口盘管230或外部出口盘管231，用于将流体（例如用于外部进口盘管230的进料和由进料的裂化产生的、用于外部出口盘管231的流出物）传送给本体206和从该本体206送出；c）内部导管240，该内部导管与外部进口导管230和外部出口导管231流体连通，其中，内部导管240至少部分定位在本体206的内部空腔202内；以及d）接头250、251，该接头可以称为进口接头250和出口接头251，在外部进口导管230或外部出口导管231和内部导管240之间，其中，接头250和251位于第一壁210和第二壁220的中间。当换热装置200工作时，优选地当装置处于正常或充分工作温度时，接头250、251位于第一壁210和第二壁220的中间（在大致确定第一壁210和第二壁220的平面或表面之间或内部）。换句话说，当装置经历第一导管（例如外部进口导管230或外部出口导管231）和第二导管（例如内部导管240）相对于本体的热位移（该热位移可以是根据针对工作条件的温度和压力的最大热位移）时，接头250或251应当位于第一和第二壁的中间。根据换热装置的用途、功能、危险性或使用，当装置不工作时或者当没有升高（或降低）至正常工作温度时，接头250或251可以位于或不位于第一壁和第二壁的中间。在另一实施例中，本技术可以包括换热装置，其中，外部导管230、231包括奥氏体不锈钢；内部导管240包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷材料；其中，当内部导管240处于至少700℃、或至少900℃、或至少1000℃、或至少1020℃或者至少1100℃的管金属温度时，接头250、251位于第一壁210和第二壁220的中间。

换热装置可以是基本任意换热单元，该换热单元在本体内提供流体传送（例如管形）导管（该本体的意思是部分或完全包围内部空腔的壳体、箱、壳、容器或外壳，该内部空腔例如燃烧室、流体腔室、对流室、炉单元、热解单元、反应器单元等）。内部空腔可以提供热源，例如炉、燃烧器、加热流体或介质、或者燃烧室。不过在其它实施例中，内部空腔可以提供冷源，例如用于低温处理或冷却处理，从而使得管形部件内的流体冷却。

管形部件传送流体例如气体、蒸气、雾、液体或其它流体进入或通过内部空腔，其中，在传送的流体和在内部空腔内的热源（或冷源）之间发生换热处理，然后将流体通常从内部空腔往回送出用于随后处理或回收。管流体和空腔流体并不在空腔内混合，而是保持在它们各自的导管或容器中。例如，在蒸汽裂化器中，烃供料从对流预热部分通过交叉或辐射进口管流入炉或裂化器的辐射部分中。烃供料在它被加热和传送通过辐射裂化部分时保持在管内，然后通过出口或外部出口导管而离开辐射部分。外部出口导管材料可以与外部进口导管材料类似、与内部导管材料类似或者可以包括不同材料。根据本技术，当炉和管处于工作温度时，使得内部或辐射导管与外部进口导管连接的接头可以位于炉外壳（第一壁）和炉内部的耐火材料内衬的内表面（第二壁）之间。工作温度例如可以是内部或辐射导管的管金属温度，为至少700℃、至少800℃、至少900℃、至少1000℃、至少1020℃、至少1050℃、至少1100℃、至少1150℃或者至少1200℃。

尽管上述实施例涉及用于换热器本体的第一壁和第二壁，但是其它实施例可以包括单个本体或者作为壁的一部分的两个或更多不同层的组合。因此，应当知道，本体包括第一表面和第二表面，它们可以如上述实施例中所述包括第一壁和第二壁。不过，导管（例如，一个导管提供了进出本体和内部空腔中的盘管的流体流动通路）之间的接头可以在工作温度时位于本体的第一表面和第二表面的中间，以便保护该接头，如上所述。

