ES2209971T3 - Calentador de tubo horizontal con combustion por ambos extremos. - Google Patents
Calentador de tubo horizontal con combustion por ambos extremos.Info
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Abstract
Un calentador que comprende: una sección radiante (10) que tiene un muro (12) y un techo (14), teniendo el techo (14) una abertura (18) longitudinal; un tubo (30) de intercambio de calor radiante dispuesto en la sección radiante (10), teniendo el tubo una toma (34) y una salida (36) a través de las cuales se puede transportar un fluido de proceso respectivamente al interior y al exterior de la sección radiante (10), estando dispuesto el tubo (30) entre la toma (34) y la salida (36) en secciones de tubo genéricamente horizontales; una pluralidad de quemadores (50), estando dispuestos al menos dos de los quemadores (50) en lados opuestos del tubo (30); y una pluralidad de soportes (40) del tubo situados de forma desmontable en intervalos longitudinales a lo largo de la longitud de tubo, definiendo los soportes (40) del tubo unos asientos del tubo sobre los cuales descansan las longitudes de tubo, pudiendo elevarse el tubo (30) y los soportes (40) del tubo como una unidad a través de la abertura longitudinal del techo (14) de la sección radiante (10).
Description
Calentador de tubo horizontal con combustión por
ambos extremos.
La presente invención se refiere a calentadores
con combustión por ambos extremos que tienen un tubo intercambiador
de calor radiante soportado en longitudes horizontales mediante un
soporte del tubo, y más particularmente a un calentador como el
mencionado que tiene característica de diseño que simplifican el
reemplazo del tubo y del soporte del tubo.
En un calentador con combustión por ambos
extremos, al menos un tubo de intercambio de calor que tiene un
fluido de proceso (líquido o gas), es calentado por combustión desde
dos lados opuestos del tubo en una sección radiante del calentador.
La presente invención se refiere a una subclase de dichos
calentadores, que se denomina "calentadores de tubo
horizontal", en los cuales el tubo (o tubos) se arrolla en avance
y retroceso en longitudes horizontales para formar un serpentín en
panel (o paneles) El serpentín en panel está soportado dentro de la
sección radiante mediante unos soportes del tubo. Los calentadores
de tubo horizontal se usan en procesos tales como el "craqueo"
del dicloruro de etileno (EDC) para convertirlo en cloruro de vinilo
y usarse como fibras y plásticos (dicho calentador se denomina horno
EDC), la vaporización de azufre en aplicaciones petroquímicas, como
materia prima de alimentación de calor para la coquización y
similares. Un ejemplo de un calentador de tubo horizontal usado para
calentar el material de alimentación de coquización se ilustra en la
patente U.S. número 5.078.857 de Melton.
Como caso práctico, la mayoría de los
calentadores de tubo horizontal contendrán una sección de convención
además de la sección radiante. En la sección de convección, que se
emplea corriente abajo y a una elevación más alta que la sección
radiante, un serpentín (o serpentines) de tubo de convección está
expuesto a un flujo de los productos de emisión calientes procedente
de la combustión en la sección radiante.
En muchas aplicaciones de calentadores de tubos
horizontales, como las mencionadas anteriormente, el tubo y los
soportes del tubo están sometidos a extremas condiciones ambientales
o de operación. Dichas conducciones pueden conducir a una corrosión
significativa, y al desgaste y fisuración en el tubo y los soportes,
lo cual requiere que el tubo y/o los soportes sean reemplazados
periódicamente, normalmente tras 5 ó 10 años de servicio. En un
calentador de tubo horizontal típicos, el reemplazo del tubo y/o los
soportes es una tarea onerosa.
Por ejemplo, la patente U.S. número 3.384.053, de
Fleischer, desvela un calentador calentado por ambos extremos con
una chimenea desplazada. Un tubo en serpentín está soportado por la
parte superior mediante unos soportes abisagrados que están
suspendidos desde el armazón estructural del calentador y se
extienden dentro del calentador a través de unas aberturas pequeñas
a través del techo del calentador. Las aberturas están
preferentemente cerradas alrededor del soporte con cemento. El
calentador desvelado por Fleischer parece que sufre de los mismos
inconvenientes para el reemplazo del tubo que la mayoría de los
calentadores de tubos horizontales. Tradicionalmente, las longitudes
horizontales del tubo tienen que cortarse en secciones
longitudinalmente, y retirar una cada sección independientemente a
través de una puerta en un muro de extremo del horno. El corte,
bajada y retirada de las longitudes de tubo situadas en elevaciones
superiores en el calentador podrá ser dificultoso y a veces
peligroso. Además, el tubo de reemplazo deberá ser insertado en, y
ensamblado dentro de, el horno de una manera similar. Además, dado
que no resulta práctico reemplazar los soportes del tubo sin
desmantelar el tubo o cortar el soporte del tubo, la tarea es aún
onerosa incluso si solamente un soporte del tubo necesita
reemplazo.
Se han realizado intentos de suministrar una
pared o muro de extremo desmontable a través de la cual todo el
panel de del tubo en serpentín pueda ser retirado sobre deslizaderas
o raíles. Dichos intentos han demostrado ser generalmente costosos e
impracticables. Uno de dichos intentos se ilustra en la patente U.S.
número: 2.456.787, de Kniel. Dicha patente ilustra un calentador,
diseñado para no emplear una sección de convección, en el cual un
serpentín de tubo es calentado por ambos extremos y dos serpentines
periféricos son calentados por un extremo (es decir expuestos a la
llama en un lado solamente) en una cámara del horno. Un par de
conductos de escape se extienden desde el techo de la cámara del
horno. El tubo serpentín calentado por ambos extremos está soportado
en una cámara mediante unos soportes del serpentín, a través de los
cuales se extienden longitudes horizontales del serpentín de tubo.
