CS218409B1

CS218409B1 - Collector heating "Z" system for petrochemical industry furnaces

Info

Publication number: CS218409B1
Application number: CS332181A
Authority: CS
Inventors: Josef Kohoutek; Jan Hlousek; Vasil Maev; Milos Odstrcil; Marie Slavikova; Jiri Weingartner
Original assignee: Josef Kohoutek; Jan Hlousek; Vasil Maev; Milos Odstrcil; Marie Slavikova; Jiri Weingartner
Priority date: 1981-05-06
Filing date: 1981-05-06
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Vynález se týká kolektorového ohřevné- ho systému, který se používá v trubkových pecích petrochemického průmyslu k ohřevu plynného nebo kapalného média za účelem dalšího zpracování buď fyzikálními operacemi, nebo· chemickou reakcí. Podstata vynálezu spočívá v tom, že při zaústění trubek do vstupního kolektoru se ve směru od vstupu do vstupního kolektoru k zaslepení vstupního kolekoru zmenšuje průměr místního zúžení. Vynález lze využít v chemickém a petrochemickém průmyslu, příp. v energetice.The invention relates to a collector heating system used in tube furnaces of the petrochemical industry for heating a gaseous or liquid medium for further processing either by physical operations or by chemical reaction. The essence of the invention lies in the fact that when the tubes enter the inlet collector, the diameter of the local narrowing decreases in the direction from the inlet to the inlet collector to the blinding of the inlet collector. The invention can be used in the chemical and petrochemical industries, or in the energy industry.

Description

Vynález se týká kolektorového ohřevného systému, který se používá v trubkových pecích petrochemického průmyslu k ohřevu plynného nebo kapalného· média za účelem dalšího zpracování buď fyzikálními operacemi, nebo· chemickou reakcí.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a collector heating system which is used in pipe furnaces of the petrochemical industry to heat a gaseous or liquid medium for further processing by either physical operations or a chemical reaction.

Kolektorové ohřevné systémy jsou známy ve dvou základních uspořádáních a to „U“ systém, kde vstup média do vstupního kolektoru je na stejné straně systému jako výstupu média z výstupního kolektoru a ,,Z“ systém, kde výstup média z výstupního kolektoru je na opačné straně systému než vstup média do vstupního kolektoru. Ostatní uspořádání mohou pak být pouze kombinací těchto základních uspořádání.Collector heating systems are known in two basic configurations, namely the "U" system, where the media input to the input collector is on the same side of the system as the media output from the output collector, and the "Z" system, where the media output from the output collector is on the opposite side system than the media input to the input collector. The other arrangements can then only be a combination of these basic arrangements.

Tyto kolektorové ohřevné systémy jsou používány převážně v těch případech, kdy jsou kladeny zvýšené požadavky na omezení tlakové ztráty ohřívaného média.These collector heating systems are mainly used in cases where increased demands are placed on limiting the pressure drop of the heated medium.

Ohřevný systém je tvořen vstupním a výstupním kolektorem, které jsou propojeny n-chodým paralelním trubkovým systémem. Kolektory jsou opatřeny otvory s průměrem shodným se světlostí nátrubku. Nátrubek je jedním koncem přivařen v místě otvoru ke kolektoru a druhým koncem k trubce.The heating system consists of an inlet and an outlet collector, which are connected by a n-running parallel pipe system. The collectors are provided with holes with a diameter equal to the inside diameter of the sleeve. The nozzle is welded at one end to the collector at the opening and the other end to the pipe.

Médium proudí do vstupního kolektoru a je rozváděno jednotlivými trubkami směrem do výstupního· kolektoru. Při průtoku trubkovým systémem je médium ohříváno sálavým teplem uvolněných na hořácích.The medium flows into the inlet collector and is distributed through the individual pipes towards the outlet collector. When flowing through the pipe system, the medium is heated by the radiant heat released on the burners.

Praktická měření i teoretické rozbory ukazují, že v takto vytvořených systémech dochází k nerovnoměrnému rozdělení ohřívaného média do· jednotlivých paralelně vedených trubek. Stupeň nerovnoměrnosti je poměrně složitou funkcí geometrie celého systému a fyzikálních vlastností ohřívaného média. Při dané střední hustotě tepelného toku dochází pak také k určitým rozdílům teplot stěn jednotlivých trubek.Practical measurements as well as theoretical analyzes show that in such systems, the heated medium is unevenly distributed in the individual tubes. The degree of unevenness is a rather complex function of the geometry of the whole system and the physical properties of the medium to be heated. At a given mean heat flux density, there are also certain differences in the wall temperatures of the individual pipes.