在其它实施例中，换热装置还可以包括在第一壁和第二壁中间的耐火材料（包括提供于其中的区域）。术语“耐火材料”在这里广义地定义成意思是包含材料和/或空气的区域，该区域基本缓冲或保护免受内部空腔的极端温度的伤害，且术语“耐火材料”包括在它们之间的基本任意材料和/或区域，其提供了热屏障、散热、热反射或绝热功能，包括但不局限于例如绝热材料、耐火等级绝热材料、耐火砖、瓷砖、面板、空气空间、纤维质材料、流体腔室和/或用于外壁或壳的其它内衬。这里使用的术语“耐火材料”还不仅涉及使用的实际材料，还包括在内部（第二）壁和外部（第一）壁之间以及包括该内部（第二）壁和外部（第一）壁的整个区域。因此，当装置或方法处于特定温度时，例如至少700℃、或至少900℃、或至少1000℃、或至少1020℃、或至少1100℃或者至少1200℃（这些温度以及包含在这些值的范围内的所有温度）时，耐火材料区域可以使得导管之间的接头或连接件与内部空腔内的强烈热源或冷源隔离、缩小、包容、缓冲和/或绝热。温度是盘管、导管或管温度的测量值，通常称为管金属温度。当位于第一壁（外壳）和内衬（第二壁）形成内部空腔的表面之间时，耐火材料或其它材料也可以用于管部件和接头连接件的外表面。第二壁的一个功能是隔离、绝热或部分屏蔽管接头以防止暴露于内部空腔内的强烈热源或冷源（例如辐射火焰热量等）。它还可以有耐火材料内衬的功能，以便相对于第二壁而单独、排他或补充地隔离、绝热或部分屏蔽管接头以防止暴露于内部空腔内的强烈热源或冷源（例如辐射火焰热量等）。

在一些实施例中，内部导管包括氧化铝前体、陶瓷和它们的组合中的至少一个。在还一实施例中，接头包括在外部导管和内部导管之间的熔合部（例如通过热措施，包括但不局限于：铜焊、焊接、TIG焊、MIG焊等）。其它连接机构（例如夹、螺纹和/或法兰）也可以单独或者与该熔合组合地使用。

在一些实施例中，当内部导管处在20℃的管金属温度（环境温度或与工作温度相对不同的温度）时，接头并不在第一壁和第二壁的中间（之间）。当处于工作温度时，主要由于管的热收缩或膨胀，接头从它的该位置重新定位在第一和第二壁中间。

在其它实施例中，内部导管包括在内部导管的内表面上的氧化物层，其中，基于在内部导管的内表面上的氧化物层的总重量，该氧化物层包括不超过或小于1wt%的镍、铁或它们的混合物。氧化物层可以包含超过1%的、这些元素中的某些元素。优选功能方面是，在蒸汽裂化的工作条件下形成的表面氧化物层没有氧化铁或氧化镍。措辞“不超过1wt%”或措辞“小于1wt%”的意思是存在的镍、铁或者它们的混合物的最大量为1.0wt%，但是很多合适实施例可以小于1wt%，例如基本没有镍、铁或它们的混合物，或者小于0.1wt%，或者小于0.01wt%，或者小于0.001wt%。还有，其它实施例可以包括换热装置，其中，内部导管金属材料包括在内部导管的内表面上的氧化物层，其中，该氧化物层包括小于1wt%的镍、铁或它们的混合物。很多实施例基本没有镍、铁或它们的混合物。

在其它实施例中，内部导管的内表面包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钇和氧化铯中的至少一种。

在还一实施例中，换热装置在内部导管的管金属温度为至少1100℃时使得接头在第一壁和第二壁的中间。

在其它方面，本技术包括一种烃裂化单元，它包括：a）炉，该炉包括相对于燃烧室壁和燃烧室在外部的炉外壳以及相对于燃烧室在外部且相对于炉外壳在内部的燃烧室壁；b）第一导管（例如外部导管），该第一导管包括奥氏体不锈钢；c）第二导管（例如内部导管），该第二导管包括并不催化积炭形成的内表面，该第二导管至少部分位于燃烧室内；以及d）在第一导管和第二导管之间的接头，其中，当第二导管处于至少1020℃的管金属温度时，接头在炉外壳和燃烧室壁中间。