Los soportes del serpentín suspendidos desde una railera
longitudinal (situada encima de la cámara del horno entre los
conductos de escape) hacia abajo a través de una ranura (paralela a
la railera) en el techo de la cámara del horno y dentro de la cámara
del horno. La ranura del techo está normalmente cerrada alrededor de
los soportes mediante unos cierres abisagrados, cuyas superficies
internas están formadas de un material refractario. Otra ranura, que
también está normalmente cerrada mediante un cierre abisagrado, con
una superficie interna refractaria está pivotada en la pared de
extremo. Cuando la ranura del techo y los cierres de la ranura de la
pared de extremo están abiertos, el serpentín puede ser retirado o
insertado a través de la ranura de la pared distal moviendo el
soporte a lo largo de la railera. Esta configuración es una
configuración compleja que requiere unos grandes cierres que se
puedan abrir tanto en el techo como en la pared de extremo así como
la estructura que se extiende más allá de la pared o muro de extremo
de la cámara del horno para soportar la railera que lleva el
serpentín a medida que éste retirado a través del muro de extremo.
Además, no se han realizado provisiones para la intercambiabilidad
de los soportes del tubo independientemente del serpentín de
tubo.
Se debe realizar mención a otra clase de
calentadores calentados por ambos extremos denominados en la
presente memoria como "calentadores de tubos verticales" que
utilizan unos tubos dispuestos en longitudes verticales en vez de
horizontales. Las características de construcción, aplicaciones y
mantenimiento necesarios de los calentadores de tubos verticales son
completamente diferentes de los calentadores de tubos horizontales y
por lo tanto no se dará en la presente memoria una amplia
explicación respecto de los calentadores de tubos verticales. Por
ejemplo, en la mayoría de calentadores de tubos verticales, las
longitudes de tubos verticales están soportadas individualmente
desde fuera de la sección radiante mediante un sistema de tirantes y
contrapesos. Generalmente no se emplean miembros de soporte dentro
de la sección radiante del calentador. Sin embargo, igualmente que
con los tubos horizontales, las longitudes verticales se insertan y
retiran normalmente de forma longitudinal. Debido a la orientación
de las longitudes de tubo, éstas se insertan y retiran normalmente a
través de pequeñas aberturas provistas en el techo de la sección
radiante. Algunos ejemplos se ilustran en las patentes U.S. números
3.230.052 y 3.265.043, ambas de Lee y otros; 3.348.923, de Demarest;
y 4.955.323, de Ziemianek. No se ha previsto en ninguna de dichas
patentes la inserción y retirada de longitudes múltiples de tubos
como una unidad. Obviamente, sin soportes de los tubos de sección
radiante no existe provisión para intercambiar dicho soporte
independientemente del tubo.
Por lo tanto, existe la necesidad en la técnica
de un calentador de tubo horizontal en que se hayan realizado
provisiones para la retirada y reemplazo simplificado de un
serpentín en panel de tubo desgastado.
Existe además la necesidad en la técnica de un
calentador de tubo horizontal en el cual el serpentín en panel pueda
retirarse como una unidad y el serpentín en panel de reemplazo pueda
insertarse similarmente como una unidad. Existe además la necesidad
de disponer de un calentador de tubo horizontal en el cual un
soporte del tubo pueda retirarse y reemplazarse independientemente
del propio serpentín en panel.
La presente invención se dirige a remediar las
necesidades anteriormente mencionadas en la técnica al suministrar
un calentador de tubo horizontal en el cual el tubo serpentín en
panel se pueda retirar y reemplazar como una unidad y en el cual los
soportes del tubo preferentemente puedan ser retirados y
reemplazados individual e independientemente.
En un aspecto, la invención se refiere a un
calentador que incluye una sección radiante que tiene una pared y un
techo, teniendo el techo una abertura longitudinal. Un tubo
intercambiador radiante está dispuesto en la sección radiante, y el
tubo tiene una toma y una salida a través de la cual un fluido de
proceso pueda ser transportado respectivamente dentro y fuera de la
sección radiante. El tubo entre la toma y la salida está dispuesto
en longitudes de tubo genéricamente horizontales. Una pluralidad de
quemadores está provista, estando dispuestos al menos dos de los
quemadores en lados opuestos del tubo. Una pluralidad de soportes
del tubo están situados de forma liberable en intervalos
longitudinales a lo largo de las longitudes de tubo y define unos
asientos del tubo sobre los cuales descansan las longitudes del
tubo. El tubo y los soportes del tubo se pueden elevar como una
unidad a través de la abertura longitudinal del techo de la sección
radiante.
Preferentemente, las longitudes de tubo son
sustancialmente paralelas y sustancialmente alineadas verticalmente,
y cada soporte del tubo incluye una columna genéricamente vertical.
Las longitudes de tubo están también preferente y sustancialmente
alineadas con la abertura longitudinal del techo de la sección
radiante.
Cada soporte del tubo podrá incluir una columna
genéricamente vertical y una pluralidad de brazos de soporte,
definiendo los brazos se soporte los asientos del tubo y estando
sujetos de forma desprendible a la columna.
