EA010936B1 - Способ и оребренная труба для термического крекинга углеводородов - Google Patents

Способ и оребренная труба для термического крекинга углеводородов Download PDF

Info

Publication number
EA010936B1
EA010936B1 EA200500258A EA200500258A EA010936B1 EA 010936 B1 EA010936 B1 EA 010936B1 EA 200500258 A EA200500258 A EA 200500258A EA 200500258 A EA200500258 A EA 200500258A EA 010936 B1 EA010936 B1 EA 010936B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
ribs
finned tube
tube according
pipe
profile
Prior art date
Application number
EA200500258A
Other languages
English (en)
Other versions
EA200500258A1 (ru
Inventor
Петер Вельперт
Бенно Ганзер
Дитлинде Якоби
Рольф Кирххайнер
Original Assignee
Шмидт+Клеменс Гмбх+Ко. Кг
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Шмидт+Клеменс Гмбх+Ко. Кг filed Critical Шмидт+Клеменс Гмбх+Ко. Кг
Publication of EA200500258A1 publication Critical patent/EA200500258A1/ru
Publication of EA010936B1 publication Critical patent/EA010936B1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/14Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means
    • C10G9/18Apparatus
    • C10G9/20Tube furnaces
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/24Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils by heating with electrical means
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • C22C19/03Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
    • C22C19/05Alloys based on nickel or cobalt based on nickel with chromium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G2300/00Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
    • C10G2300/80Additives
    • C10G2300/805Water
    • C10G2300/807Steam

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

В способе термического крекинга углеводородов в присутствии водяного пара загружаемую смесь пропускают через нагреваемые снаружи трубы со спиралевидными внутренними ребрами и обеспечивают температуру в стенке трубы и по поперечному сечению трубы более однородной, а также снижают отложение кокса пиролиза на внутренней стенке трубы, при этом закрученный поток создается в газовой смеси и постепенно сливается в зоне ядра с преимущественно осевым течением при увеличении радиального расстояния от ребер.