在其它实施例中，裂化单元包括在辐射部分内的辐射热源。在很多实施例中，当管金属温度为至少700℃时，或者通常至少1000℃时，或者至少1020℃时，或者至少1100℃时，辐射部分内的管或导管处于工作温度。在还一实施例中，烃进料在进入本体的内部空腔（辐射部分等）之前与蒸汽混合。其它裂化单元实施例可以包括与燃烧室热连通的对流部分。在还一实施例中，裂化单元可以包括用于裂化的供料，该供料包括烃和蒸汽的混合物。

在还一实施例中，裂化单元还可以包括在第一壁和第二壁中间的耐火材料。

在裂化单元的一些实施例中，第二或内部导管具有内径，该内径提供了小于0.20秒的燃烧室停留时间，优选是小于0.15秒，更优选是小于0.11秒，还优选是小于0.10秒，还优选是小于0.08秒。

在一些其它实施例中，第二或内部导管包括氧化铝前体、陶瓷和它们的组合中的至少一个。

一些实施例可以包括在第一或外部导管和第二或内部导管之间的焊接部。

在裂化单元的其它实施例中，当第二或内部导管处于20℃的管金属温度时，接头并不处于炉外壳和燃烧室壁中间。

在裂化单元的还一实施例中，第二或内部导管可以包括在第二或内部导管的内表面上的氧化物层，其中，氧化物层包括小于5wt%的镍、铁或它们的混合物，优选是小于2wt%的镍、铁或它们的混合物，小于1wt%的镍、铁或它们的混合物。而且，在一个或更多个实施例中，氧化物层包括小于2wt%的铁和小于1wt%的镍。在其它实施例中，第二或内部导管的内表面包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钇和氧化铯中的至少一个。

在裂化单元的其它实施例中，当接头处于炉外壳和内部空腔或燃烧室壁中间时，第二或内部导管处于至少1100℃的管金属温度。

根据其它裂化单元的实施例，第二或内部导管包括单通盘管、U形盘管、蛇形盘管和多通盘管中的一种。在还一实施例中，第二或内部导管包括非圆形内部型面，例如内部有翅片的管型面。

在还一方面，本技术的实施例可以包括一种用于制备换热单元的方法，该方法包括：a）提供本体，该本体包括在其中的内部空腔，本体还包括第一壁和第二壁，该第二壁限定本体中的内部空腔，第一壁相对于第二壁和内部空腔位于外部，而第二壁相对于内部空腔位于外部，相对于第一壁位于内部；b）提供第一或外部导管，该第一或外部导管的至少一部分相对于第一壁处于外部；c）提供第二或内部导管，将第二或内部导管定位成与第一或外部导管流体连通，且第二或内部导管至少部分定位在本体的内部空腔内；以及d）当第二导管处于至少700℃的管金属温度时，将第一导管和第二导管之间的接头定位在第一壁和第二壁的中间。

在该方法的其它实施例中，换热单元是蒸汽裂化炉。在还一实施例中，第一或外部导管包括奥氏体不锈钢，第二或内部导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷内表面。

在另一方面，本技术的实施例包括一种用于在蒸汽裂化单元中裂化烃的方法，它包括：a）提供蒸汽裂化炉本体，该蒸汽裂化炉本体包括在本体中的内部空腔，本体还包括第一壁和第二壁，该第二壁限定本体中的所述内部空腔，第一壁相对于第二壁和内部空腔位于外部，而该第二壁相对于内部空腔位于外部，相对于第一壁位于内部；b）提供第一或外部导管，该第一或外部导管包括奥氏体不锈钢，该第一或外部导管的至少一部分相对于第一壁处于外部；c）提供第二或内部导管，该第二或内部导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷内表面，将该第二导管定位成与第一导管流体连通，且该第二导管至少部分定位在本体的内部空腔中；d）将第一导管和第二导管之间的接头定位第一壁和第二壁的中间；e）将第二导管加热至至少700℃的管金属温度，或者在一些实施例中至少900℃，或者至少1000℃，或者至少1020℃，或者至少1100℃；以及f）沿流体通路通过第一导管、通过接头和通过第二导管来供给烃进料。

