FR3047423A1 - DISMANTLING FINAL DEVICE FOR REFORMING TUBE - Google Patents
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Abstract
Dispositif d'ailettes démontable pour tube de reformage comprenant : - entre une et cinquante ailettes (1), - au moins une paire de demi-anneaux « de support » (2) permettant de supporter les ailettes (1) et les maintenir en position verticale, - un moyen de connexion (3) amovible des deux demi-anneaux « de support » (2) permettant de former un anneau continu « de support », - au moins une paire de demi-anneaux « de maintien » (4) permettant de maintenir les ailettes (1) en contact avec la surface extérieure du tube de reformage (6), et - un moyen de connexion (5) amovible des deux demi-anneaux « de maintien » (4) permettant de former un anneau continu « de maintien ».Removable fin device for a reforming tube comprising: - between one and fifty fins (1), - at least one pair of "support" half-rings (2) for supporting the fins (1) and holding them in position vertical, - a connection means (3) removable two "support" half-rings (2) for forming a continuous ring "support" - at least one pair of "holding" half-rings (4) to maintain the fins (1) in contact with the outer surface of the reforming tube (6), and - a connection means (5) removable two "holding" half-rings (4) to form a continuous ring "Keeping".
Description
La présente invention est relative à un dispositif d'ailettes pour tube de reformage.The present invention relates to a fin device for a reforming tube.
Dans les procédés de craquage ou de reformage d'hydrocarbures comme par exemple le procédé de reformage du méthane à la vapeur, une approche possible est l'augmentation de l'efficacité énergétique des tubes de reformage par l'ajout par soudage en surface externe d'ailettes afin d'augmenter localement leur surface d'échange, comme illustré en figure 1. En effet, la figure 1 représente un exemple de section de tube de reformage avec 4 ailettes parallélépipédiques soudés sur la surface externe avec w la longueur d'ailettes et e l'épaisseur de l'ailette.In hydrocarbon cracking or reforming processes such as the steam methane reforming process, one possible approach is to increase the energy efficiency of the reforming tubes by the addition of external surface welding. fins in order to locally increase their exchange surface, as illustrated in FIG. 1. Indeed, FIG. 1 represents an exemplary section of reforming tube with 4 parallelepiped fins welded on the external surface with w the length of fins and e the thickness of the fin.
De manière générale jusqu'à présent on a observé des systèmes constitués par un ensemble de tubes réactionnels équipés d'ailettes attachées c'est-à-dire soudées ou moulées au tube de reformage.In general, systems have been observed up to now consisting of a set of reaction tubes equipped with fins attached, that is to say, welded or molded to the reforming tube.
Toutefois, le soudage ou le moulage de ces éléments sur les tubes de reformage n'est pas sans conséquence. Cette opération est par exemple longue et coûteuse. Elle peut d'une part modifier les caractéristiques mécaniques et métallurgiques des tubes et d'autre part entraver l'éventuelle inspection des tubes de l'extérieur par les systèmes robotisés traditionnels. De plus, l'implantation des ailettes par soudage ou moulage ne considère pas l'hétérogénéité du profil de température circonférentiel du tube de reformage.However, the welding or molding of these elements on the reforming tubes is not inconsequential. This operation is for example long and expensive. It can, on the one hand, modify the mechanical and metallurgical characteristics of the tubes and on the other hand hinder the possible inspection of the tubes from the outside by the traditional robotic systems. In addition, the implantation of the fins by welding or molding does not consider the heterogeneity of the circumferential temperature profile of the reforming tube.
Partant de là, un problème qui se pose est de fournir un dispositif d'ailettes pour tube de reformage amélioré.From there, a problem is to provide an improved reformed tube fin device.