Description

Настоящее изобретение относится к способу и оребренной трубе для термического крекинга углеводородов в присутствии водяного пара, где загружаемую смесь пропускают через нагреваемые снаружи трубы со спиралевидными внутренними ребрами.
Трубчатые печи, в которых смесь углеводород/водяной пар пропускается через ряд отдельных или изгибающихся труб (трубчатые змеевики для крекинг-печи) при температурах выше 750°С, выполненных из термостойких сплавов хром-никель-сталь с высокой стойкостью к окислению или образованию окалины и высокой стойкостью к науглероживанию, являются подходящими для высокотемпературного пиролиза углеводородов (производных сырой нефти). Трубчатые змеевики содержат проходящие вертикально прямые секции труб, которые соединены друг с другом ϋ-образными коленами труб или расположены параллельно друг другу; они обычно нагреваются с помощью горелок боковых стенок, а в некоторых случаях также с помощью донных горелок и поэтому имеют, как известно, светлую сторону, обращенную к горелкам, и, как известно, темную сторону, которая смещена на 90° по отношению к ней, т.е. идет в направлении рядов труб. Средние температуры металла трубы (ТМТ) в некоторых случаях являются выше 1000°С.
Срок службы труб для крекинг-печи зависит в значительной степени от сопротивления ползучести и стойкости к науглероживанию, а также от степени коксования материала трубы. Решающим фактором для степени коксования, т.е. роста слоя углеродных отложений (кокса пиролиза) на внутренней стенке трубы, является, помимо типа используемого углеводорода, температура газа крекинга в области внутренней стенки и, как известно, жесткость рабочих условий, что скрывает влияние давления системы и времени пребывания в системе труб на выход этилена. Жесткость рабочих условий установлена на базе средней температуры на выходе газов крекинга (например, 850°С). Чем выше температура газа вблизи внутренней стенки указанной выше температуры, тем более интенсивным становится рост слоя кокса пиролиза, и изолирующее действие данного слоя позволяет температуре металла трубы увеличиваться еще больше. Хотя сплавы хром-никель-сталь, содержащие 0,4% углерода, свыше 25% хрома и свыше 20% никеля, например 35% хрома, 45% никеля и, если подходит, 1% ниобия, которые используются в качестве материала трубы, имеют высокую стойкость к науглероживанию, углерод диффундирует в стенку трубы через дефекты в оксидном слое, что приводит к значительному науглероживанию, которое может изменить количество содержания углерода от 1 до 3% на глубину стенки 0,5-3 мм. Это связано со значительным охрупчиванием материала трубы, с риском трещинообразования в случае неравномерно колеблющихся термических нагрузок, в частности, когда печь запускается и останавливается.
Для разрушения углеродных отложений (коксования) на внутренней стенке трубы необходимо прерывать операцию крекинга время от времени, для того чтобы выжечь кокс пиролиза с помощью паровоздушной смеси. Это требует прерывания работы на время до 36 ч и поэтому имеет значительно ухудшающее влияние на экономику способа.
Также известно из патента СВ 969796 использование труб для крекинг-печи с внутренними ребрами. Хотя внутренние ребра данного типа обеспечивают внутреннюю площадь поверхности, которая лучше на несколько процентов, например больше на 10%, с соответствующим улучшением теплопереноса, они также связаны с недостатком значительной потери давления по сравнению с гладкой трубой за счет трения на увеличенной внутренней поверхности трубы. Более высокая потеря давления требует более высокого давления системы, что неизбежно изменяет время пребывания и имеет ухудшающее влияние на выход. Дополнительным фактором является то, что известные материалы трубы с высокими содержаниями углерода и хрома больше не могут профилироваться холодными способами, например холодной вытяжкой. Такие способы имеют недостаток, заключающийся в том, что их деформируемость значительно снижается, так как горячая прочность увеличивается. Это ведет к высоким температурам металла трубы, например до 1050°С, которые являются желательными с точки зрения выхода этилена, что требует использовать трубы, полученные центробежным литьем. Однако такие центробежно отливаемые трубы могут быть получены только с цилиндрической стенкой, требуются специальные способы формования, например удаление материала электролитической обработкой или способ формования сваркой, если должны быть получены трубы с внутренними ребрами.
Ввиду данной предпосылки настоящее изобретение основано на проблеме улучшения экономики термического крекинга углеводородов в трубчатых печах с нагреваемыми снаружи трубами, имеющими спиралевидные внутренние ребра.
Поставленная задача достигается посредством способа, в котором закрученный поток создается в непосредственной близости к ребрам предпочтительно центробежно отлитой трубы, при этом закрученный поток превращается в зону ядра с преимущественно осевым течением при увеличении радиального расстояния от ребер. Переход между наружной зоной с закрученным потоком и зоной ядра с преимущественно осевым течением является постепенным, например параболическим.
В способе согласно настоящему изобретению закрученный поток воспринимает турбулентность отслаивания на боковых сторонах ребер, так что турбулентность не рециклируется локально в форме непрерывно циркулирующего потока во впадинах ребер. Несмотря на обычно большие расстояния, покрываемые частицами через спиралевидные пути, среднее время пребывания является ниже, чем в гладкой трубе и, кроме того, более равномерным в поперечном сечении (см. фиг. 7). Это подтверждается более
- 1 010936 высокой общей скоростью в профилированной трубе со спиралевидными ребрами (профиль 3) по сравнению с трубой с прямыми ребрами (профиль 2). Это обеспечивается, в частности, если закрученный поток в зоне ребра или ребер проходит под углом 20-40°, например 30°, предпочтительно 25-32,5° по отношению к оси трубы.