在其它实施例中，该方法还可以包括通过第二导管以足以提供小于0.2秒的裂化停留时间的流量来供给烃和蒸汽的混合物。

在还一实施例中，该方法可以包括在接头处使得第一导管与第二导管焊接。

在另一实施例中，本技术涉及：

1．一种换热装置包括：

a）本体，该本体形成内部空腔，所述本体包括：

第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面限定所述本体的至少一部分，其中，所述第一表面相对于内部空腔并相对于所述第二表面位于外部，且所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间；

b）第一导管，用于将流体传送给所述本体；

c）第二导管，该第二导管与所述第一导管流体连通，其中，所述第二导管至少部分位于所述本体的所述内部空腔中；以及

d）在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，所述接头根据在内部空腔中的温度而在第一位置和第二位置之间运动，其中，第一位置和第二位置中的至少一个在所述第一表面和所述第二表面的中间。

2．根据段1所述的换热装置，其中：

所述第一导管包括奥氏体不锈钢；以及

所述第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷材料；

当所述第二导管处于至少1100℃的管金属温度时，所述接头位于所述第一壁和所述第二壁中间。

3．根据段1或2所述的换热装置，还包括：在所述第一壁和所述第二壁中间的耐火材料。

4．根据段1至3中任意一段所述的换热装置，其中：所述第二导管由这样的材料形成，该材料包括氧化铝前体、陶瓷和它们的组合中的至少一种。

5．根据段1至4中任意一段所述的换热装置，其中：所述接头包括在所述第一导管和所述第二导管之间的焊接部。

6．根据段1至5中任意一段所述的换热装置，其中：当所述第二导管处于20℃的管金属温度时，所述接头在所述本体的所述内部空腔内。

7．根据段1至6中任意一段所述的换热装置，其中：所述第二导管包括在所述第二导管的内表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层包括少于1wt%的镍、铁或它们的混合物。

8．根据段1至7中任意一段所述的换热装置，其中：所述第二导管金属材料包括在所述第二导管的内表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层包括少于1wt%的镍、铁或它们的混合物。

9．根据段1至8中任意一段所述的换热装置，其中：所述第二导管的所述内表面包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钇、氧化铬和氧化铯中的至少一种。

10．根据段1至9中任意一段所述的换热装置，其中：当所述第二导管处于至少700℃的管金属温度时，所述接头在所述第一壁和所述第二壁的中间。

11．根据段1至10中任意一段所述的换热装置，其中：所述接头的所述位置被构造成根据热变化而在（i）所述第一壁和所述第二壁中间的第一位置以及（ii）在所述本体的所述内部空腔内的第二位置之间运动。

12．一种烃裂化单元，包括：

a）炉，该炉有由炉外壳和燃烧室壁形成的内部空腔，其中，所述炉外壳相对于所述内部空腔在外部，所述燃烧室壁位于所述炉外壳和内部空腔之间；

b）第一导管，该第一导管包括奥氏体不锈钢；

c）第二导管，该第二导管包括内表面，所述第二导管至少部分位于所述内部空腔内；以及

d）在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，根据内部空腔中的温度，所述接头在第一位置和第二位置之间运动，其中，所述第一位置和所述第二位置中的至少一个在所述炉外壳和所述燃烧室壁中间。