Preferentemente, los soportes del tubo están
suspendidos de forma desmontable dentro de la sección radiante desde
la parte superior de las longitudes del tubo. Cada soporte del tubo
podrá estar retenido lateralmente por debajo de las longitudes del
tubo. En una forma de realización, cada soporte del tubo tiene un
extremo superior que se extiende a través de la abertura
longitudinal del techo. Cada soporte del tubo podrá incluir además
un resalto fijado al extremo superior de la columna, para estar
localizado por encima de la sección radiante, estando el soporte del
tubo suspendido desde el resalto. Un miembro de soporte en puente
podrá estar fijado de forma desprendible a través de la abertura
longitudinal del techo de la sección radiante y los asientos del
resalto sobre el miembro de soporte en puente, con objeto de
suspender el soporte del tubo. El calentador podrá incluir una
sección de convección que contiene un tubo intercambiador de calor
por convección. La sección de convección está normalmente encima y
desplazada horizontalmente del tubo.
En una forma de realización, el calentador
incluye un par de secciones radiantes; un par de tubos, un tubo
dispuesto en cada sección radiante; y par de conjuntos de
quemadores, estando dispuesto un conjunto de quemadores en cada
sección radiante; un par de conjuntos de los soportes del tubo,
estando dispuesto un conjunto de los soportes del tubo en cada
sección radiante; y un par de secciones de convección, estando
conectada cada sección de convección operativamente a una sección
diferente de las secciones radiantes y situadas por encima y
desplazadas horizontalmente del tubo dispuesto en la sección
radiante conectada, estando dispuesto el par de secciones de
convección próximas entre sí.
En otro aspecto de la invención, un calentador
incluye una sección radiante que tiene una pared y un techo,
teniendo el techo una abertura longitudinal. El tubo de intercambio
de calor radiante está dispuesto en la sección radiante. El tubo
tiene una toma y una salida a través de la cual se puede transportar
el fluido de proceso respectivamente dentro y fuera de la sección
radiante. El tubo entre la toma y la salida está dispuesto en
longitudes de tubo horizontales y las longitudes de tubo son
sustancialmente paralelas y alineadas verticalmente para formar un
serpentín en panel que está genéricamente alineado con la abertura
longitudinal del techo de la sección radiante. Una pluralidad de
quemadores están provistos y al menos dos de los cuales están
dispuestos en lados opuestos del serpentín en panel. Una pluralidad
de soportes del tubo están situados de forma desprendible en
intervalos longitudinales a lo largo de las longitudes del tubo. Los
soportes del tubo incluyen unas columnas genéricamente verticales y
unos brazos de soporte extendidos desde las columnas y las
longitudes de tubo descansan sobre los brazos de soporte, de forma
que el soporte del tubo soporta el serpentín en panel. El serpentín
en panel y los soportes del tubo se pueden elevar como una unidad a
través de la abertura longitudinal del techo de la sección
radiante.
Los objetos anteriormente mencionados, así como
otros objetos características y ventajas de la invención se volverán
patentes en mayor medida tras la lectura de la descripción detallada
siguiente, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que
números de referencia iguales indican elementos iguales en toda la
descripción.
La Figura 1 es un alzado desde el frente
esquemáticamente en sección de un calentador de tubo horizontal
según una forma de realización preferente de la invención.
La Figura 2 es un alzado desde el frente
esquemáticamente en sección de un calentador de tubo horizontal
ilustrado en la Figura 1.
La Figura 3 es un detalle del mecanismo de
soporte superior de la columna según una forma de realización de la
invención.
La Figura 4 es una vista detallada del área
indicada por el circulo IV de la Figura 2.
La Figura 5 es una vista detallada indicada por
la flecha V-V en la Figura 4.
La Figura 6 es una vista detallada del área
indicada por el circulo VI en la Figura 2.
La Figura 7 es un alzado lateral en sección
esquemático de un calentador de tubo horizontal según otra forma de
realización de la invención.
La Figura 8 es una vista detallada del área
indicada por el circulo VIII en la Figura 7.
La invención se explicará en el contexto de un
horno de craqueo EDC. Sin embargo, los principios de la invención se
pueden aplicar igualmente a otras configuraciones de calentador de
tubo horizontal. La Figura 1 es un alzado frontal en sección
esquemático de un horno 1 de craqueo EDC. El horno 1 tiene una
sección radiante 10 y, en una forma de realización preferente, una
sección de convección 20.
Al menos un tubo 30 intercambiador de calor forma
un serpentín en panel 32 que se arrolla en longitudes horizontales
hacia delante y hacia atrás a través de la sección radiante 10. El
serpentín en panel 32 está soportado dentro de la sección radiante
10 por una pluralidad de soportes 40 del tubo, que están separados a
lo largo de longitudes horizontales de tubo 30 y que definen unos
asientos del tubo sobre los cuales descansa el tubo 30. El tubo 30
de la sección radiante lleva un fluido de proceso (es decir líquido
o gas) desde su toma 34 hasta su salida 36 a través de la sección
radiante 10. En la forma de realización ilustrada, la toma 34 del
tubo está situada encima de la salida 36 del tubo. Sin embargo, los
principios de la invención se aplican igualmente a otra forma de
realización, como por ejemplo un flujo de fluido de proceso desde
abajo hacia arriba.
La sección radiante 10 incluye también una
pluralidad de quemadores 50, algunos de los cuales están
preferentemente elevados sobre una plataforma 52 de quemadores. Los
quemadores 50, provistos en cada lado del serpentín en panel 32
calientan el serpentín en panel 32 (y el fluido de proceso que fluye
a través del tubo 30 de sección radiante).