Une solution de la présente invention est un dispositif d'ailettes démontable pour tube de reformage comprenant : - entre une et cinquante ailettes 1, - au moins une paire de demi-anneaux « de support » 2 permettant de supporter les ailettes 1 et les maintenir en position verticale, - un moyen de connexion 3 amovible des deux demi-anneaux « de support » 2 permettant de former un anneau continu « de support », - au moins une paire de demi-anneaux « de maintien » 4 permettant de maintenir les ailettes 1 en contact avec la surface extérieure du tube de reformage 6, et - un moyen de connexion 5 amovible des deux demi-anneaux « de maintien » 4 permettant de former un anneau continu « de maintien ».A solution of the present invention is a removable fins device for reforming tube comprising: - between one and fifty fins 1, - at least one pair of "support" half-rings 2 for supporting the fins 1 and maintain them in vertical position, - a connection means 3 removable two "support" half-rings 2 to form a continuous ring "support" - at least one pair of "holding" half-rings 4 to maintain the fins 1 in contact with the outer surface of the reforming tube 6, and - a connection means 5 removable two "holding" half-rings 4 to form a continuous ring "holding".
Selon le cas, le dispositif d'ailettes peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - ledit dispositif comprend entre 2 et 26 ailettes. - les demi-anneaux «de support» comprennent: une partie supérieure comprenant des logements permettant de recevoir les extrémités des ailettes et dimensionnées aux dimensions de ces extrémités, et une partie inférieure pleine sur laquelle peuvent reposer les ailettes. - les demi-anneaux « de maintien » comprennent des cavités ouvertes vers l'intérieur du demi-anneau, permettant de recevoir des tronçons d'ailettes, et dimensionnées aux dimensions des tronçons d'ailettes, de manière à maintenir les ailettes en contact avec la surface extérieure du tube de reformage. - le moyen de connexion amovible des deux demi-anneaux « de support » comprend un premier et un deuxième moyens de fixation, chaque moyen de fixation permettant de maintenir face à face une extrémité d'un demi-anneau avec une extrémité de l'autre demi-anneau appartenant à la même paire. - le premier moyen de fixation est une charnière avec son jeu de boulonnerie associé et le deuxième moyen de fixation est un double jeu de boulonnerie. - le moyen de connexion amovible des deux demi-anneaux «de maintien» comprend un premier et un deuxième moyens de fixation; chaque moyen de fixation permettant de maintenir face à face une extrémité d'un demi-anneau avec une extrémité de l'autre demi-anneau appartenant à la même paire. - le premier moyen de fixation est une charnière avec son jeu de boulonnerie associé et le deuxième moyen de fixation est un jeu double de boulonnerie.Depending on the case, the fin device may have one or more of the following features: - said device comprises between 2 and 26 fins. the "support" half-rings comprise: an upper part comprising housings enabling the ends of the fins to be received and dimensioned to the dimensions of these ends, and a solid lower part on which the fins can rest. the "holding" half-rings comprise cavities open towards the inside of the half-ring, for receiving fin sections, and dimensioned to the dimensions of the fin sections, so as to keep the fins in contact with the outer surface of the reforming tube. - The detachable connection means of the two half-rings "support" comprises a first and a second fastening means, each fastening means for maintaining face to face one end of a half-ring with one end of the other half-ring belonging to the same pair. - The first fixing means is a hinge with its associated set of nuts and bolts and the second fastening means is a double set of nuts and bolts. - The removable connection means of the two "holding" half-rings comprises a first and a second fixing means; each fastening means for maintaining face to face one end of a half-ring with one end of the other half-ring belonging to the same pair. - The first fixing means is a hinge with its associated set of nuts and bolts and the second fastening means is a double set of nuts and bolts.
Les avantages d'un tel dispositif d'ailettes selon l'invention sont multiples. En premier lieu, le dispositif d'ailettes selon l'invention offre plus de flexibilité concernant l'utilisation des ailettes. Elle facilite le montage et le retrait des ailettes sur des tubes neufs comme sur des tubes anciens, avec un temps de pose réduit par rapport à un système soudé. L'invention n'a pas d'impact sur les propriétés mécaniques ou métallurgiques du tube du reformage. Elle facilite également les futures opérations d'inspection extérieure et de maintenance grâce à sa démontabilité.The advantages of such a device of fins according to the invention are multiple. First, the fin device according to the invention offers more flexibility regarding the use of the fins. It facilitates the assembly and removal of the fins on new tubes as on old tubes, with a reduced exposure time compared to a welded system. The invention has no impact on the mechanical or metallurgical properties of the reforming tube. It also facilitates future external inspection and maintenance operations thanks to its dismountability.