13．根据段12所述的裂化单元，还包括：在所述内部空腔中的辐射热源，当所述接头在所述炉外壳和所述燃烧室壁中间时，所述第二导管的所述管金属温度为至少1000℃。

14．根据段12至13中任意一段所述的裂化单元，其中：所述第二导管包括辐射管，用于裂化与蒸汽混合的烃进料。

15．根据段12至14中任意一段所述的裂化单元，还包括：对流部分，该对流部分与所述第一导管热连通。

16．根据段12至15中任意一段所述的裂化单元，还包括：在所述炉外壳和所述燃烧室壁中间的耐火材料。

17．根据段12至16中任意一段所述的裂化单元，其中：所述第二导管有内径，该内径提供小于0.20秒的炉停留时间。

18．根据段12至17中任意一段所述的裂化单元，其中：所述第二导管由这样的材料形成，该材料包括氧化铝前体、陶瓷和它们的组合中的至少一种。

19．根据段12至18中任意一段所述的裂化单元，其中：所述接头包括在所述第一导管和所述第二导管之间的焊接部。

20．根据段12至19中任意一段所述的裂化单元，其中：当所述第二导管处于20℃的管金属温度时，所述接头在所述本体的所述内部空腔内。

21．根据段12至20中任意一段所述的裂化单元，其中：所述第二导管包括在所述第二导管的内表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层包括少于1wt%的镍、铁或它们的混合物。

22．根据段21所述的裂化单元，其中：所述第二导管的所述内表面包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钇、氧化铬和氧化铯中的至少一种。

23．根据段12至22中任意一段所述的裂化单元，其中：当所述接头在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间时，所述第二导管处于至少700℃的管金属温度。

24．根据段12至19和21至23中任意一段所述的裂化单元，其中：所述第二导管包括单通盘管、U形盘管、蛇形盘管和多通盘管中的至少一种。

25．根据段12至24中任意一段所述的裂化单元，其中：所述第二导管包括非圆形内部型面。

26．根据段12至23和25中任意一段所述的裂化单元，其中：所述接头的所述位置被构造成根据热变化而在（i）所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间的第一位置以及（ii）在所述炉的所述内部空腔内的第二位置之间运动。

27．一种用于制备换热单元（优选是段1至26中任意一段所述的单元或装置）的方法，包括：

a）提供本体，该本体包括在其中的内部空腔，所述本体还包括第一表面和第二表面，所述第二表面限定了在所述本体中的内部空腔，所述第一表面相对于第二表面并相对于所述内部空腔位于外部，而所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间；

b）提供第一导管，所述第一导管的至少一部分相对于所述第一表面处于外部；

c）提供第二导管，将所述第二导管定位成与所述第一导管流体连通，且所述第二导管至少部分位于在所述本体的所述内部空腔中；以及

d）定位所述第一导管和所述第二导管之间的接头，且所述接头根据在内部空腔中的温度而在第一位置和第二位置之间运动，其中，所述第一位置和所述第二位置中的至少一个在（i）所述第一表面和所述第二表面中间和（ii）在所述本体的所述内部空腔内之间，其中，所述位置至少部分取决于所述内部空腔中的温度。

28．根据段27所述的方法，其中：所述换热单元是蒸汽裂化炉。

29．根据段27或28所述的方法，其中：所述第一导管包括奥氏体不锈钢，所述第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷内部表面。

30．根据段27至29中任意一段所述的方法，其中：当所述第二导管处于至少700℃的管金属温度时，所述第一导管和所述第二导管之间的所述接头在所述第一壁和所述第二壁中间。

31．一种用于在蒸汽裂化单元（优选是段1至26中任意一段所述的单元或装置）中裂化烃的方法，包括：

a）提供蒸汽裂化炉本体，该蒸汽裂化炉本体包括在所述本体中的内部空腔，所述本体还包括第一表面和第二表面，所述第二表面确定了在所述本体中的所述内部空腔，所述第一表面相对于所述第二表面并相对于所述内部空腔位于外部，而所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间；

b）提供第一导管，该第一导管包括奥氏体不锈钢，所述第一导管的至少一部分相对于所述第一表面处于外部；

c）提供第二导管，该第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷材料，将所述第二导管定位成与所述第一导管流体连通，且所述第二导管至少部分定位在所述本体的所述内部空腔中；

d）将所述第一导管和所述第二导管之间的接头定位在第一位置或第二位置中的一个处，其中，所述第一位置和第二位置中的至少一个处于所述第一表面和所述第二表面的中间，所述第一位置和所述第二位置至少部分取决于在所述内部空腔中的温度；

e）将所述第二导管加热至至少700℃的管金属温度；以及

f）沿流体通路通过所述第一导管、通过所述接头和通过所述第二导管来供给烃进料。

32．根据段31所述的方法，还包括：通过所述第二导管以足以提供小于0.2秒的裂化停留时间的流量来供给烃和蒸汽的混合物。

33．根据段31或32所述的方法，还包括：在所述接头处使得所述第一导管与所述第二导管熔合。

尽管已经对于特定实施例介绍了本技术，但是应当知道，本技术并不局限于该特殊说明，并延伸至在权利要求的范围内的所有等效物。

Claims (33)