La sección de convección 20 del horno 1 se emplea
corriente abajo (en términos de los gases de combustión) de, y a una
elevación más alta que, la sección radiante 10. En la sección de
convección 20, un conjunto de serpentines 32 de tubo de convección
se expone a un flujo de productos de emisión de la combustión en la
sección radiante 10. Los productos de emisión fluyen desde la
sección de convección 20 por medio de la chimenea 60.
La Figura 2 es un alzado lateral en sección
esquemático del horno 1 ilustrado en la Figura 1 que muestra que la
sección radiante 10 incluye una parte inferior 11, unas paredes 12 y
un techo 14, todos los cuales están revestidos con un material
refractario 16 apropiado. Podrá apreciarse que esta forma de
realización del horno 1 comprende realmente dos hornos 1a, 1b
sustancialmente idénticos dispuestos parte posterior con parte
posterior. Los beneficios de esta configuración se describirán en lo
que sigue.
Como puede apreciarse en la Figura 2, las
longitudes de tubo 30 horizontal radiante están "apiladas"
sustancialmente de forma vertical en el serpentín en panel 32. Si el
horno 1 emplea una sección de convección 20, como en la forma de
realización ilustrada, la sección de convección 20 está desplazada
horizontalmente del serpentín en panel 32. Una abertura longitudinal
18, a través de la cual el serpentín en panel 32 puede caber
verticalmente como una unidad, está provisto en el techo 14 de la
sección radiante 10. Esta combinación de características permite al
serpentín en panel 32 que sea instalado o retirado como una unidad
prefabricada a través de la abertura longitudinal 18 en el techo 14
de la sección radiante 10.
Con objeto de facilitar adicionalmente la
retirada/inserción del serpentín, cualquier elemento de abrazadera
70 estructural que esté situado por encima de la sección radiante 10
está sujeto de forma desprendible (es decir por medio de pernos,
pasadores o similares) en posición. Esto permite la retirada del
elemento de abrazadera 70 estructural durante la inserción/retirada
del serpentín 32 en panel. Dado que la inserción/retirada del
serpentín en panel 32 no será llevado a cabo durante la operación
del horno ni durante una climatología severa, el horno 1 no quedará
comprometido por la retirada temporal del elemento de abrazadera
70.
Preferentemente, los soportes 40 del tubo están
suspendidos desde la parte superior. Dado que el tubo serpentín en
panel 32 está soportado desde la parte superior, será una operación
relativamente fácil transferir el peso del tubo serpentín en panel
32 a una grúa u otro mecanismo de elevación. De dicha forma, este
diseño de soporte por la parte superior es muy apropiado para la
instalación y retirada del tubo serpentín en panel 32 como una
unidad en una dirección sustancialmente vertical a través de la
abertura 18 longitudinal. Como forma práctica, dado que los soportes
40 del tubo están soportados por la parte superior, la forma más
eficaz de elevar y retirar el serpentín en panel 32 es utilizando
los soportes 40 del tubo. De dicha forma, los soportes 40 del tubo y
el serpentín en panel 32 podrán ser prefabricados e instalados como
una unidad a través de la abertura longitudinal 18 en el techo 14 de
la sección radiante. Evidentemente, la abertura longitudinal 18
deberá estar dimensionada para acomodar dicho ensamblaje de
serpentín en panel.
En adición de lo anterior, la construcción
soportada por la parte superior de los soportes 40 del tubo
suministra ventajas adicionales. Una ventaja principal deriva del
principio según el cual el mismo peso podrá ser soportado por una
columna que tenga una sección transversal mucho menor si dicha
columna está en tensión en vez de en compresión. De dicha forma, los
soportes 40 del tubo soportados por la parte superior podrán tener
un tamaño reducido de forma significativa y todavía disponer de una
durabilidad incrementada en comparación con soportes comparables que
están soportados por la parte inferior. Dado el coste de los aceros
hiperaleados que se deben usar en la sección radiante 10 de dicho
horno 1, la sección transversal reducida y la vida útil incrementada
de los soportes 40 del tubo podrán conducir a ahorros
significativos. Además, el tamaño y peso reducidos de los soportes
40 del tubo facilitan adicionalmente la instalación y retirada del
serpentín en panel 32 a través de la abertura longitudinal 18.
Una característica preferente adicional de la
invención es que los soportes 40 del tubo deberán ser construidos,
en la forma descrita en lo que sigue, para permitir que uno de los
soportes 40 del tubo sea retirado y reemplazado a través de la
abertura longitudinal 18 mientras que se deja en posición el
serpentín en panel 32 en la sección radiante 10 del horno 1. Esto
reducirá en gran manera el tiempo y el coste experimentados al
reemplazar un soporte 40 del tubo desgastado. Dado que los soportes
40 del tubo están diseñados para que sean redundantes (es decir,
capaces de soportar la carga del serpentín en panel 32 en caso de
fallo de cualquiera de los soportes 40 del tubo), el serpentín en
panel 32 podrá ser soportado temporalmente por los soportes 40 del
tubo restantes mientras un soporte 40 del tubo es retirado y
reemplazado.