Avec un système démontable on pourra i) installer des ailettes dans les parties du tube où le flux de chaleur est important mais avec une température locale de tube loin de la température MOT (Maximun Operating Température = température de fonctionnement maximale) ii) installer des ailettes de manière optimisée sur la longueur et la circonférence du tube.With a removable system it will be possible i) to install fins in the parts of the tube where the flow of heat is important but with a local temperature of tube far from the temperature MOT (Maximun Operating Temperature = maximum operating temperature) ii) to install fins optimally over the length and circumference of the tube.
De préférence les ailettes auront une épaisseur e comprise entre 1 et 30 mm, une largeur w (dans le sens du rayon du tube) comprise entre 3 mm et 100 mm et une longueur (selon l'axe du tube) comprise entre 1 m et une longueur maximale équivalente à la hauteur du tube de reformage sur lequel elles peuvent être utilisées (souvent 12 m).The fins will preferably have a thickness e of between 1 and 30 mm, a width w (in the direction of the radius of the tube) of between 3 mm and 100 mm and a length (along the axis of the tube) of between 1 m and a maximum length equivalent to the height of the reforming tube on which they can be used (often 12 m).
De préférence l'épaisseur e est entre 3 et 10 mm, la largeur w comprise entre 10 et 30 mm et la longueur comprise entre 1 et 10 m. La présente invention a également pour objet un dispositif de reformage comprenant : - au moins un tube de reformage, préférentiellement plusieurs dizaines à plusieurs centaines tubes de reformage, - au moins un dispositif d'ailettes selon l'invention maintenu autour du tube de reformage. Notons que le dispositif de reformage pourra comprendre plusieurs types de dispositifs d'ailettes suivant la longueur du tube de reformage afin de mieux s'adapter au profil de flux de chaleur selon la longueur du tube et selon la circonférence de ce tube.Preferably the thickness e is between 3 and 10 mm, the width w between 10 and 30 mm and the length between 1 and 10 m. The present invention also relates to a reforming device comprising: - at least one reforming tube, preferably several tens to several hundred reforming tubes, - at least one fin device according to the invention held around the reforming tube. Note that the reforming device may include several types of fin devices along the length of the reforming tube to better adapt to the heat flow profile along the length of the tube and the circumference of this tube.
Selon le cas, le dispositif de reformage présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - au moins 2 moyens de fixation permettant de soutenir le dispositif d'ailettes sont soudés sur le tube de reformage. - les moyens de fixation sont des languettes de support. - le dit dispositif est soutenu par moins de 4 moyens de fixation, de préférence 2 moyens de fixation. - les demi-anneaux « de support » et « de maintien » du dispositif d'ailettes présentent un diamètre interne sensiblement égal au diamètre externe du tube de reformage. Par « sensiblement égal » on entend égal ou légèrement supérieur de manière à tenir compte de la dilatation différentielle entre le tube et les demi-anneaux. - la paire de demi-anneaux « de support » du dispositif d'ailettes est positionnée au moins à 0.5 m de la base inférieure du tube de reformage.Depending on the case, the reforming device has one or more of the following characteristics: at least two fastening means for supporting the fin device are welded to the reforming tube. the fixing means are support tongues. the said device is supported by less than 4 fixing means, preferably 2 fixing means. - The half-rings "support" and "holding" of the fin device have an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the reforming tube. By "substantially equal" is meant equal to or slightly greater so as to take into account the differential expansion between the tube and the half-rings. the pair of "support" half-rings of the fin device is positioned at least 0.5 m from the lower base of the reforming tube.