1.一种换热装置，包括：

a）本体，该本体形成内部空腔，所述本体包括：

第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面限定所述本体的至少一部分，其中，所述第一表面相对于内部空腔并相对于所述第二表面位于外部，且所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间；

b）第一导管，用于将流体传送给所述本体；

c）第二导管，该第二导管与所述第一导管流体连通，其中，所述第二导管至少部分位于所述本体的所述内部空腔中；以及

d）在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，所述接头根据在内部空腔中的温度而在第一位置和第二位置之间运动，其中，第一位置和第二位置中的至少一个在所述第一表面和所述第二表面的中间。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其中：

所述第一导管包括奥氏体不锈钢；以及

所述第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷材料；

当所述第二导管处于至少1100℃的管金属温度时，所述接头位于所述第一表面和所述第二表面中间。

3.根据权利要求1所述的换热装置，还包括：所述第一表面是第一壁，所述第二表面是第二壁，所述换热装置还包括在所述第一壁和所述第二壁的中间的耐火材料。

4.根据权利要求1所述的换热装置，其中：所述第二导管由这样的材料形成，该材料包括氧化铝前体、陶瓷和它们的组合中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的换热装置，其中：所述接头包括在所述第一导管和所述第二导管之间的焊接部。

6.根据权利要求1所述的换热装置，其中：当所述第二导管处于20℃的管金属温度时，所述接头在所述本体的所述内部空腔内。

7.根据权利要求1所述的换热装置，其中：所述第二导管包括在所述第二导管的内表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层包括少于5wt%的镍、铁或它们的混合物。

8.根据权利要求1所述的换热装置，其中：所述第二导管金属材料包括在所述第二导管的内表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层包括少于1wt%的镍，并且所述氧化物层包括少于2wt%的铁。

9.根据权利要求8所述的换热装置，其中：所述第二导管的所述内表面包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钇和氧化铯中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的换热装置，其中：当所述第二导管处于至少700℃的管金属温度时，所述接头在所述第一表面和所述第二表面的中间。

11.根据权利要求1所述的换热装置，其中：所述第一位置在所述第一表面和所述第二表面的中间，以及第二位置在所述本体的所述内部空腔内。

12.一种烃裂化单元，包括：

a）炉，该炉有由炉外壳和燃烧室壁形成的内部空腔，其中，所述炉外壳相对于所述内部空腔在外部，所述燃烧室壁位于所述炉外壳和内部空腔之间；

b）第一导管，该第一导管包括奥氏体不锈钢；

c）第二导管，该第二导管包括内表面，所述第二导管至少部分位于所述内部空腔内；以及

d）在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，根据内部空腔中的温度，所述接头在第一位置和第二位置之间运动，其中，所述第一位置和所述第二位置中的至少一个在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间。

13.根据权利要求12所述的裂化单元，还包括：在所述内部空腔中的辐射热源，当所述接头在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间时，所述第二导管的所述管金属温度为至少1000℃。

14.根据权利要求12所述的裂化单元，其中：所述第二导管包括辐射管，用于裂化与蒸汽混合的烃进料。

15.根据权利要求12所述的裂化单元，还包括：对流部分，该对流部分与所述第一导管热连通。

16.根据权利要求12所述的裂化单元，还包括：在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间的耐火材料。