Cada soporte 40 del tubo comprende
preferentemente al menos una columna vertical 42 desde la cual se
extiende una pluralidad de brazos 44 de soporte que definen los
asientos del tubo sobre los cuales las longitudes de tubo 30 del
serpentín en panel 32 están soportados. La columna 42 puede adoptar
cualquier forma apropiada, bien conocida en la técnica, como por
ejemplo una viga en I, un canal en C o similares, pero se considera
preferente una forma tubular y más preferentemente una pieza
moldeada por centrifugado para mantener mejor la integridad y
resistencia estructural en las condiciones severas del horno. Los
brazos 44 están preferentemente fijados de forma desmontable a la
columna 42. Al despegar los brazos 44 de las columnas 42, las
columnas 42 podrán ser elevadas verticalmente hacia arriba a través
de la abertura longitudinal 18 en el techo 14 de la sección radiante
10 sin perturbar el serpentín en panel 32. Esto permite que las
columnas 42 sean retiradas individualmente y reemplazadas mientras
que se deja el serpentín en panel 32 intacto y en posición en el
horno 1.
Una forma de realización del soporte 40 del tubo
se muestran las Figuras 2 y 4. Un par de columnas 42 tubulares y
paralelas están dispuestas en cada lado de, y soporta, un solo
serpentín en panel 32. Una pluralidad de travesaños 44a se extienden
entre las columnas 42 soportando el peso del serpentín en panel 32.
(La Figura 2 ilustra solamente los travesaños 44a en la parte
superior e inferior de las columnas 42, pero realmente los
travesaños 44a serán empleados a lo largo de toda la longitud de las
columnas 42). Los travesaños 44a podrán adoptar cualquier forma
apropiada, como por ejemplo barras rectangulares o tubos huecos,
pero se consideran preferente las barras redondas macizas.
En función del tipo del horno 1 y de las
temperaturas que se producirán, las columnas 42 y los travesaños 44a
están formados de materiales apropiados. En el caso de un horno 1 de
craqueo EDC, las columnas 42 (y preferentemente los travesaños 44a)
deberán estar formados de una aleación de aluminio que contenga
cromo y/o níquel, preferentemente al menos 25% de cromo y/o 20% de
níquel. Una aleación apropiada es un acero inoxidable austenítico
HK40. Otros materiales, bien conocidos en la técnica, que tienen
propiedades de resistencia térmica iguales o superiores se podrán
emplear. En aplicaciones que tienen condiciones de temperaturas más
severas o de carga, se podrán requerir otras hiperaleaciones. Los
grosores de las columnas 42 y travesaños 44a dependerán de factores
tales como la altura y el peso del serpentín en panel 32, lo cual
podrá ser determinado fácilmente.
Preferentemente, los travesaños 44a están fijados
de forma desmontable en la columna 42. En la forma de realización
ilustrada, cada travesaño 44a se extiende a través de agujeros
opuestos en cada columna 42. Unos pasadores abiertos 46 por ejemplo,
podrán estar provistos en cada extremo de los travesaños 44a para
mantenerlos en posición. Los travesaños 44a podrán ser fijados a las
columnas 42 de otra forma, como por ejemplo tuercas roscadas o
arandelas soldadas. En la forma mencionada, suministrando travesaños
44a fijados de forma desmontable permite que las columnas 42 se
puedan retirar y reemplazar individualmente a través de la abertura
longitudinal 18 en el techo 14 de la sección radiante 10 sin retirar
ni desmantelar el serpentín en panel 32.
En la forma mencionada anteriormente, las
columnas 42 están preferentemente suspendidas desde arriba. Se
considera preferente que cualquier estructura que se emplee como
soporte primario de soporte de cargas esté localizada fuera de la
sección radiante 10, dado que las altas temperaturas en la sección
radiante 10 podrán hacer descender el límite elástico de los
materiales usados para soportar la carga. También se considera
preferente que las columnas 42 estén soportadas de una forma tal que
permita la retirada del serpentín en panel 32 y/o las columnas 42
cuando se desee. Por lo tanto, se prefiere que cada columna 42 en
operación se extienda a través de la abertura longitudinal 18 a
través de la cual el serpentín en panel 32 se pueda retirar y que el
soporte primario de soporte de carga de la columna 42 esté provisto
sobre la parte de la columna 42 que está por encima de la abertura
longitudinal 18. Las Figuras 3 a 5 ilustran una configuración
preferente para conseguir lo mencionado.
Un resalto 80 está fijado a la columna 42 en, o
próximo a, su extremo superior. El resalto 80 debería extenderse
transversalmente en al menos dos direcciones opuestas desde la
columna 42. El resalto 80 podrá adoptar muchas formas, como por
ejemplo un collarín o un pasador en el extremo de la columna 42,
pero en la forma de realización preferente de la invención, el
resalto 80 es un par de ensamblajes 82 de orejeta opuestos que están
soldados a la columna 42. En la forma de realización mostrada en las
Figuras 3 a 5, cada ensamblaje de orejeta 82 comprende un
rigidificador vertical 84 y una placa horizontal 86 en la base de
rigidificador 84. El rigidificador 84 vertical ilustrado es una
placa triangular, dos bordes 84a, 84b de la cual están soldados a la
columna 42 y a la placa horizontal 86, respectivamente. La placa
horizontal 86 tiene un borde radial 86a que está también soldado a
la columna 42.
Una superficie de soporte, sobre la cual se
asienta el resalto 80 de la columna, está provista sobre el horno 1.