В способе согласно настоящему изобретению подача тепла, которая неизбежно является различной по окружности трубы между светлой стороной и темной стороной, выравнивается в стенке трубы и внутри трубы, и тепло быстро рассеивается внутрь к зоне ядра. Это связано с уменьшением риска местного перегрева перерабатываемого газа на стенке трубы с образованием в результате кокса пиролиза. Кроме того, термическая нагрузка на материал трубы является ниже за счет выравнивания температуры между светлой и темной сторонами, что увеличивает срок службы. Наконец, в способе согласно настоящему изобретению температура также делается более равномерной по поперечному сечению трубы, что дает улучшенный выход олефина. Причина этого состоит в том, что без радиального температурного выравнивания согласно настоящему изобретению внутри трубы чрезмерно глубокий крекинг будет иметь место на горячей стенке трубы, и рекомбинация продуктов крекинга будет иметь место в центре трубы.
Кроме того, слой ламинарного течения, что является характеристикой турбулентных потоков, со значительно сниженным теплопереносом образуется в случае гладкой трубы и в значительной степени в случае профилей ребра с внутренней окружностью, что увеличивается более чем на 5%, например на 10% ребрами. Ламинарные потоки приводят к увеличенному образованию кокса пиролиза, точно так же с плохой теплопроводностью. Два слоя вместе требуют большего введения тепла или более высокой мощности горелки. Это увеличивает температуру металла трубы (ТМТ) и, соответственно, сокращает срок службы.
Настоящее изобретение избегает этого посредством того факта, что внутренний периметр профиля составляет больше примерно самое большое на 5%, например 4% или даже 3,5% по отношению к периметру охватывающей окружности, касающейся впадин ребер. Однако внутренний периметр также может быть меньше на до 2%, чем охватывающая окружность. Другими словами, относительный периметр профиля отличается самое большее на 1,05-0,98% от периметра охватывающей окружности.
Соответственно, разность в площади профиля трубы согласно настоящему изобретению, т.е. ее расчетной внутренней площади поверхности по отношению к гладкой трубе, имеющей диаметр охватывающей поверхности, составляет самое большое от 5 до -2% или 1,05-0,98 раз площади гладкой трубы.
Профиль трубы согласно настоящему изобретению допускает более низкую плотность трубы (кг/м) по сравнению с оребренной трубой, в которой внутренний периметр профиля является по меньшей мере на 10% больше периметра охватывающей окружности. Это показано сравнением между двумя трубами с одинаковым гидравлическим диаметром и, соответственно, одинаковой потерей давления и одинаковым термическим результатом.
Дополнительным преимуществом периметра профиля согласно настоящему изобретению (относительного периметра профиля) по отношению к периметру охватывающей окружности является более быстрое нагревание подаваемого газа при сниженной температуре металла трубы.
Закрученный поток согласно настоящему изобретению значительно снижает степень ламинарного слоя, кроме того, он связан с вектором скорости, направленным к центру трубы, что снижает время пребывания радикалов крекинга и/или продуктов крекинга на горячей стенке трубы и химическое и каталитическое их разложение с образованием кокса пиролиза. Более того, разности температур между впадинами ребер и ребрами, которые являются значительными в случае профилированных изнутри труб с высокими ребрами, выравниваются закрученным потоком согласно настоящему изобретению. Это увеличивает время между двумя необходимыми операциями удаления кокса. Без закрученного потока согласно изобретению имеется значительная разность температур между вершинами ребер и основанием впадин ребер. Время пребывания продуктов крекинга, которые имеют тенденцию к коксообразованию, является меньше в случае труб для крекинг-печи, снабженных спиралевидными внутренними ребрами. Это зависит от природы ребер в отдельных обстоятельствах.
На диаграмме, представленной на фиг. 1 верхняя кривая показывает профиль 6: наклон 16°;
средняя кривая показывает профиль 3: наклон 30°;
нижняя кривая показывает профиль 4: 3 ребра с наклоном 30°.
Кривые ясно показывают, что более высокая окружная скорость профиля 6 с ребрами высотой 4,8 мм расходуется во впадинах ребер, тогда как окружная скорость профиля согласно настоящему изобретению с высотой ребер даже 2 мм проникает в ядро потока. Хотя окружная скорость профиля 4 даже с 3 ребрами является приблизительно такой же высокой, она не дает эффекта никакого спиралевидного ускорения потока ядра.
В соответствии с кривыми, показанными на диаграмме, представленной на фиг. 2, профиль согласно настоящему изобретению обеспечивает спиралевидное ускорение во впадинах ребер (верхняя ветвь кривой), которое покрывает широкие зоны поперечного сечения трубы и является поэтому ответственным за гомогенизацию температуры в трубе. Более низкая окружная скорость на вершинах ребер (нижняя ветвь кривой), кроме того, обеспечивает, что турбулентность и противотоки не имеют место.
- 2 010936
На фиг. 3 показано поперечное сечение трех испытываемых труб, включая их данные; трубы включают профиль 3 согласно настоящему изобретению. Каждая диаграмма показывает изменение температуры по радиусу трубы на темной и светлой сторонах. Сравнение диаграмм показывает более низкую разность температур между стенкой и центром трубы и более низкую температуру газа на стенке трубы в случае профиля 3 согласно изобретению.