Celý systém trubek je pak podle dosavadních postupů navrhován pro maximální teplotu stěny trubky, která se u „Z“ systému vyskytuje na začátku vstupního kolektoru, kde dochází k minimálnímu průtoku média.The whole pipe system is then designed according to the current procedures for the maximum temperature of the pipe wall, which in the "Z" system occurs at the beginning of the inlet collector, where the minimum flow of medium occurs.

Při takto provedeném kolektorovém ohřevném systému dochází k přehřátí některých trubek, což má za důsledek zvětšení tloušťky stěn trubek celého systému.In such a collector heating system, some pipes overheat, resulting in an increase in the wall thickness of the pipes of the entire system.

Uvedené nevýhody jsou odstraněny konstrukční úpravou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že při zaústění trubek do vstupního kolektoru, se ve směru od vstupu do· vstupního· kolektoru k zaslepení vstupního kolektoru odstupňovaně zmenšuje průměr místního zúžení v nátrubcích, nebo průměr otvorů vstupního· kolektoru, přičemž oproti průměru místního zúžení v nátrubku, nebo otvoru u vstupu do vstupního kolektoru, je průměr místního zúžeuí v nátrubku, nebo otvoru u zaslepení vstupního kolektoru menší až poloviční. Různé odstupňování průměrů zúžení v nátrubcích, nebo otvorů vstupního kolektoru je dáno fyzikálními vlastnostmi média a geometrií trubkového systému.These disadvantages are overcome by the design according to the invention, which is based on the fact that, when the pipes are introduced into the inlet collector, the diameter of the local constriction in the sockets or the diameter of the inlet openings decreases in steps from the inlet to the inlet collector. the diameter of the local constriction in the sleeve or inlet opening of the inlet collector is less than half the diameter of the local constriction in the sleeve or inlet opening of the inlet collector. The different grading of the taper diameters in the nozzles or inlets of the inlet collector is determined by the physical properties of the medium and the geometry of the pipe system.

Výhody řešení podle vynálezu spočívají především v tom, že je dosaženo rovnoměrného průtoku média trubkami, čímž nedochází k přehřevu některých trubek, a tloušťku stěn trubek je možno snížit o 15—20 %l při zvýšené životnosti zařízení.Advantages of the solution according to the invention consist mainly in the fact that a uniform flow of the medium through the tubes is achieved, which does not overheat some of the tubes, and the wall thickness of the tubes can be reduced by 15-20% with increased service life of the device.

Dále je umožněno· použití kolektorů menších průměrů, poněvadž odpadá dřívější omezení spojené se vzrůstem nerovnoměrnosti ohřívaného média do jednotlivých trubek při vyšších rychlostech proudění média v kolektorech.Furthermore, it is possible to use collectors of smaller diameters, since there is no previous limitation associated with the increase in the unevenness of the heated medium into the individual tubes at higher velocities of the medium in the collectors.

Na přiložených výkresech obr. 1 představuje schematický nákres kolektorového ohřevného „Z“ systému, obr. 2 detail zaústění trubky do kolektoru s vytvořeným místním zúžením v nátrubku a obr. 3 provedení zúžení přímo v otvorech vstupního kolektoru.In the accompanying drawings, FIG. 1 is a schematic drawing of a collector heating " Z " system, FIG. 2 shows a detail of the pipe inlet into the collector with a local taper in the sleeve and FIG.

Příkladné zařízení sestává ze vstupního kolektoru 1 vnějšího průměru 270 mm, o tloušťce stěny 10 mm, délky 6,4 m, 57 kusů trubek 3 vnějšího průměru 70 mm o tloušťce stěny 5 mm, délky 20 m a výstupního kolektoru 4 vnějšího průměru 360 mm o tloušťce stěny 10 mm a délce 6,4 m. Vstupní kolektor 1 i výstupní kolektor 4 je opatřen otvory 2. K otvorům 2 jsou přivařeny nátrubky 5, které mohou být opatřeny místním zúžením 9.An exemplary device consists of an inlet collector 1 of an outer diameter of 270 mm, a wall thickness of 10 mm, a length of 6.4 m, 57 pieces of pipes 3 of an outer diameter of 70 mm with a wall thickness of 5 mm, a length of 20 m. The inlet collector 1 and the outlet collector 4 are provided with openings 2. Nipples 5 are welded to the openings 2, which can be provided with a local constriction 9.

K nátrubkům 5 jsou přivařeny trubky 3. Vstupní kolektor 1 je na jednom konci opatřen vstupem 6 a na druhém konci zaslepením 8. Výstupní kolektor 4 je opatřen na jednom konci výstupem 7 a na druhém konci zaslepením 8.Tubes 3 are welded to the sleeves. The inlet collector 1 is provided with an inlet 6 at one end and a blanking 8 at the other end. The outlet collector 4 is provided with an outlet 7 at one end and a blanking 8 at the other end.

Místní zúžení 9 v nátrubcích 5, nebo otvory 2 vstupního kolektoru 1 jsou pro případ katalytického reformování uhlovodíků provedeny odstupňovaně od vstupu 6 do vstupního kolektoru 1 k zaslepení 8 vstupního kolektoru 1 tak, že průměr místního zúžení 9 v nátrubku 5 nebo otvoru 2 vstupního· kolektoru 1 u vstupu činí 60 mm a průměr místního zúžení 9 v nátrubku 5 nebo otvoru 2 vstupního kolektoru 1 u zaslepení 8 činí 52 mm.In the case of catalytic reforming of hydrocarbons, the local constriction 9 in the nozzles 5 or the apertures 2 of the inlet collector 1 are made staggered from the inlet 6 to the inlet collector 1 to blind the inlet collector 1 so that the diameter of the local constriction 9 in the nozzle 5 or inlet 2 of the inlet collector. 1 at the inlet is 60 mm and the diameter of the local constriction 9 in the sleeve 5 or the opening 2 of the inlet collector 1 at the blank 8 is 52 mm.

Plyn proudí vstupem 6 v množství 59.315 kg/h do vstupního kolektoru 1 a odtud za pracovního· přetlaku 1,1 MPa do jednotlivých trubek 3 paralelního svazku. Zde je plyn ohříván sálavým teplem spalin z hořáků a proudí dále do výstupního kolektoru 4 směrem k výstupu 7. U dosavadního provedení je maximální teplota stěny trubky 625 stupňů Celsia, které odpovídá tloušťka stěny 6 mm. Při provedení podle vynálezu se maximální teplota stěny trubky snižuje na 611 °C a této teplotě odpovídá tloušťka stěny trubky 5 mm.The gas flows through an inlet 6 at a rate of 59.315 kg / h into the inlet collector 1 and from there under a working overpressure of 1.1 MPa to the individual tubes 3 of the parallel bundle. Here, the gas is heated by the radiant heat of the flue gas from the burners and flows further into the outlet collector 4 towards the outlet 7. In the prior art, the maximum pipe wall temperature is 625 degrees Celsius, which corresponds to a wall thickness of 6 mm. In an embodiment of the invention, the maximum tube wall temperature is lowered to 611 ° C and this temperature corresponds to a tube wall thickness of 5 mm.

Z těchto hodnot vyplývají již ve spisu uvedené materiálové úspory.These values result in material savings already mentioned in the file.

Kolektorový ohřevný „Z“ systém podle vynálezu je dimenzován na základě detail2184 ního hydraulického a tepelného výpočtu, který umožňuje výpočtová technika samočinných počítačů a nové metody numerického řešení diferenciálních rovnic. Zaústění trubek do kolektoru je řešeno tak, aby zde nevznikl místní odpor proudění takové velikosti, že je potlačena nerovnoměrnost rozdělení ohřívaného média do jednotlivých trubek. Místní odpor lze odstupňovaně provést buď přímo na vstupním kolektoru různými průměry otvorů, nebo vytvořením míst09 ního zúžení v nátrubcích. Z výrobního hlediska se jeví výhodnější úprava v nátrubcích. Tím je vytvořen systém odstupňovaných místních zúžení, která eliminují tlakovou diferenci ve vstupním kolektoru způsobenou přeměnou kinetické energie ve statický tlak a naopak. Proti dřívějším řešením se sníží maximální teplota stěn trubek.The collector heating " Z " system according to the invention is sized based on detail of the hydraulic and thermal calculation, which allows computer computing and new methods of numerical solution of differential equations. The pipe inlet into the collector is designed so that there is no local flow resistance of such a size that the uneven distribution of the heated medium into individual pipes is suppressed. The local resistance can be done in steps, either directly on the inlet collector by different hole diameters, or by creating a local constriction in the sockets. From the production point of view, the treatment in the nozzles seems to be more advantageous. This creates a system of graded local constrictions that eliminate the pressure difference in the inlet collector due to the conversion of kinetic energy into static pressure and vice versa. Compared to earlier solutions, the maximum temperature of the pipe walls is reduced.

Vynález lze využít v chemickém a petrochemickém průmyslu, případně v energetice.The invention can be used in the chemical, petrochemical and energy industries.

Claims

A collector heating " Z " system for petrochemical furnaces consisting of an inlet and an outlet collector connected by a n-running parallel pipe system, characterized in that when the pipes (3j) enter into the inlet collector, collector (11) to blind (8) of the inlet collector (1) incrementally reduces the diameter of the local constriction (9) in the sleeves (5), or the diameter of the holes (2) of the inlet collector (1j) by up to half.

2 sheets of drawings