La superficie de soporte podrá estar provista de unos raíles 90 que
definen los bordes de la abertura longitudinal 18 a través de la
cual se extiende la columna 42. Sin embargo, los raíles 90 están los
suficientemente separados, de forma que la abertura longitudinal 18
sea lo suficientemente ancha para permitir que todo el ensamblaje
del serpentín en panel (es decir, el serpentín en panel 32 y las
columnas 42) pasen a su través. De dicha forma, si los raíles 90
estuviesen para suministrar la superficie de soporte, el resalto 80
debería de ser capaz de soportar la columna 42 (y el serpentín en
panel soportado de dicha forma) a través de un brazo con un momento
considerable. Por lo tanto, se considera preferente que la
superficie de soporte esté provista más próxima a, y sobre cada lado
de, la columna 42. Esto podrá conseguirse mediante unos miembros 92
de soporte en puente que atraviesen la abertura longitudinal 18 en
cada lado de la columna 42. En una forma de realización preferente,
cada miembro 92 de soporte en puente es un canal con forma de C
abierto de forma alejada desde la columna 42. Una pata 92a del canal
descansa sobre los raíles 90 en cada borde de la abertura
longitudinal 18 y en la pata opuesta 92b del canal suministra la
superficie de soporte para los ensamblajes de orejeta 82.
Durante la operación del horno 1, el serpentín en
panel 32 se expandirá y contraerá según los cambios de temperatura,
originando un movimiento longitudinal local de los tubos 30 con
relación a las columnas 42. Con objeto de estabilizar el serpentín
en panel 32 y prevenir cambios súbitos de deslizamiento o curvatura
perniciosos, las columnas 42 están preferentemente fijadas
lateralmente en su parte superior e inferior. En su parte superior
esto podrá realizarse atornillando los ensamblajes de orejeta 82 a
los miembros 92 de soporte en puente, y atornillando los miembros 92
de soporte en puente a los raíles 90. En su parte inferior, las
columnas 42 podrán mantenerse fijamente por los pasadores de guía 48
que encajan dentro de los agujeros 49 de guía tubulares en la parte
inferior 11 de la sección radiante 10 del horno 1, en la forma
mostrada en la Figura 6. Los pasadores de guía 48 son libres de
deslizase longitudinalmente en los agujeros guía 49, permitiendo de
dicha forma la expansión y contracción térmicas mientras limitan el
movimiento horizontal. Esta configuración también permite fácilmente
que las columnas 42 bien soportando o separadas del serpentín en
panel 32 se puedan elevar y alejarse de la parte inferior del horno
1.
Dado que se considera preferente que las columnas
42 estén limitadas lateralmente a medida que los tubos 30 se
expanden y contraen, el movimiento relativo de los tubos 30
impartirán fuerzas friccionales sobre los soportes 40 del tubo. Los
materiales y espesores de los soportes 40 del tubo deberán
seleccionarse para resistir dichas fuerzas friccionales, como será
fácilmente aparente a los expertos en la técnica.
Aunque no se considera necesario suministrar una
junta hermética al aire para la abertura longitudinal 18 durante la
operación del horno, se considera preferente minimizar el flujo de
aire a través de la abertura longitudinal 18 para mantener la
eficacia del horno. Esto podrá obtenerse mediante una serie de
placas de cierre 94 con partes inferiores aisladas. Un par de placas
94 de cierre están conformadas para encajar alrededor de cada
soporte 40 del tubo y podrán ser divididas conjuntamente por
cualquier medio apropiado, como por ejemplo unas barras planas
atornilladas a través de su interfaz 94a. Las placas de cierre 94
podrán ser atornilladas a la parte inferior de los miembros 92 de
soporte en puente.
Los ensamblajes de orejeta 82, los miembros 92 de
soporte en puente y las placas de cierre 94 podrán estar formados de
acero estructural apropiado, como por ejemplo acero al carbono
estructural ASTM A36. Los ensamblajes de orejeta 82, que soportan la
responsabilidad primaria de soporte de peso, podrán ser formados de
materiales más resistentes como por ejemplo acero al cromo de 1 1/4
ó 2 1/4, si el peso o las temperaturas así lo indican, como será
patente a los expertos en la técnica.
En otra forma de realización, mostrada en las
Figuras 7 y 8, el soporte 40 del tubo comprende una sola columna 42,
formada de forma similar a las formas de realización previas,
emparedada entre, y que soporta, un par de serpentines en panel 32,
una disposición conocida como de "doble-paso".
En los soportes 40 del tubo mostrados en las Figuras 7 y 8, dos
series de ganchos de fundición 44b están montados en lados opuestos
de la columna 42 para soportar el peso de los serpentines en panel
32, igualmente que los travesaños 44a de la forma de realización
previa, los ganchos 44b deberán estar fijados de forma desmontable a
la columna 42. Por ejemplo, un gancho 44b podrá encajar alrededor de
o dentro de la columna 42 y podrán ser clavados en posición mediante
un pasador 47 que pase completamente a través del gancho 44b y la
columna 42. Unos pasadores abiertos (no representados), por ejemplo,
podrán ser provistos en uno o ambos extremos del pasador 47 para
mantenerlos en posición.
Las características restantes del soporte 40 del
tubo, explicadas anteriormente en conexión con las formas de
realización ilustradas en las Figuras 2 a 6, se aplican a esta forma
de realización también.
En la forma mencionada, la sección de convección
20 está desplazada del serpentín en panel 32 radiante. La sección de
convección 20 debería estar desplazada al menos lo suficientemente
para permitir que el serpentín en panel 32 y/o las columnas 42 sean
insertadas y retiradas a través de la abertura longitudinal 18 sin
incidir sobre la sección de convección 20. Como forma práctica, se
considera preferente que la sección de convección 20 esté desplazada
totalmente de la sección radiante 10, en la forma mostrada en la
Figura 2. En dicha configuración, la sección de convección 20 está
conectada a la sección radiante 10 mediante unos conductos 24
transversales. Además de servir de ayuda al flujo del material
evacuado dentro de la sección de convección 20, esta disposición
facilita la construcción y ensamblaje modular individual de las
secciones de convección y radiante 20, 10.