Закрученный поток согласно настоящему изобретению обеспечивает, что колебание внутристенной температуры по сравнению с периферией трубы, т. е. между светлой и темной сторонами, составляет менее 12°С, даже хотя трубчатые змеевики, которые обычно расположены параллельными рядами, трубной печи нагреваются или действуют на горючих газах с помощью горелок боковой стенки только на противоположных сторонах, и поэтому трубы имеют каждая светлую сторону, обращенную к горелкам, и темную сторону, которая смещена на 90° по отношению к ней. Средняя температура металла трубы, т.е. различие в температуре металла трубы на светлой и темной сторонах, ведет к внутренним напряжениям и поэтому определяет срок службы труб. Поэтому снижение средней температуры металла трубы согласно настоящему изобретению с восемью ребрами с углом наклона 30°, внутренним диаметром 38,8 мм и наружным диаметром 50,8 мм, т.е. различие в высоте между впадинами ребер и вершинами ребер составляет 2 мм 11° по сравнению с гладкой трубой равного диаметра, на основе среднего срока службы 5 лет, что можно видеть на диаграмме, представленной на фиг. 4, дает при рабочей температуре 1050°С расчетное увеличение срока службы приблизительно до 8 лет.
Распределение температуры между светлой и темной сторонами для трех профилей, показанных на фиг. 3, представлено на диаграмме, показанной на фиг. 5. Более низкий уровень температурной кривой для профиля 3 по сравнению с гладкой трубой (профиль 0) и значительно более узкий интервал колебаний для кривой профиля 3 по сравнению с кривой профиля 1 являются заметными.
Особенно подходящее температурное распределение устанавливается, если изотермы идут в спиралевидной форме от внутренней стенки трубы к ядру потока.
Более однородное распределение температуры по поперечному сечению получается, в частности, если окружная скорость увеличивается до 2-3 м и затем остается постоянной по всей длине трубы.
С точки зрения достижения высокого выхода олефина при относительно короткой длине трубы способ согласно настоящему изобретению должен работать таким образом, что фактор гомогенности температуры по поперечному сечению и фактор гомогенности температуры, отнесенный к гидравлическому диаметру, составляет более 1 по отношению к фактору гомогенности гладкой трубы (НО0). В данном контексте факторы гомогенности определяются следующим образом:
Ησ0[-]ΗΡ0=ΔΤ0·άχ/ΔΤχ·ά0.
Конфигурация потока согласно настоящему изобретению, содержащая ядро потока и закрученный поток, может быть достигнута с оребренной трубой, в которой угол боковой стороны ребер, которые являются в каждом случае непрерывными по длине секции трубы, т.е. внешний угол между боковыми сторонами ребер и радиусом трубы составляет 16-25°, предпочтительно 19-21°. Угол боковой стороны этого типа, в частности, в комбинации с углом наклона ребра от 20 до 40°, например 22,5-32,5°, обеспечивает, что результаты во впадинах ребер не являются более или менее непрерывным закрученным потоком, который возвращается к впадинам ребер после боковых сторон ребер и ведет к образованию нежелательных вихрей во впадинах ребер. Точнее, турбулентность, образовавшаяся во впадинах ребер, становится отделяемой от сторон ребер и воспринимается закрученным потоком. Энергия закручивания, вводимая ребрами, ускоряет частицы газа и ведет к более высокой общей скорости. Это ведет к снижению температуры металла трубы и также делает последнюю более однородной, а также делая температуру и время пребывания по поперечному сечению трубы более однородными.
Свойства оребренной трубы согласно настоящему изобретению можно видеть из показа сегмента трубы на фиг. 6 и соответствующих характеристических параметров:
гидравлический диаметр Эн (в мм) Β1η/2;
угол профиля β; высота ребра Н; радиус охватывающей окружности Кн|+Н и Ό3=2χΒ3; центральный угол α;
радиус кривизны Β=Β3(8ίηα/28ίηβ+8ίηα); периметр охватывающей окружности 2πΚ.,,; угол в косоугольном треугольнике γ=180-(α+β); внутренний радиус Κ.1=2Β(8ίηγ/δίηα)-Β;
высота ребра Н=Ва1; периметр профиля Ир=2хчисло реберхпВ/180(2в+а);
площадь поверхности ребра Рк;
площадь охватывающей окружности Ρ3=πΌ3 2/4;
площадь внутренней окружности Ρ1=πΌ1;
площадь профиля в охватывающей окружности Рркхчисло ребер;
- 3 010936 периметр профиля υρ=(1,05-0,98)·2πΒα.
Ребра и впадины ребер, которые расположены между ребрами, могут быть зеркально симметричной конструкции в поперечном сечении и примыкать друг к другу или могут образовывать волновую линию с одинаковыми радиусами кривизны в каждом случае. Угол профиля тогда образован между касательными двух радиусов кривизны в точке касания и радиусом трубы. В данном случае ребра являются относительно пологими; высота ребра и угол профиля согласуются друг с другом таким образом, что гидравлический диаметр профиля из отношения 4хсвободное поперечное сечение/периметр профиля является равным или больше внутренней окружности профиля. Гидравлический диаметр находится поэтому во внутренней трети высоты профиля. Следовательно, высота ребра и число ребер увеличиваются, когда диаметр становится больше, так что закрученный поток поддерживается в направлении и с интенсивностью, требуемыми для действия профиля.
Большая скорость потока (фиг. 2), имеющая место между ребрами или во впадинах ребер, обеспечивает самоочищающий эффект, т.е. снижение количества кокса пиролиза, который отлагается.
Если ребра образованы наплавкой сваркой или сваркой с наплавлением с использованием центробежно отлитой трубы, стенка трубы между отдельными ребрами остается, по существу, без изменения, так что впадины ребер лежат на общей окружности, которая соответствует внутренней окружности центробежно отлитой трубы.
Испытаниями показано, что независимо от внутреннего диаметра труб суммарно 8-12 ребер являются достаточными для достижения конфигурации потока согласно настоящему изобретению.