Enfin la présente invention a également pour objet un four de reformage comprenant une pluralité de dispositifs de reformage selon l'invention et permettant un écoulement d'hydrocarbures et d'au moins un fluide à l'intérieur des tubes de reformage.Finally, the present invention also relates to a reforming furnace comprising a plurality of reforming devices according to the invention and allowing a flow of hydrocarbons and at least one fluid inside the reforming tubes.
Ce four de reformage d'un hydrocarbure, d'un alcool... peut-être utilisé pour la production de gaz de synthèse ou d'hydrogène.This reforming furnace of a hydrocarbon, an alcohol ... can be used for the production of synthesis gas or hydrogen.
Notons que le tube de reformage selon l'invention pourra être utilisé à haute température (600°C température de peau entrée tube jusqu'à 1000°C température de peau sortie tube).Note that the reforming tube according to the invention can be used at high temperature (600 ° C skin temperature inlet tube up to 1000 ° C skin temperature output tube).
La présente invention va à présent être décrite plus en détail à l'aide des figures 2 à 6.The present invention will now be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 6.
La figure 1 représente un dispositif d'ailettes selon l'invention.Figure 1 shows a device of fins according to the invention.
La figure 2 représente un dispositif d'ailettes selon l'invention associé à un tube de reformage.Figure 2 shows a fin device according to the invention associated with a reforming tube.
La figure 3 représente une vue de dessous de deux demi-anneaux « de support » associé à un tube de reformage.Figure 3 shows a bottom view of two half-rings "support" associated with a reforming tube.
La figure 4 représente une vue en 3 dimensions des deux demi-anneaux « de support». On y voit en particulier les logements permettant de recevoir les extrémités des ailettes et dimensionnées aux dimensions de ces extrémités.Figure 4 shows a 3-dimensional view of the two half-rings "support". It shows in particular the housing for receiving the ends of the fins and dimensioned to the dimensions of these ends.
La figure 5 représente une vue de dessus des deux demi-anneaux « de maintien » associé à un tube de reformage.Figure 5 shows a top view of the two half-rings "holding" associated with a reforming tube.
La figure 6 représente une vue en 3 dimensions des deux demi-anneaux « de maintien ». On y voit en particulier les cavités 9 ouvertes vers l'intérieur du demi-anneau, permettant de recevoir des tronçons d'ailettes, et dimensionnées aux dimensions des tronçons d'ailettes. Notons que pour recevoir les tronçons d'ailettes les cavités débouchent à la fois à la surface supérieure et à la surface inférieure des demi-anneaux « de maintien ».Figure 6 shows a 3-dimensional view of the two half-rings "holding". It shows in particular the cavities 9 open towards the inside of the half-ring, to receive fin sections, and dimensioned to the dimensions of the fin sections. Note that to receive the fin sections the cavities open at both the upper surface and the lower surface of the "holding" half-rings.
Les paires de demi-anneaux de maintien auront pour diamètre interne le diamètre extérieur des tubes de reformage en tenant compte de la dilatation différentielle entre le tube et les demi-anneaux. Leur épaisseur dans le sens radial correspondra à au moins une fois la longueur des ailettes w. Elles devront être usinées aux caractéristiques des ailettes préalablement déterminées (nombre maximale, disposition, longueur et largeur). En fonction de la position du tube dans le four, certaines places pouvant être laissées non-occupées.The pairs of retaining half-rings will have the internal diameter of the outer diameter of the reforming tubes taking into account the differential expansion between the tube and the half-rings. Their thickness in the radial direction will correspond to at least once the length of the fins w. They must be machined to the characteristics of the fins previously determined (maximum number, layout, length and width). Depending on the position of the tube in the oven, some places can be left unoccupied.
Le nombre et l'épaisseur de ces éléments seront fonction de la hauteur des ailettes de manière à assurer leur maintien sur le tube pendant toutes les phases de fonctionnement des tubes de reformage (conditions normales et transitoires).The number and thickness of these elements will be a function of the height of the fins so as to ensure their maintenance on the tube during all phases of operation of the reforming tubes (normal and transient conditions).
La paire de demi-anneaux « de support » aura pour fonction de supporter la charge verticale de l'ensemble constitué des ailettes et demi-anneaux de maintien radial. Une paire sera positionnée en extrémité basse de chaque système c'est à dire positionnée au moins à 0.5 m de la base inférieure du tube de reformage.The pair of "support" half-rings will serve to support the vertical load of the assembly consisting of radial retaining fins and half-rings. A pair will be positioned at the bottom end of each system, ie positioned at least 0.5 m from the bottom base of the reforming tube.
Le support du dispositif d'ailettes sera assuré par l'action combinée des demi-anneaux 2 « de support » et des languettes de support 7. Cette paire d'anneaux aura de préférence le même diamètre interne et externe que les paires de demi-anneaux de maintien radial.The support of the fin device will be ensured by the combined action of the half-rings 2 "of support" and support tongues 7. This pair of rings will preferably have the same internal and external diameter as the pairs of half-rings. radial retaining rings.
Les systèmes de fixation des demi-anneaux auront pour fonction de maintenir solidaire au tube de reformage les paires de demi-anneaux « de maintien» 4 ou « de support » 2. Un des deux systèmes peut être sous forme de charnière, l'autre laissant obligatoirement la possibilité d'être ouvert afin de rendre possible le montage et le démontage du dispositif d'ailettes autour du tube. La géométrie du système de fixation doit être déterminée afin d'assurer le maintien des demi-anneaux sur le tube pendant toutes les phases de fonctionnement des tubes de reformage (conditions normales et transitoires).The half-ring fixing systems will have the function of keeping the pairs of "holding" or "support" half-rings 2 secured to the reforming tube 2. One of the two systems may be in the form of a hinge, the other leaving necessarily the possibility to be open to make possible the assembly and disassembly of the fin device around the tube. The geometry of the fastening system shall be determined in order to maintain the half-rings on the tube during all phases of operation of the reforming tubes (normal and transient conditions).
Les languettes de support 7, avec la paire de demi-anneau « de support » 2 aura pour fonction de soutenir la charge verticale de l'ensemble du dispositif d'ailettes selon l'invention. Ce seront les seuls éléments du dispositif d'ailettes qui devront être soudés sur les tubes de reformage, afin d'assurer la démontabilité du dispositif. Afin de limiter leur impact sur les caractéristiques du tube et sur les opérations d'inspection et de maintenance, leur nombre devra être le plus faible possible idéalement entre 2 et 4 par tube de reformage, ainsi que leur géométrie (longueur, largeur et épaisseur) afin de limiter le temps et l'énergie nécessaire à leur soudage. Si leur présence est un frein aux opérations d'inspection extérieure, ils pourront être éventuellement retirés par une opération de meulage lors du démontage de la présente invention et repositionnés lors du remontage de celle-ci.The support tongues 7, with the pair of "support" half-ring 2 will function to support the vertical load of the entire fin device according to the invention. These will be the only elements of the fin device that will have to be welded on the reforming tubes, in order to ensure the dismountability of the device. In order to limit their impact on the characteristics of the tube and on inspection and maintenance operations, their number should be as small as possible, ideally between 2 and 4 per reforming tube, as well as their geometry (length, width and thickness) to limit the time and energy required to weld them. If their presence is a hindrance to the external inspection operations, they may possibly be removed by a grinding operation during disassembly of the present invention and repositioned during reassembly thereof.
Les caractéristiques des ailettes et leur implantation autour du tube de reformage pourront être dissymétriques si besoin afin de pallier l'hétérogénéité du profil de température circonférentiel du tube. Dans ce cas, chaque demi-anneau devra être usiné différemment de l'autre élément constituant la paire.The characteristics of the fins and their location around the reforming tube may be asymmetrical if necessary to overcome the heterogeneity of the circumferential temperature profile of the tube. In this case, each half-ring must be machined differently from the other element constituting the pair.