Un aspecto opcional, e independiente, de la
invención que es particularmente aplicable a operaciones con mayor
capacidad se ilustra también en las Figuras 2 y 7. Dos hornos 1a, 1b
sustancialmente idénticos están dispuestos parte posterior con parte
posterior y podrán ser operados en paralelo. Esto es particularmente
útil en la construcción de horno 1a, 1b que emplean una sección de
convección 20 desplazada. Al orientar los hornos 1a, 1b con las
secciones de convección 20 respectivas próximas entre sí, los hornos
1a, 1b podrán estabilizar estructuralmente el uno al otro. Esto
permite usar menos acero estructural en cada horno 1a o 1b que si
estuvieran independientemente.
Esta configuración de horno dual tiene una
ventaja principal en procesos tales como el craqueo EDC, en los
cuales los hornos deben de retirarse periódicamente de la línea y
ser descoquificados. Al suministrar unidades operacionalmente
independientes, en oposición a algunos hornos convencionales que
tienen secciones radiantes separadas pero una sección de convección
compartida, un horno podrá operarse cuando el otro está fuera de
línea para la operación de descoquificado o similar.
También se considera preferente que una
construcción tipo Terrace Wall (marca registrada), evidente en las
Figuras 2 y 7, se emplee en el horno 1. Los detalles de esta
construcción se establecen en las patentes U.S. números 3.230.052,
3.265.043, 3.302.621, 3.348.923 y 4.955.323. Esta construcción
suministra varios beneficios. Los quemadores montados en cada
plataforma de quemadores están prendidos hacia arriba hacia el muro
12 de sección radiante refractario inclinado, suministrando un
calentamiento uniforme y simétrico al serpentín en panel 32
radiante. Este calentamiento uniforme disminuye la información de
coque en el serpentín en panel 32, lo cual a su vez incrementa la
vida útil del serpentín en panel 32. La ausencia de llamas
incidiendo directamente sobre el tubo 30 extiende también la vida
útil del serpentín en panel 32. Adicionalmente, se requerirán menos
quemadores que un horno de muro plano, dando como resultado el
encendido y mantenimiento de forma más fácil. Esto también reduce el
coste de emplear un fuego "zonado" que es ventajoso en el
craqueo EDC, y la combustión en los conductos de aire para
operaciones de corriente forzada, lo cual mejora operativamente los
ciclos de vida útil. Esto da como resultado adicional en menores
filas de quemadores, lo cual simplifica la disposición de las
plataformas de quemadores y, por lo tanto, facilita su acceso para
mantenimiento o similar.
Con referencia de nuevo a la forma de realización
ilustrada en las Figuras 2 a 6, se describirá una operación ejemplar
para retirar el serpentín en panel 32. Inicialmente, el brazo 70
desmontable y las placas de cierre 94 desmontables son
destornilladas y retiradas. Los ensamblajes de orejeta 82 son
destornillados de los miembros 92 de soporte en puente, de forma que
los ensamblajes de orejeta 82 soporten todavía el peso de los
soportes 40 del tubo y del serpentín en panel 32 pero que descansen
libremente sobre los miembros 92 de soporte en puente. En este
punto, las columnas 42 y/o el serpentín en panel 32 son enganchados
a una grúa o similar y elevados ligeramente para aliviar la carga de
los miembros 92 de soporte en puente. Los miembros 92 de soporte en
puente son posteriormente destornillados y retirados y el serpentín
en panel 32 y los soportes del tubo 40 podrán ser posteriormente
elevados a través de la abertura longitudinal 18.
Con objeto de retirar una columna 42 pero no el
serpentín en panel 32, los travesaños 44a son destornillados y
retirados de la columna 42. Si se considera necesario, los
ensamblajes de orejeta 82 podrán ser en primer lugar destornillados
de los miembros 92 de soporte en puente, y alguna de las columnas 42
(pero no la que está siendo retirada) y/o el serpentín en panel 32
podrán engancharse a la grúa o similar y elevarse ligeramente bien
para aliviar la carga de los travesaños 44a de la columna que se va
a retirar 42. Una vez que los travesaños 44a son destornillados y
desmontados de la columna 42, la columna 42 podrá ser elevada y
sacada a través de la abertura longitudinal 18 con las placas de
cierre 94 y los miembros 92 de soporte en puente aún en
posición.
Claims (19)
1. Un calentador que comprende:
una sección radiante (10) que tiene un muro (12)
y un techo (14), teniendo el techo (14) una abertura (18)
longitudinal;
un tubo (30) de intercambio de calor radiante
dispuesto en la sección radiante (10), teniendo el tubo una toma
(34) y una salida (36) a través de las cuales se puede transportar
un fluido de proceso respectivamente al interior y al exterior de la
sección radiante (10), estando dispuesto el tubo (30) entre la toma
(34) y la salida (36) en secciones de tubo genéricamente
horizontales;
una pluralidad de quemadores (50), estando
dispuestos al menos dos de los quemadores (50) en lados opuestos del
tubo (30); y
una pluralidad de soportes (40) del tubo situados
de forma desmontable en intervalos longitudinales a lo largo de la
longitud de tubo, definiendo los soportes (40) del tubo unos
asientos del tubo sobre los cuales descansan las longitudes de
tubo,
pudiendo elevarse el tubo (30) y los soportes
(40) del tubo como una unidad a través de la abertura longitudinal
del techo (14) de la sección radiante (10).