В случае оребренной трубы согласно настоящему изобретению соотношение отношений коэффициентов теплопередачи 0ι,/0Ο и отношений потерь давления ΔΡΒ/ΔΡΟ в водном испытании, при применении и соблюдении правил подобия и использовании чисел Рейнольдса, данных для смеси нафта/водяной пар составляет предпочтительно от 1,4 до 1,5, где В обозначает оребренную трубу и Ο обозначает гладкую трубу.
Данными, представленными в таблице, показано преимущество оребренной трубы согласно настоящему изобретению (профиль 3) в сравнении с гладкой трубой (профиль 0) и оребренной трубой с 8 параллельными ребрами (профиль 1), у которых радиальное расстояние между впадинами ребер и вершинами ребер составляет 4,8 мм. Оребренные трубы все имеют 8 ребер и одинаковую охватывающую окружность. __________________________________________________________________________
Профиль 0 1 2
Температура жидкости при 9950 мм в центре, Тт [°С] 843, 6 848,1 843,0
Температура жидкости при 9950 мм на конце, Тг [°С] 888, 9 894 874,8
Температурный интервал при 9950 мм, ДТ=Тгет {°С] 45,3 45, 9 31,8
Фактор гомогенности для гладкой трубы Н при Н±=йТд/ДТк 1 0,9869281 1,4245283
Гидравлический диаметр ά., [ш] 0,0380 0,0256 0,0344
Фактор гомогенности, отнесенный к гидравлическому диаметру на основе гладкой трубы, Н,.0: Η,0=ΔΤο * С1х7ΔΤ, · сЬ 1 0,8477193 1,3420556
Классификация Н 2 2 1
В данном контексте гидравлический диаметр определяется следующим образом:
Огидравл=4х (свободное поперечное сечение)/внутренний периметр;
и предпочтительно соответствует внутреннему диаметру сравнительной гладкой трубы и поэтому дает в результате фактор гомогенности 1,425.
- 4 010936
В водном испытании оребренная труба согласно настоящему изобретению дает теплопередачу (О,,). которая в 2.56 раз выше. чем у гладкой трубы. с потерей давления (ΔΡΚ) . которая выше только в 1.76 раза.
На фиг. 7 показано сравнение труб трех различных профилей. включая трубу согласно настоящему изобретению с 8 ребрами. с углом наклона в каждом случае 30°. с трубой с гладкой внутренней стенкой (гладкая труба). Гидравлический диаметр. осевая скорость. время пребывания и потеря давления даны для каждого поперечного сечения.
Использованными исходными данными были количественные расходы в работающей гладкой трубе с внутренним диаметром 38 мм. который идентичен гидравлическому диаметру. С использованием правил подобия (одинаковые числа Рейнольдса) эти данные были пересчитаны на теплую воду и использованы в качестве основы для испытаний (см. соотношение отношений коэффициентов теплопередачи и потерь давления для испытаний с водой и относительный фактор гомогенности для расчета с использованием газов).
Различные профили скорости являются результатом одинаковых количественных расходов при различных гидравлических диаметрах (обратная зависимость).
Сравнение скоростей для профилей 2 и 3. которые являются идентичными в поперечном сечении. показывает улучшенную скорость. ускорение и время пребывания с трубами согласно настоящему изобретению (профиль 3). Для одинакового гидравлического диаметра скоростной компонент в периферийном направлении. обусловленный закручиванием. созданным ребрами. заставляет поток отрываться от стенки трубы и вызывает спиралевидно возрастающую скорость по всему поперечному сечению.
Направленный спиралевидный поток вводит тепло от стенки трубы в поток и поэтому распределяет его более равномерно. чем в обычном ненаправленном турбулентном потоке (гладкая труба. профили 1 и 2). То же самое применимо для времени пребывания частиц. Спиралевидный направленный поток распределяет частицы более однородно по поперечному сечению. тогда как ускорение на боковых сторонах профиля снижает среднее время пребывания. Более высокая потеря давления с профилем 3 является результатом окружной скорости. В случае профиля 1 причиной является значительное сужение потока и потеря трения на большой внутренней поверхности профиля.
В зависимости от материала оребренные трубы согласно настоящему изобретению могут быть получены. например. из центробежно отлитой трубы с помощью концов трубы с параллельными в осевом направлении ребрами. повернутыми по отношению друг к другу. или с помощью внутреннего профиля. полученного деформированием центробежно отлитой трубы. например горячей ковкой. горячей вытяжкой или холодной обработкой с помощью профилирующего инструмента. например тянущего дорна или круглого дорна с наружным профилем. который соответствует внутреннему профилю трубы.
Ряд вариантов режущих машин для внутреннего профилирования труб является известным. например. из патента Германии 19523280. Такие машины также подходят для получения оребренных труб согласно настоящему изобретению.
В случае горячего формования температура деформирования должна быть установлена таким образом. чтобы микроструктурные зерна частично разрушились в зоне внутренней поверхности и. соответственно. перекристаллизовались на более поздней стадии под влиянием рабочей температуры. Результатом этого является мелкозернистая микроструктура. которая обеспечивает быструю диффузию хрома. кремния и/или алюминия через аустенитичную матрицу к внутренней поверхности трубы. где тогда быстро нарастает кислороднозащитный слой.
Ребра согласно настоящему изобретению также могут быть получены наплавкой сваркой; в этом случае невозможно образовать изогнутое основание ребра между отдельными ребрами. но в большей степени первоначальный профиль внутренней стенки трубы здесь фактически сохраняется.
Внутренняя поверхность трубы согласно настоящему изобретению должна иметь насколько возможно наименьшую шероховатость; она может быть поэтому сглажена. например механически отполирована или электролитически выровнена.
Подходящими материалами трубы для использования в установках этилена являются железо и/или никелевые сплавы. содержащие 0.1-0.5% углерода. 20-35% хрома. 20-70% никеля. до 3% кремния. до 1% ниобия. до 5% вольфрама и добавки гафния. титана. редкоземельных металлов или циркония. в каждом случае до 0.5%. и до 6% алюминия.