Afin de faciliter le montage du dispositif d'ailettes selon l'invention, les ailettes pourront être soudées préalablement à leur mise en place soit à une ou plusieurs paires de demi-anneaux « de maintien » soit aux demi-anneaux « de support ».In order to facilitate the assembly of the fin device according to the invention, the fins may be welded prior to their introduction either to one or more pairs of "holding" half-rings or half-rings "support".
Afin de limiter les phénomènes de contraintes de dilatation thermiques différentielles, les matériaux de construction du dispositif d'ailettes selon l'invention devront posséder des caractéristiques proches de celles des tubes de reformage (à titre d'exemple alliage 800HT), excepté pour le système de fixation des demi-anneaux qui devra obligatoirement posséder un coefficient de dilation thermique plus faible que les autres matériaux.In order to limit the phenomena of differential thermal expansion stresses, the materials of construction of the fin device according to the invention should have characteristics close to those of the reforming tubes (for example alloy 800HT), except for the system half rings which will necessarily have a lower coefficient of thermal expansion than other materials.
Un ensemble de dispositif(s) démontable(s), doté(s) du nombre d'ailettes optimisé et implanté(s) autour d'un tube de reformage permet d'augmenter la température du tube dans la partie supérieure du four et de la stabiliser dans la partie inférieure comme indiqué sur la figure 7.A set of device (s) removable (s), with the number of fins optimized and implanted (s) around a reforming tube can increase the temperature of the tube in the upper part of the oven and stabilize it in the lower part as shown in figure 7.
Les dispositifs d'ailettes selon l'invention augmentent le flux de chaleur capté par le tube de reformage, comme indiqué par la figure 8. Dans cet exemple, chaque tube sera muni de 4 dispositifs d'ailettes démontables, énumérés à partir du haut du four : 1er dispositif d'ailettes : 3 ailettes sur une hauteur comprise entre 0 et 1.5 m, 2ème dispositif d'ailettes : 26 ailettes entre 1.5 m et 3.3 m, 3ème dispositif d'ailettes : 17 ailettes entre 3.3 m et 10 m, et 4ème dispositif d'ailettes : 26 ailettes entre 10 m et 12 m.The fin devices according to the invention increase the heat flux captured by the reforming tube, as indicated by FIG. 8. In this example, each tube will be provided with 4 removable fin devices, listed from the top of the Oven: 1st fin device: 3 fins on a height between 0 and 1.5 m, 2nd fin device: 26 fins between 1.5 m and 3.3 m, 3rd fin device: 17 fins between 3.3 m and 10 m, and 4th fin device: 26 fins between 10 m and 12 m.
Cette augmentation de flux peut être utilisée pour augmenter la production du four de l'ordre de 4% ou bien de diminuer la consommation de brûleurs en gaz naturel de 4% pour la même production. Dans ce cas, la température de peau du tube côté entrée est de l'ordre de 750°C et la température de peau du tube côté sortie est de 920°C.This increase in flow can be used to increase the oven production by around 4% or to reduce the consumption of natural gas burners by 4% for the same production. In this case, the skin temperature of the inlet-side tube is of the order of 750 ° C and the skin temperature of the outlet-side tube is 920 ° C.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| GB2314853A (en) * | 1996-07-05 | 1998-01-14 | Ici Plc | Reformer comprising finned reactant tubes |
| DE102006024499A1 (en) * | 2006-05-26 | 2007-11-29 | Gerspacher, Tobias | Device for using the exhaust gas heat of furnaces with an exhaust pipe comprises a flat carrier element with slots for connector elements of slats |
| DE202009010258U1 (en) * | 2008-08-11 | 2009-11-12 | Gfesser, Peter | heat exchangers |
| FR3004528A1 (en) * | 2013-04-15 | 2014-10-17 | Lann Jean Francois Le | HEAT RECOVERY OF SMOKE FROM A WOOD STOVE |
-
2016
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