17.根据权利要求12所述的裂化单元，其中：所述第二导管有内径，该内径提供小于0.20秒的炉停留时间。

18.根据权利要求12所述的裂化单元，其中：所述第二导管由这样的材料形成，该材料包括氧化铝前体、陶瓷和它们的组合中的至少一种。

19.根据权利要求12所述的裂化单元，其中：所述接头包括在所述第一导管和所述第二导管之间的焊接部。

20.根据权利要求19所述的裂化单元，其中：当所述第二导管处于20℃的管金属温度时，所述接头在所述本体的所述内部空腔内。

21.根据权利要求19所述的裂化单元，其中：所述第二导管包括在所述第二导管的内表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层包括少于5wt%的镍、铁或它们的混合物。

22.根据权利要求21所述的裂化单元，其中：所述第二导管的所述内表面包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钇和氧化铯中的至少一种。

23.根据权利要求12所述的裂化单元，其中：当所述接头在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间时，所述第二导管处于至少1100℃的管金属温度。

24.根据权利要求12所述的裂化单元，其中：所述第二导管包括单通盘管、U形盘管、蛇形盘管和多通盘管中的至少一种。

25.根据权利要求12所述的裂化单元，其中：所述第二导管包括非圆形内部型面。

26.根据权利要求12所述的裂化单元，其中：所述接头的所述位置被构造成根据热变化而在（i）所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间的第一位置以及（ii）在所述炉的所述内部空腔内的第二位置之间运动。

27.一种用于制备换热单元的方法，包括：

a）提供本体，该本体包括在其中的内部空腔，所述本体还包括第一表面和第二表面，所述第二表面限定在所述本体中的所述内部空腔，所述第一表面相对于第二表面并相对于所述内部空腔位于外部，而所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间；

b）提供第一导管，所述第一导管的至少一部分相对于所述第一表面处于外部；

c）提供第二导管，将所述第二导管定位成与所述第一导管流体连通，且所述第二导管至少部分位于在所述本体的所述内部空腔中；以及

d）定位所述第一导管和所述第二导管之间的接头，且所述接头根据在内部空腔中的温度而在第一位置和第二位置之间运动，其中，所述第一位置和所述第二位置中的至少一个在（i）所述第一表面和所述第二表面的中间或（ii）在所述本体的所述内部空腔内，其中，所述位置至少部分取决于所述内部空腔中的温度。

28.根据权利要求27所述的方法，其中：所述换热单元是蒸汽裂化炉。

29.根据权利要求27所述的方法，其中：所述第一导管包括奥氏体不锈钢，所述第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷内部表面。

30.根据权利要求27所述的方法，其中：当所述第二导管处于至少700℃的管金属温度时，所述第一导管和所述第二导管之间的所述接头在所述第一表面和所述第二表面的中间。

31.一种用于在蒸汽裂化单元中裂化烃的方法，包括：

a）提供蒸汽裂化炉本体，该蒸汽裂化炉本体包括在所述本体中的内部空腔，所述本体还包括第一表面和第二表面，所述第二表面限定在所述本体中的所述内部空腔，所述第一表面相对于所述第二表面并相对于所述内部空腔位于外部，而所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间；

b）提供第一导管，该第一导管包括奥氏体不锈钢，所述第一导管的至少一部分相对于所述第一表面处于外部；

c）提供第二导管，该第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷材料，将所述第二导管定位成与所述第一导管流体连通，且所述第二导管至少局部定位在所述本体的所述内部空腔中；

d）将所述第一导管和所述第二导管之间的接头定位在第一位置或第二位置中的一个处，其中，所述第一位置和第二位置中的至少一个处于所述第一表面和所述第二表面的中间，所述第一位置和所述第二位置至少部分取决于在所述内部空腔中的温度；

e）将所述第二导管加热至至少700℃的管金属温度；以及

f）沿通过所述第一导管、通过所述接头和通过所述第二导管的流体通路来供给烃进料。

32.根据权利要求31所述的方法，还包括：通过所述第二导管以足以提供小于0.2秒的裂化停留时间的流量来供给烃和蒸汽的混合物。

33.根据权利要求31所述的方法，还包括：在所述接头处使得所述第一导管与所述第二导管熔合。

Images