Claims (20)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Оребренная труба для термического крекинга углеводородов в присутствии водяного пара, имеющая множество спиралевидных внутренних ребер, отличающаяся тем, что ребра проходят под углом 20-40° по отношению к оси трубы, а внешний угол между боковыми сторонами ребер и радиусом трубы составляет 16-25°.
  2. 2. Оребренная труба по п.1, отличающаяся тем, что ребра проходят под углом 22,5-32,5° по отношению к оси трубы.
  3. 3. Оребренная труба по п.1 или 2, отличающаяся тем, что периметр профиля (Ир) отличается на от 5 до -2% от охватывающей окружности, касающейся впадин ребер.
  4. 4. Оребренная труба по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что указанный внешний угол составляет 16-20°.
  5. 5. Оребренная труба по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что ребра и впадины, расположенные между ребрами, сконструированы зеркально симметричными в поперечном сечении.
  6. 6. Оребренная труба по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что вершины ребер и впадины ребер в каждом случае сливаются друг с другом.
  7. 7. Оребренная труба по одному из пп.1-6, отличающаяся тем, что ребра и впадины ребер имеют одинаковый радиус кривизны.
  8. 8. Оребренная труба по одному из пп.1-7, отличающаяся тем, что имеет суммарно 6-12 ребер.
  9. 9. Оребренная труба по одному из пп.1-8, отличающаяся тем, что гидравлический диаметр оребренной трубы является, по меньшей мере, равным диаметру внутренней окружности (К1).
  10. 10. Оребренная труба по одному из пп.1-9, отличающаяся тем, что соотношение отношений коэффициентов теплопередачи 0,/0,., и отношений потерь давления ΔΡΚ/ΔΡΟ в водном испытании составляет
    1,4-1,5, где К обозначает оребренную трубу и Ο обозначает гладкую трубу.
  11. 11. Оребренная труба по одному из пп.1-10, отличающаяся тем, что радиус кривизны (К) поперечного сечения ребра составляет 3,5-20 мм.
  12. 12. Оребренная труба по одному из пп.1-11, отличающаяся тем, что высота ребра (Н) составляет 1,25-3 мм.
  13. 13. Оребренная труба по одному из пп.1-12, отличающаяся тем, что свободное поперечное сечение в периметре профиля (Ир) составляет 85-95% площади охватывающей окружности (Еа).
  14. 14. Оребренная труба по одному из пп.1-13, отличающаяся тем, что площадь профиля (Ер) составляет 40-50% площади кольца между охватывающей окружностью и внутренней окружностью.
  15. 15. Оребренная труба по одному из пп.1-14, отличающаяся тем, что она представляет собой центробежно отлитую трубу, состоящую из никелевого сплава, содержащего 0,1-0,5% углерода, 20-35% хрома, 20-70% никеля, до 3% кремния, до 1% ниобия, до 5% вольфрама и в каждом случае до 0,5% гафния, титана, редкоземельных металлов, циркония и до 6% алюминия.
  16. 16. Оребренная труба по п.15, в которой сплав содержит отдельно или в комбинации друг с другом по меньшей мере 0,02% кремния, 0,1% ниобия, 0,3% вольфрама и 1,5% алюминия.
  17. 17. Оребренная труба по пп.1-16, отличающаяся тем, что она представляет собой центробежно отлитую трубу, концы которой после формирования в трубе параллельных в аксиальном направлении ребер повернуты по отношению друг к другу.
  18. 18. Оребренная труба по пп.1-16, отличающаяся тем, что внутренний профиль получен деформированием с использованием профилирующего инструмента.
  19. 19. Оребренная труба по пп.1-16, отличающаяся тем, что внутренний профиль получен наплавкой сваркой.
  20. 20. Оребренная труба по пп.1-16, отличающаяся тем, что внутренний профиль получен электролитическим удалением материала.
EA200500258A 2002-07-25 2003-05-08 Способ и оребренная труба для термического крекинга углеводородов EA010936B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10233961A DE10233961A1 (de) 2002-07-25 2002-07-25 Verfahren zum thermischen Spalten von Kohlenwasserstoffen
PCT/EP2003/004827 WO2004015029A1 (de) 2002-07-25 2003-05-08 Verfahren und rippenrohr zum thermischen spalten von kohlenwasserstoffen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200500258A1 EA200500258A1 (ru) 2005-08-25
EA010936B1 true EA010936B1 (ru) 2008-12-30