2. El calentador según la reivindicación 1, en el
que las longitudes de tubo son sustancialmente paralelas y
sustancialmente alineadas verticalmente, y cada soporte (40) del
tubo incluye una columna (42) genéricamente vertical.
3. El calentador según la reivindicación 2, en el
que las longitudes de tubo están sustancialmente alineadas con la
abertura (18) longitudinal del techo (14) de la sección radiante
(10).
4. El calentador según la reivindicación 1, en el
que cada soporte (40) del tubo comprende una columna genéricamente
vertical y una pluralidad de brazos de soporte, definiendo los
brazos de soporte los asientos del tubo y estando sujetos de forma
desmontable a la columna (42).
5. El calentador según la reivindicación 1, en el
que los soportes (40) del tubo están suspendidos de forma
desmontable dentro de la sección radiante (10) desde la parte
superior de las longitudes del tubo.
6. El calentador según la reivindicación 5, en el
que cada soporte (40) del tubo está limitado lateralmente por debajo
de las longitudes de tubo.
7. El calentador según la reivindicación 5, en el
que cada soporte del tubo tiene un extremo superior que se extiende
a través de la abertura longitudinal (18) del techo (19).
8. El calentador según la reivindicación 7, en el
que cada soporte del tubo comprende además un resalto fijado al
extremo superior de la columna (42) para quedar situado encima de la
sección radiante (10), y en el que el soporte (40) del tubo está
suspendido del resalto.
9. El calentador según la reivindicación 8, que
comprende además un miembro de soporte en puente fijado de forma
desmontable a través de la abertura (18) longitudinal del techo (14)
de la sección radiante (10), en el que el resalto se asienta sobre
el miembro de soporte en puente con objeto de suspender el soporte
(42) del tubo.
10. El calentador según la reivindicación 1, que
comprende además una sección de convección (20) que contiene un tubo
de intercambio de calor de convección, estando la sección de
convección (20) por encima y desplazada horizontalmente del
tubo.
11. El calentador según la reivindicación 1, que
comprende un par de secciones radiantes (10); y par de tubos (30),
estando dispuesto un tubo en cada sección radiante (10); un par de
conjuntos de quemadores (50), estando dispuesto un conjunto de
quemadores (50) en cada sección radiante (10); un par de asientos de
los soportes (40) del tubo, un conjunto de soportes (40) del tubo
dispuesto en cada sección radiante (10); y un par de secciones (26)
de convección, estando conectada operativamente cada sección de
convección (26) a una sección diferente de las secciones radiantes
(10) estando situada encima y desplazada horizontalmente del tubo
dispuesto en la sección radiante conectada, estando dispuesto el par
de secciones de convección (20) próximas entre sí.
12. El calentador según la reivindicación 1, en
el que las longitudes de tubo son sustancialmente paralelas y
alineadas verticalmente para formar un serpentín en panel (32) que
está alineado genéricamente con la abertura longitudinal (18) del
techo (14) de la sección radiante (10);
al menos dos de los quemadores (50) estando
dispuestos en lados opuestos del serpentín en panel;
los soportes del tubo comprenden columnas (42)
genéricamente verticales y unos brazos de soporte extendidos desde
las columnas (42);
la longitud de tubo descansa sobre los brazos de
soporte extendidos desde las columnas (42);
las longitudes de tubo descansan sobre los brazos
de soporte, de forma que el soporte (40) del tubo soporta el
serpentín en panel, y
el serpentín en panel y los soportes del tubo se
pueden elevar como una unidad a través de la abertura longitudinal
del techo de la sección radiante.
13. El calentador según la reivindicación 12, en
el que los soportes (40) del tubo están suspendidos de forma
desmontable dentro de la sección radiante (10) desde la parte
superior del serpentín en panel (32).
14. El calentador según la reivindicación 13, en
el que cada soporte (40) del tubo está lateralmente limitado por
debajo del serpentín en panel (32).
15. El calentador según la reivindicación 13, en
el que cada soporte (40) del tubo tiene un extremo superior que se
extiende a través de la abertura longitudinal (18) del techo
(14).
16. El calentador según la reivindicación 15, en
el que cada soporte del tubo comprende además un resalto fijado al
extremo superior de la columna (42) para estar situado encima de la
sección radiante (10), y en que el soporte (40) del tubo está
suspendido del resalto.
17. El calentador según la reivindicación 16, que
comprende además un miembro de soporte en puente fijado de forma
desmontable a través de la abertura (18) longitudinal del techo (19)
de la sección radiante (10), en el que el resalto se asienta sobre
el miembro de soporte en puente con objeto de suspender el soporte
(40) del tubo.
18. El calentador según la reivindicación 12, que
comprende además una sección (20) de convección que contiene un tubo
de intercambio de calor de convección, estando la sección de
convección (26) encima desplazada horizontalmente del tubo.
19. El calentador según la reivindicación 12, que
comprende un par de secciones radiantes (10); un par de tubos,
estando dispuesto un tubo en cada sección radiante (10), un par de
conjuntos de soportes (50) del tubo, estando dispuesto un conjunto
de quemadores (50) en cada sección radiante (10); un par de asientos
de soporte (40) del tubo, un conjunto de soportes (40) del tubo
estando dispuesto en cada sección radiante (10); y un par de
secciones de convección (20), estando operativamente conectada cada
sección de convección (20) a una sección diferente de las secciones
radiantes (10) y situada por encima y desplazada horizontalmente del
tubo dispuesto en la sección radiante (10) conectada, estando
dispuesto el par de secciones de convección (20) próximos entre
sí.
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