Family

ID=30128404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200500258A EA010936B1 (ru) 2002-07-25 2003-05-08 Способ и оребренная труба для термического крекинга углеводородов

Country Status (22)

Country Link
EP (2) EP2298850A1 (ru)
JP (2) JP4536512B2 (ru)
KR (1) KR101023668B1 (ru)
CN (1) CN100523133C (ru)
AT (1) ATE526385T1 (ru)
AU (1) AU2003227737A1 (ru)
BR (1) BR0312919B1 (ru)
CA (1) CA2493463C (ru)
DE (1) DE10233961A1 (ru)
EA (1) EA010936B1 (ru)
ES (1) ES2374568T3 (ru)
HR (1) HRP20050072A2 (ru)
IL (1) IL166229A (ru)
MA (1) MA27325A1 (ru)
MX (1) MXPA05001070A (ru)
NO (1) NO337398B1 (ru)
NZ (1) NZ537827A (ru)
PL (1) PL204769B1 (ru)
PT (1) PT1525289E (ru)
RS (1) RS20050060A (ru)
UA (1) UA85044C2 (ru)
WO (1) WO2004015029A1 (ru)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL2037202T3 (pl) 2006-07-05 2019-03-29 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Metalowa rura do reakcji krakingu termicznego
EP2408551A1 (en) * 2009-03-17 2012-01-25 Total Petrochemicals Research Feluy Process for quenching the effluent gas of a furnace
EP2813286A1 (de) * 2013-06-11 2014-12-17 Evonik Industries AG Reaktionsrohr und Verfahren zur Herstellung von Cyanwasserstoff
FR3033266B1 (fr) * 2015-03-05 2017-03-03 Ifp Energies Now Ensemble de collecte d'un fluide gazeux pour reacteur radial
US10611968B2 (en) 2015-07-09 2020-04-07 Sabic Global Technologies B.V. Minimizing coke formation in a hydrocarbon cracker system
JP6107905B2 (ja) * 2015-09-09 2017-04-05 株式会社富士通ゼネラル 熱交換器
KR102387593B1 (ko) * 2016-04-12 2022-04-18 바스프 안트베르펜 엔파우 크래킹 퍼니스를 위한 반응기
DE102016012907A1 (de) 2016-10-26 2018-04-26 Schmidt + Clemens Gmbh + Co. Kg Tieflochbohrverfahren sowie Werkzeug für eine Tieflochbohrmaschine und Tieflochbohrmaschine
DE102017003409B4 (de) 2017-04-07 2023-08-10 Schmidt + Clemens Gmbh + Co. Kg Rohr und Vorrichtung zum thermischen Spalten von Kohlenwasserstoffen
DK3384981T3 (da) * 2017-04-07 2024-04-08 Schmidt Clemens Gmbh Co Kg Rør og anordning til termisk spaltning af carbonhydrider
KR102576003B1 (ko) 2017-04-07 2023-09-07 슈미트+클레멘즈 게엠베하+콤파니.카게 탄화 수소를 열적으로 분해하기 위한 파이프 및 디바이스
US11053445B2 (en) * 2017-05-05 2021-07-06 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Heat transfer tube for hydrocarbon processing
EP3702713A4 (en) * 2017-10-27 2021-11-24 China Petroleum & Chemical Corporation IMPROVED HEAT TRANSFER PIPE AND PYROLYSIS FURNACE AND ATMOSPHERIC AND VACUUM HEATING FURNACE WITH IT
GB2590363B (en) * 2019-12-09 2023-06-28 Paralloy Ltd Internally profiled tubes

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4876065A (en) * 1987-05-19 1989-10-24 Vdm Nickel-Technologie Aktiengesellschaft Corrosion-resisting Fe-Ni-Cr alloy
DE4427859A1 (de) * 1994-08-05 1995-10-26 Siemens Ag Rohr mit auf seiner Innenseite ein mehrgängiges Gewinde bildenden Rippen sowie Dampferzeuger zu seiner Verwendung
DE19523280A1 (de) * 1995-06-27 1997-01-02 Gfm Gmbh Schmiedemaschine zum Innenprofilieren von rohrförmigen Werkstücken
US20010001399A1 (en) * 1996-07-25 2001-05-24 Willi Kleemann Austenitic nickel-chromium steel alloys
EP1136541A1 (en) * 1997-06-10 2001-09-26 ExxonMobil Chemical Patents Inc. Pyrolysis furnace with an internally finned u-shaped radiant coil

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB969796A (en) 1961-03-01 1964-09-16 Exxon Research Engineering Co Apparatus for heating fluids and tubes for disposal therein
JPS58132081A (ja) * 1982-01-08 1983-08-06 Idemitsu Petrochem Co Ltd 炭化水素の熱分解方法
JP3001181B2 (ja) 1994-07-11 2000-01-24 株式会社クボタ エチレン製造用反応管
JPH11199876A (ja) * 1998-01-16 1999-07-27 Kubota Corp コーキング減少性能を有するエチレン製造用熱分解管

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4876065A (en) * 1987-05-19 1989-10-24 Vdm Nickel-Technologie Aktiengesellschaft Corrosion-resisting Fe-Ni-Cr alloy
DE4427859A1 (de) * 1994-08-05 1995-10-26 Siemens Ag Rohr mit auf seiner Innenseite ein mehrgängiges Gewinde bildenden Rippen sowie Dampferzeuger zu seiner Verwendung
DE19523280A1 (de) * 1995-06-27 1997-01-02 Gfm Gmbh Schmiedemaschine zum Innenprofilieren von rohrförmigen Werkstücken
US20010001399A1 (en) * 1996-07-25 2001-05-24 Willi Kleemann Austenitic nickel-chromium steel alloys
EP1136541A1 (en) * 1997-06-10 2001-09-26 ExxonMobil Chemical Patents Inc. Pyrolysis furnace with an internally finned u-shaped radiant coil

Also Published As

Publication number Publication date
NZ537827A (en) 2007-04-27
BR0312919A (pt) 2005-07-05
EA200500258A1 (ru) 2005-08-25
EP1525289B1 (de) 2011-09-28
JP4536512B2 (ja) 2010-09-01
ES2374568T3 (es) 2012-02-17
NO20050493L (no) 2005-03-17
RS20050060A (en) 2007-09-21
WO2004015029A1 (de) 2004-02-19
AU2003227737A1 (en) 2004-02-25
KR101023668B1 (ko) 2011-03-25
JP2005533917A (ja) 2005-11-10
BR0312919B1 (pt) 2014-06-24
UA85044C2 (ru) 2008-12-25
DE10233961A1 (de) 2004-02-12
NO337398B1 (no) 2016-04-04
PL373967A1 (en) 2005-09-19
EP1525289A1 (de) 2005-04-27
HRP20050072A2 (en) 2005-08-31
KR20050052457A (ko) 2005-06-02
ATE526385T1 (de) 2011-10-15
PT1525289E (pt) 2012-01-04
EP1525289B9 (de) 2012-02-29
EP2298850A1 (de) 2011-03-23
CA2493463C (en) 2013-01-15
IL166229A0 (en) 2006-01-15
CA2493463A1 (en) 2004-02-19
CN100523133C (zh) 2009-08-05
PL204769B1 (pl) 2010-02-26
CN1671824A (zh) 2005-09-21
IL166229A (en) 2008-11-26
MA27325A1 (fr) 2005-05-02
MXPA05001070A (es) 2005-10-05
JP2010150553A (ja) 2010-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7963318B2 (en) Finned tube for the thermal cracking of hydrocarbons, and process for producing a finned tube
IL166229A (en) Process and polygonal pipe for thermal hatching of hydrocarbons
JP4819205B2 (ja) 内部フィン付きu字型放熱コイルを備える熱分解炉
JP7005538B2 (ja) 分解炉
MX2007001705A (es) Tubo compuesto, metodo de produccion para un tubo compuesto y uso de un tubo compuesto.
PT99640A (pt) Forno e processo para pirolise de hidrocarbonetos
CA2774979C (en) Flow enhancement devices for ethylene cracking coils
EA036486B1 (ru) Труба и устройство для термического разложения углеводородов
ZA200500456B (en) Method and ribbed tube for thermally cleaving hydrocarbons
US20090095594A1 (en) Cracking furnace
US11220635B2 (en) Pipe and device for thermally cleaving hydrocarbons
WO2010106070A1 (en) Process for quenching the effluent gas of a furnace
JPH09217068A (ja) 炭化水素の熱分解管

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM