JPS5870834A - 曲り／ワンパス管を有する改良炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ゾロセス流体加熱用燃焼ヒーター（ｆｉｒｅ
ｄ　ｈｅａｔｅｒ）　、例えばプロセスヒーターおよび
有触媒および無触媒の両方の加熱管状反応器に関する。

特に、本発明は、その中を導管手段を通って流れるプロ
セス流体が、好ましくはバーナーで与えられる放射エネ
ルギーによって間接的に加熱される少なくとも１つの放
射部を含む型の燃焼ヒーターに関する。

本発明で用いる方法および装置は、エタンまたはプロパ
ンまたはナフサまたは軽油のような常態で液体または常
態で気体の芳香族および（または）脂肪族炭化水素供給
原料を熱分解して、アセチレン、エチレン、プロピレン
、ブタジェンなどのような飽和度の低い生成物を製造す
るために特に好適でありかつ有利である。従って、炭化
水素熱分解、特にエチレン製造のためのスチームクラン
キングに関して本発明を記載しかつ説明する。

炭化水素のスチームクランキングは、典型的には、気化
、した形または実質的に気化した形の供給原料を、実質
的な量のスチームと混合して、クラツキング炉の適当な
コイルへ供給することによって行われる。通常、クラツ
キング炉の対流部中を通る多数の平行なコイルまたは管
中全反応混合物を通し、該対流部中で熱燃焼ガスが反応
混合物の温度を上げる。おのおののコイルまたは管は、
次に、クラツキング炉の放射部中を通り、該放射部中で
多数のバーナーが反応体を所望の反応温度にもたらしか
つ所望の反応を起こすに必要な熱を供給する。

すべてのスチームクラッキングプロセスに於ける主要な
関心事はコークスの生成である。炭化水素供給原料がス
チームクラツキング炉内に広く行きわたっている加熱条
件にかけら扛るとき、クラッキングコイルを形成してい
る管状部材の内壁にコークス析出物が生成する傾向があ
る。かかるコクス析出物は管壁から反応体流中への熱流
を妨害するだけでなく、管の閉塞により反応混合物流を
も妨害する。

一時は、反応管の内壁に沿って滑る炭化水素薄膜がコー
クス生成の主原因と考えられていた。この理論によると
、管壁と炭化水素ゾロセス流体のバルク内の反応温一度
との間の温度降下の大部分はこの薄膜を横切って起こる
ことになる。従って、管壁温ｉの上昇を意味する熱流束
の増加は、該薄膜がコークスを生成するのに充分な高温
まで薄膜温度を対応して上昇させることを必要とした。

かくして、反応混合物中へのより少ない熱流束および反
応のためのより長い滞留時間を意味するより低い管壁温
度の使用によってコークスは防が扛ると考えられた。

高い炉容量（ｆｕｒｎａｃｅ　ｃａｐａｃｉｔｙ）ｆ達
成するために、反応管は比較的大きく、例えば内径７４
．２〜／　２　’７　ｍ　（３〜！；：ｎ）であった。

しかし、これら大管内の流体塊を所要温度に加熱するに
は、比較的長い、例えばｌｌ！；、’７３−／　２２ｒ
ｎ　（／　！；０〜ｌ１００ｆｔ）の燃焼反応管が所要
であり、従って、炉は、合理的な大きさの境界内に適合
するためコイル管または蛇管を必要とした。コークス生
成ならびに圧力降下・の問題は、これ・らコイル管の巻
き数増加によって増加した。また、かかる管の保守およ
び建造費も、例えば直管に比べて比較的高かった。

ケミカλウィーク（ＣＨＥＭＩＣＡＬ　ＷＥＥＫ）の／
９乙Ｓ年／／月／３日号に出た論文１エチレン（ＥＴＨ
ＹＬＥＮＥ　）“　には、スチームクラツキング炉設計
に革命を起こした幾つかの基礎的発見が記載されている
。これらの発見の結果、新しい設計１？ラメ−ターが発
生し、こ扛らのノぐラメ−ターは今日でも依然として用
いられている。

この論文中に記載されているように、研究者達は、薄膜
ではなく、反応気体中の二次反応が管壁のコークスの原
因゛であることを発見した。しかしより多くの熱と共に
より短い滞留時間は一次オレフイン生成反応には好まし
いが、これら二次コークス生成反応には好ましくない。

従って、高い熱流束温度および高い管壁温度が答として
出た。

しかし、この論文は、炭化水素のクランキングによって
消費さ扛る熱量がかなり一定（約！；、　１００ＢＴＵ
／ｌｂエチレン〕であるので、滞留時間の短縮は単なる
（管を通るプロセスガス流の）増速の問題ではないこと
を示している。従って、滞留時間を短縮すると熱をより
迅速に炭化水素中に注入しなけ扛ばならないことを示唆
している。この熱入力を拡大するために提案された一つ
の実行可能な方法は、管の機械的設計を変更して内部容
積当たりの外表面を大きくすることおよび管壁を通る熱
流束の速度を増加させることである。管の外表面対内部
容積の比は、管の直径を小さくすることによって増加さ
れると記載されている。管壁を通る熱流束の速度の増加
は、管をより高い温度に加熱することによって達成され
る。

かくして、エチレンへの選択率を改良する最適の方法は
、伝熱表面積を保持しながらコイル容積を減少すること
によることがわかった。このことは、大直径の蛇管コイ
ルの代わりに、該入直径管より表面対容積比の大きい多
数の小直径管を用いることによって達成された。上記の
コークス化および圧力降下の問題は、プロセス流体が放
射相中を、アーチからフロアへあるいはフロアからアー
チへ、貫流（ｏｎｃｅ−ｔ　ｈｒｏｕｇｈ　）　方式で
流れるように、平行な貫流（ワンパス）管を用いること
によって有効に克服された。管は、典型的には、約５０
０ｇｗ（，２ｉｎ）まで、一般に約、２５．”ｌ　−３
０９ｇ　ｍ　（／〜２　ｉｒ＋）の内径を有する。管長
は約４．５７５〜／３．２！ｒｍ　（／　５−５’（７
ｆＬ）であることができ、約６．／　〜／２．２ｍＣ２
０＝’ｌ−Ｏｆｔ）がより好ましい。

従って、ウオーリス（Ｗａ　ｌ　Ｉ　ａｃｅ　）の米国
特許第３、乙ｑｉ、　ｉｑｇ号に記載されているような
、短い滞留時間（約０．０５〜０．１５秒）と高い出口
温度〔約ｑｇｑ、　７〜９２６．７℃（Ｉｌｌ！；０〜
／７００下〕に加熱された〕とを有する、小直径〔約！
；０．ｇｖｍ（，２ｉｒ＋）以下の内径〕の貫流反応管
を用いることが最も望ましい。しかし、この参考文献は
当時の技術状態の炉技術に関する主要な利益の幾つかを
代表するが、かかる炉技術に関する重大な不利益の幾つ
かをも代表している。

炉の作動中、バーナーによって放射部で発生される重大
な量の熱によって管は膨張する。すなわち熱膨張（ｔｈ
ｅｒｍａｌ　ｇｒｏｗｔｈ）　　する。各管ヘノプロセ
ス流体流の変化と不均一なコークス化速度とバーナーか
ら６管への不均一な熱分布とのため、管の膨張速度は異
なる。しかし、コイルは、今や、共通の入口マニホルド
から供給さｎる多数の平行な小直径管からなりかつ放射
部からの反応流出物は共通の出口マニホルド中に集めら
扛るかあるいはトランスファーライン交換器（ｔｒａｎ
ｓｆｅｒ　ｌｉｎｅｅｘｅｈａｎｇｅｒ　）へ直接送ら
扛るので、管は束縛される。すなわち、個々の管の間の
差動熱膨張（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｔｈｅｒｍａ
ｌ　ｇｒｏｗｔｈ）　ｆ吸収する設備はない。個々の管
の差動熱膨張によって生じる熱応力、が過度にな、す、
溶接部を容易に破壊しかつ（またはノコイルをひどくゆ
がませる可能性がある。

ウオーリス（Ｗａ　ｌ　ｌ　ａｃｅ）の特許に記載され
ているように、この差動熱膨張は、典型的には、滑車上
に張った支持ケーブルからなりかつ釣合重りで保持され
た可撓性支持物を６管に設けることによって吸収さｎる
。各可撓性支持物は、その対応する反応管が受けた熱膨
張の全量、典型的には約／３．２．４−２２ｇ、６ｍ（
乙〜９１ｎ）ぐらいを吸収せねばならず、また管をその
鉛直位置に支持するためにも用いられる。この可撓性支
持物は、ウォーリスの特許の第２図に示され−ているよ
うに、反応管の差動熱膨張を吸収するために、入口マニ
ホルドと反応管との間に可撓柱管相互連結部をも使用す
る。この可撓柱管相互連結部は、典型的には、放射部へ
外部的に配置された、１ピグテール（ｐｉｇｔａｉｌ）
“として知られている、小直径〔約、２３．２ｍＣ／　
ｉｒ＋）　）の長い〔約３．　Ｏ３ｍ　、（１０ｆｔ）
までの〕可撓性ルーゾの形をとる。ピグテールは圧力降
下が太きい。従って、炉を作動する目的の１つが圧力降
下の減少であるのでピグテールを反応管の出口に使用す
ることはできない。

これらのピグテールは、反応管の入口に使用した場合、
臨界的なバーナー配置を著しく妨害する可能性がある。

滞留時間および圧力降下の減少を制限する主な束縛の１
つは許容前金属温度である。

管金属温度を現代冶金学の許容範囲内に保つためには、
バーナーの熱放出が最高の所で最低のプロセス流体温度
になるように反応流体流を配備することが望ましい。こ
のためにはバーナーをコイルの入口に配置しなければな
らない。すなわち、フロアからアーチ（天井〕へのプロ
セス流体流ではバーナーをフロアに配置し、アーチから
フロアへのプロセス流体流でにアーチに配置する。かく
して、コイルの入口にピグテールを配置することは、ピ
グテールが保守のためまたはグロナス変化のために炉に
近づくことを妨害するので、望ましくない。例えば、日
常の保守のためまたは取換えのため定期的にバーナーを
引き出さねばならない。また、例えば、バーナーへの空
気予熱を与えるようにバーナーを調節することが望まし
いこともあり得る。途中にピグテールがあると、これら
の仕事が著しく困難でかつ厄介になる。

ピグテールは放射管を構造上支持することができない可
撓性材料でできているので、別個の管支持物が必要とな
シ、炉の全体的費用が増す。また、少量のコークス化が
起こる温度で長い小直径管を用いることも、コークス化
問題が起こる機会を増すことになる。かかる問題が起こ
ると、ピグテールは清掃が非常に困難なので、炉装置か
らコークスを除去するためにピグテールを切断しなけれ
ばならない可能性が極めて太きい。さらに、ピグテール
はスチームクランキングプロセスで発生する極度の熱で
亀裂が極めて生じゃすい材料でできており、しばしば取
換えねばならない可能性がある。

本発明によれば、プロセス流体加熱用の燃焼ヒーターは
その中を通って伸びている少なくとも／コイル（列）の
ワンパス（ｓ　ｉ　ｒ＋ｇｌ　ｅ−ｐａｓｓ　）放射管
を有する少なくとも１つの放射部を含み、放射管の少な
くとも１つは放射管間の差動熱膨張を吸収する５食違い
（ｏｆｆｓｅｔＪ　　”を構成するために曲げられてい
る。この食違いを有する６管は、プロセス流体入口マニ
ホルドをもつ管の可撓性連結のために通常所要なピグテ
ールの除去を可能にする。また、対流部管を放射管へ連
結するクロスオーバー管の撓みによる全体的なコイル膨
張の吸収を与えることによって、各放射管の熱膨張の吸
収および各放射管の支持の両方の定めに通常所要な滑車
／釣合重り装置を除去することができ、あるいは放射管
の支持という専用機能を例えばよシ、簡単でより安価な
滑車／可変荷重ばね装置で代用できる点で、極めて単純
化することができる。本発明の燃焼ヒーソ−は、ウオー
リスの特許に記載されているような単１−放射部あるい
は（例えば）米国特許第３、１ｇ２．　Ａ３ｇ号および
第３．　’ｌ！；０．３０１．号記載ノヨうな複数の放
射部のいずれが全利用することができた。

上記のピグテールの代わりにががる食違い管（ｏｆｆｓ
ｅｔ　ｔｕｂｅ）を用いることによって、管内でコーク
ス化が起こるための全体的な機会が減少される。また、
たとえコークス化が起こったとしても、ピグテールのコ
ークス化部の切シ取５（ｃｕｔｔｉｎｇｏｕｔ）　　と
は反対に、普通にはコークスを管から吹き出すことがで
きる。さらに、本発明の食違い管の使用は、炉バーナー
のまわりの密集（ｃｏｎｇｅｓｔ　ｉｏｎを少なくする
という顕著な利益を与える。かくして、バーナーの保守
およびグロセス変化はより容易に行われる。

本発明の他の好ましい態様によれば、コイルの全熱膨張
は１フローテイング（ｆ　Ｉｏａｔ　ｉｎｇ）“入口マ
ニホルドの設置によって調節される。すなわち、コイル
の入口マニホルドは、該コイルの全熱膨張に応答して動
き、かつ、従って該全熱膨張の少なくとも大部分を吸収
することができるような方法で支持される。入口マニホ
ルドは、コイル中の各放射管に堅固に連結されていると
共に、好ましくは、少なくとも１つのクロスオーバー管
、すなわち炉の対流部からその放射部へプロセス流体金
送る管にも堅固に連結されている。かくして、入口マニ
ホルドハ、放射管とクロスオーバー管の両方によって適
当に支持されているので、一般に、その対応するコイル
の全熱膨張に応答して、クロスオーバー管の撓みによっ
て自由に動く。

圧力降下およびコークス化を最小にすることならびにコ
イル内の管の間隔を最小にすることのような、最適な作
動および設計を考えるために、放射管の上記食違い構造
は、好ましくはほぼまっすぐで、相互連結管部によって
互いに他から横方向および縦方向に食違った范／放射管
部と第ユ放射管部の形をとらねばならない。結果として
、相互連結管部と第１管部および第２管部のおのおのと
の間の相互連結点に於て、相互連結角度が定義される。

各放射管が差動熱膨張を吸収できるようにするのはこれ
らの相互連結角であり、第１管部および第２管部が膨張
するとき、これらの角が変化する。任意の与えらｌｒし
た管には好ましくはただ２つだけの曲りがあり、かくし
てただ２つだけの角がある。

構造上および作動上の考慮に基づいて、容管の相互連結
角は少なくとも約７０°　でなければならない。これよ
り小さい角では、管はその曲がる能力の多くを失うだろ
う。勿論、与えられた列内のすべての放射管が本発明に
従って曲っていることが好ましい。作動効率を最適にす
るため、管は互いにできるだけ近接して、但し、燃焼ヒ
ーターの作動中に接触しないような方法で配置されなけ
ればならない。従って、相互連結角は約７５°　以下で
なければならない。これより大きい角では、炉の作動中
に相隣る管が接触する可能性がある。横方向に測定して
、食違いの最大長さはそれぞれの管の全長の約１０チま
ででなければＵず−好ましくは約Ｓ％まででなければな
らない。

与えられた放射管の相互連結角は同じであっても異なっ
ていてもよい。このことは隣りの管の角にもあてはまる
が、７つの列内のすべての管は、それぞれの食違いに於
ておよびお互いに関して両方ともに、はぼ同じ相互連結
角を有していて相互に平行な管を与えることが好ましい
。いずれにしても、７列（コイル〕内のすべての管が共
通平面、最も好ましくはジイルの平面（通常１コイル平
面“と称する〕内で食違っていることがより好ましい。

このことは、一般にコイルの両側に配置されているバー
ナーの列の方へいずれかの管が移動する機会を少なくシ
、かくして管が、その冶金学的限界を越える温度に加熱
される機会４少な（する。このことは、また、個々の管
の熱膨張を均等化する傾向もある。

また、本発明によれば、コイル平面内で曲げら扛た容管
はコイル平面からある方向に少な（とも部分的に反らさ
扛る（ｂｏｗｅｃｊ）こともできる。かくして、容管は
、その全長の一部にわたって、あるいはその全範囲にわ
九って反らされることができる。上述したように放射管
の列がコイル平面内で苅げられているにも拘らず、作動
中、容管はコイル平面からある方向に膨張または歪曲す
る傾向が依然としである。相隣る管が交差する路に沿っ
て歪曲すると、管は作動中圧いに接触する可能性があり
、あるいは一方の管が他の管をバーナーの隣接列から妨
害する（１遮蔽効果”として知られている）可能性がア
シ、共に望ましくない結果を生じる。コイル平面から予
め選択された方向へ管を反らせること（ｂｏｗｉｎｇ）
　　にょシ、管がその方向に歪曲することを保証するこ
とができる。列内のすべての曲シ管をコイル平面から同
じ方向に（すなわちコイル平面から同じ角度で）反らせ
ることにより、すべての管が炉の作動中に同じ方向に歪
曲し、か（して１Ｍ蔽効果“、１接触“または管の不均
一加熱を防止することが合理的に保証される。

列内の曲シ管がすべてコイル平面に対して垂直の方向に
反らされることが好ましい。反、！ｌ）　（ｂｏｗ）の
量は全管長の約１０％ぐらい高（するこ′どができる。

最低に／内管径ぐらい低くすることができ、例えば内径
！；０−ｇ　ｍ　（２ｉｒ＋）（７）管では、約ｓｏ、
　ｇｗｓｃ２インチラぐらいに低（することができる。

以下に詳細に説明する１スエージ（ｓｗａｇｅ　）　Ｉ
Ｉ管を用いるとき、最低は約／最小内径となる。反らす
ことの別法として、すべての放射管の出口または入口を
コイル平面から移動すること（以下で詳しく説明する）
などにより、曲シ管をコイル平面がらゝ変位（ｄｉｓｐ
ｌａｃｅｄＪ“させることができる。

本発明の別の実施態様に於ては、共通（コイルン平面内
で曲げられた放射管を用意する代わりに、管を該平面か
ら５スキユー（ｓｋｅｗｅｄ）“させることができる。

このスキューイング（ｓｋｅｗｉｎｇ）は、管を共通平
面から少なくとも部分的に反らせることにより、あるい
は管の出口または入口の１つをコイル平面から変位させ
ることにより、あるいは管を反らせかつ変位させること
によって達成される。

炉の作動中および管の熱膨張中、このスキューイングが
スキュー（ｓｋｅｗ）　　の方向へ熱膨張を起こさせる
。列内のすべての管がコイル平面から同じ方向にスキュ
ーされていることが好ましい。こｎらの別の実施態様の
いずれか１つに於て、最大量のスキューは、好ましくは
そ扛ぞ扛のスキュー管（ｓ　ｋ　ｅｗｅｄ　ｂｕｂ　ｅ
　）　　の全長の約１０％までである。スキューの最小
量は、好ましくはそｎぞ扛の管の約／内径に等しい。

本発明は、本発明の燃焼ヒルターおよび放射管を説明す
る好ましい実施態様についての以下の説明および添付図
面から、よシ明らかにかつより容易に理解されるであろ
う。

図面について説明すると、図面全体にわたって同じ参照
番号は同じ機素を示すために一般に用いられている。特
に第１図と第１図について説明すると、１は、燃焼ヒー
ター、好ましくは炭化水素（熱分解〕クランキング炉、
の放射部を通して、貫流（ｏｎｃｅ−ｔｈｒｏｕｇｈＪ
　　方式で、その中を（例えば矢印２．３．４で示すよ
うに）ｆロセス流体、好ましくは炭化水素プロセス流体
を差向けるためのワン・ぐス（Ｓ　ｉｎｇｌｅ−ｐａｓ
ｓ）放射導管手段である。放射導管手段１は任意の断面
形状を有することができるが、断面形状が円形である管
状導管が好ましい。また、導管手段はその長さ全体にわ
たって一定の断面流面績をもっことができ、あるいは断
面流面績が入口から出口へ徐々に増加するスェージ形状
、例えば入口内径が３０．　ｇ　ｍ　（２ｉｒ＋）で出
口内径が乙３．３　ｗｍ　（２，！；　ｉｎＪ　　であ
るスェージ形状を有することができる。図面に示すよう
なこの放射導管手段は、使用時に炭化水素プロセス流体
がその中を通って第１方向２へ流する第１導管部５、好
ましくは低部入口部と使用時に流体がその中を通って第
コ方向４へ流れる第二導管部６とを有する。こ扛らの導
管部は好ましくはほぼ一直線である、方向２および４は
、好ましくは、はぼ同じであ多、図に示すように両方共
に上向きである。最も好ましくは、これらの方向はほぼ
相互に平行である。７および８で概略示すように、人口
部５および出口部６は、おのおのが機素９および１０に
堅固に取付けられている。機素９は、好ましくは、それ
に堅固に連結さ扛た複数の放射導管へ炭化水素プロセス
流体を分布させるための入口マニホルドである。機素１
０は、加熱された炭化水素グ日セス流体のための出口マ
ニホルドまたは該流体を冷却するためのトランスファー
ライン熱交換器であることができる。

例えば第４図に示さ扛るように、使用時に於て、複数の
放射導管手段１が、好ましくは列３１で配置さ扛、共通
の入口マニホルド２７に堅固に連結されている。以下で
、より詳しく説明するように、入口マニホルドは１フロ
ーテイング（ｆｌｏａｔｉｎｇＪ　”入口マニホルドで
あって、対応するコイル（管の列〕の全熱膨張の吸収を
与えるようになっている。

かくして、コイルの全熱膨張は吸収されるが、コイル内
溶接の破壊および（またはノコイルのひどい撓みを防ぐ
ため、コイル内の管の差動熱膨張に対する伺らかの設備
をもしなけ扛ばならない。

堅固な連結部７および８のため、導管部５と６とは、炉
の作動中に受ける差動熱膨張に応じて、互いに向かって
移動するか、あるいは縦に撓む（直線形状から曲シ形状
へのように）ことができる。この互いに向かう導管部５
および６の移動は矢印１１および１２で示される。導管
手段の顕著な撓みなしにこの熱膨張を吸収するために、
好ましくは炉の放射部内に食違い（ｏｆｆｓｅｔ　）　
１３　ｋ与える。

食違い１３は、導管部５および６を流体流連通状態で相
互連結しかつこれら内導管部を横方向１５および縦方向
１６に食違わせる流体流導管相互連結手段１４からなる
。１６で示さ扛るように、２縦方向の食違い“は、互い
に最も近い導管部５および６の端がある距離だけ隔てら
れていることを必要とする。この食違いは、放射部内の
それぞれの全管長の約１０％までの横方向長さ１５を有
することができる。例えば、約９．１５ｍ（３０ｆｔ）
の管では３ｇ／〜Ａ；００ｍＣ／Ａ；−２０１ｎ）の食
違いが満足であろう。

放射入口部５の放射出口部６からのこの縦方向および横
方向の食違いのために、放射導管１中を流れる炭化水素
プロセス流体１７０粒子（分子）は、矢印２．３．４で
示すように、入口部５から流体流導管相互連結手段１４
へ角度１８だけ、および流体流導管相互連結手段１４か
ら出口部６へ角度１９だけ流れの方向を変えねばならな
い。これらの角度は燃焼ヒーターの作動前（放射管の膨
張前〕に測定さ扛、図に示すように、放射導管手段１の
種々の部を通って軸方向に描いた縦線の交差によって定
義される。

導管部５および６の縦方向および・横方向の食違いから
生じるこれらの５相互連結“角のために、放射導管手段
１は炉の作動中に起こる差動熱膨張を自己吸収すること
ができる。第１図は炉を燃焼させる前の本発明による放
射導管手段１、すなわち熱膨張する前の放射導管手段１
を示す。第２図は、炉の作動中、差動熱膨張していると
きの、第１図の放射導管手段を示す。導管手段１が熱膨
張するとき、導管部５および６は、矢印１１および１２
で示すように、互いに向かって嘔膨張（ｇｒＯＷ）〃す
る。導管部５および６が互いに向かって膨張するとき、
角度１８および１９は変化（増加）し、かくして導管手
段１の熱膨張（ｔｈｅｒｍａｌ　ｇｒｏｗｔｈ）を吸収
する。この角度変化をさらに説明するため、２０（第２
図の）を炉の作動中（導管手段１が熱膨張するときンの
流体流導管相互連結手段１４の縦方向中心線と呼び、２
１を炉の作動前（第１図に示すように導管手段１が膨張
しないとき〕の同じ中心線と呼ぶ。放射導管手段１の熱
膨張およびその結果生じる導管部５および６の互いに向
かう（１１および１２）膨張のために、流体流導管相互
連結手段１４の縦方向中心線が、事実上、位置２１から
位＠２２へ反時計方向（矢印２２〕に回転したことがわ
かる。この結果、角度１８および１９は、この熱膨張に
応じて変化した。炉の放射部内の温度が作動中（または
休止中〕に低下すると、放射導管手段１は収縮し、か（
して角度１８および１９は減少する。かくして、温度の
変動と共に、角度１８および１９は変化する。

構造上および作動上の考慮に基づいて、角度１８および
１９は限界内に保たｎるべきである。

こｎらの角度が作動前に小さすぎると、放射導管手段が
まっすぐになυすぎ、溶接部の破壊および管のゆがみを
起さない方法でこれらの角度に沿あて熱膨張を自己吸収
する能力を失う。かくして、その最小角度は約／　００
　　でなければならない。約２００　の最小角度が好ま
しい。炉の効率を最適にするため、特に炭化水素の熱分
解の場合には、放射部内に多数の放射導管手段１を列に
配置しく第ｑ図参照〕、導管手段ができるだけ一緒に近
接するように配置することが望ましい。もし角度１８お
よび１９が炉の作動前にあまりにも太き過ぎがつ導管手
段が互いに近接して配置されると、炉の作動中、導管手
段が膨張するとき、相互連結角が非常に大きくなり、例
えば約ｑＯ°　になるので、相隣る導管が接触すること
になる。このことは導管手段がゆがめかつ（あるいはン
それらの温度グロフィルを劇的に変化させる可能性があ
り、炉の効率に負の効果をもたらす。従って、炉の作動
中に隣り同志の接触の危険なしに放射導管手段１′ｆ！
ｃ近接隔置させるためには、最大角は約７５°　でなけ
ｎばならない。好ましい最大角は約６び　である。

一般にプロセス流体を加熱するとき、特に炭化水素プロ
セス流体をクランキングするときには、例えば第３ａ図
、第３ｂ図、第７図に示すように、貫流放射導管手段１
を、放射管の形で、少なくとも７列でかつ互いに平行に
配置することが望ましい。バーナー２３は、放射管１の
各列の両側に沿って列で配置される。特に、炭化水素ク
ラッキングに関するときには、バーナー炎の列から対応
する放射管の列までの距離は臨界的であり、最も慎重に
選ばれ、かつ炉の作動中ずつとできるだけ一定に保たれ
なけ九ばならない。従って、炉の作動中、バーナーの方
へ向かう放射管のゆがみを防止するかあるいはゆがみの
程度を少なくとも最小にすることが最も望ましい。任意
の与えられた管のコイル（列）に於て、食違いが好まし
くは実質上共通平面内にあり、最も好ましくはコイル平
面２４内にあることは主としてこの理由のためである。

このことは、任意の与えらｎた列内の個々の管に、炉作
動中に、コイル平面に沿って曲がる素地、かくしてバー
ナーの列に平行な方向に曲がる素地全方える。

かくして、任意のコイル内の放射管のコイル平面に沿っ
て曲がるこの素地にも拘らず、そｎら放射管が受けるひ
どい熱応力によって、コイル平面からバーナーの方へ向
かう管のゆがみが起こる可能性が太きい。相隣る放射管
がバーナーの列に向かって不均一にゆがむと、管の間の
熱分布が不均一になり、管のコークス化に悪影響を起こ
す可能性がある。また、もし相隣る管のゆがみの路が交
差する場合には、一方の放射管が他方の放射管をバーナ
ーから遮蔽する可能性があり（１遮蔽効果〃）あるいは
管が接触する可能性さえある。これらの望ましくない結
果を防止し、あるいは少なくとも最小にするため、放射
管は、コイル平面２４から離れた方向３３に少なくとも
部分的に反らさ汎る（第Ｓ図）。相隣る管の接触または
遮蔽全防止するためには、この方向は与えらｎた列内の
すべての放射管に対して同じでなければならない。すな
わち与えら′ｎだ列内のすべての放射管がコイル平面か
ら離ｆした同一方向に少なくとも部分的に反らされるこ
とが好ましい。好ましい反、り　（ｂｏｗ）方向は９０
°の角度（２６）である。この曲りによって、与えらｆ
′した列内の放射管の任意のゆがみはバーナーに向かっ
て同一方向になる傾向があシ、かくして相隣る管の遮蔽
または接触が防止さ扛る。

かくして、放射管１がコイル平面内での食違い１３であ
シ、かつコイル平面から離れて反らされている場合には
、この食違いは、実際に、真の平面に本当には沿ってい
ないことがわかる。従って、コイル平面とは、管が反ら
されていない場合に管がそれに沿って置か扛る平面とし
て定義される（第３ａ図〕。

管を反らすことは簡単な方法で達成さｎる。任意の与え
られた列内の放射管が、その入口端７に於て共通入口マ
ニホルド２７（第を図）に、かつその出口端８に於て、
共に堅固に取付けらｎている場合には、矢印２８（第４
図、第Ｓ図、第７図）で示すように、単に入口マニホル
ドを回転させるだけでそ扛ら放射管を反らすことができ
る。入口マニホルドの回転の量、管の長さと直径、管の
組成などのような因子によって、得られた管は、そｎぞ
れの長さの一部分に沿って反らさ扛る（第７図９か、あ
るいはそｎぞ扛の長さ全体にわたって反らされる（第Ｓ
図）。

燃焼ヒーターの放射部内に配置さｎた放射導管手段１の
列（コイル）を概略第７図に示す。好ましくは耐火材料
の放射導管手段２９は、燃焼ヒーターの少なくとも１つ
の放射部３゛０ヲ構成する。

好ましくは鉛直管の形の放射導管手段１の少なくも７列
３１が放射部３０内にわたっていて対応するコイル平面
２４を構成する。管１中を流ｎるプロセス流体へ熱を与
えるため、加熱手段２３、好ましくはバーナーが、好ま
しくは各管コイル３１の両側に沿って設けられる。プロ
セス流体は、各放射管が７に於てそ扛に堅固に取付けら
れている共通入口マニホルド２７から放射管へ供給され
る。

炭化水素のクランキングの場合には、このプロセス流体
は炉の対流部中で予熱されている。炭化水素クランキン
グの場合には、包囲手段２９内で放射的に加熱さ扛た後
、クラッキングされたゾロセス流体は受取り手段へ、好
ましくはプロセス流体（反応混合物〕のそｎ以上の反応
を停止させるために急冷するため直接トランスファーラ
イン熱交換器３２へ送られる。加熱され友プロセス流体
を共通出口マニホルドに集めた後、その後の処理、例え
ば蒸留、ストリッピングなどを行うために下流へ差向け
ることも可能である。いす扛の場合でも、管出口は、８
に於て、トランスファーライン熱交換器または共通出口
マニホルドのいす扛かに堅固に取付けられている。バー
ナーは、好ましくは放射管入口に近接してフロアに取付
けら扛る。

上述のように、本発明の放射管は、共通平面内で食違っ
ているか、あるいは共通平面内で食違っていると共に共
通平面から反らさ扛ているがのいずｎかであって、炉作
動中に受ける熱応力に対処できるようになっている。本
発明のもう１つの実施態様によ扛ば、食違いの代わりに
、放射管は、第５図〜第ｇ図に示すように、随意にコイ
ル平面２４から少なくとも部分的に１縦方向にスキュー
さ扛る（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ　ｓｋｅｗｅｄ
）“　ことができる（第ｇ図〕。Ｎ縦方向に“とは放射
管のそ扛ぞれの長さに沿ってということを意味する。囁
スキュー（ｓｋｅｗ）“とは、放射管が与えられた列内
の管の出口８を通って描かれる鉛直コイル平面２４がら
少なくとも部分的に張り出す（ｅｘｔｅｎｄ）　　こと
を意味する。

第５図に示すように、放射管１１−ｉ、鉛直コイル平面
２４から、好ましくはすべてが鉛直コイル平面から同じ
方向３３に、放射管を反らせることによってスキューさ
れることができる。この反らせることは、例えば２８で
示すように入口マニホルド２７を回転することによって
達成される。

第６図に示すように、与えられた列内の放射管は、そｎ
ぞ扛の放射管の入口を鉛直コイル平面から水平方向に変
位（３４）させることによってスキューさ扛ることがで
きる。炉の作動中、放射管は点線１′で示さ扛るように
熱的にゆがむ。

第７図に示すように、放射管１は、随意に反らせるとと
もに変位させることもできる。これは、入ロアの水平方
向変位と入口マニホルドの回転とによって達成さ扛る。

この縦方向スキューイング（ｓｋｅｗｉｎｇ）のために
、管は、スキューの方向（３３）に沿って熱的にゆがむ
傾向、すなわちそれぞれの管の縦方向の形状を変化する
傾向がある。任意の与えら扛た列内の放射管は、相隣る
管の遮蔽または接触ならびに不均一な熱分布を防止また
は最小にするため、好ましくは鉛直コイル平面から同じ
方向にスキューされる。鉛直コイル平面から、管に沿っ
て鉛直コイル平面から離ｎた最も遠い点までの測定した
スキューの量（ｔｈｅ　ａｍｏｕｎｔ　ｏｆ　’ｓｋｅ
ｗＪ　　３５は、管の全長の約７０％までであることが
できる。最小量に／内管径の約／／、２であシ、スェー
ジ管では最小内径である。

第９図に概略示すように、′フローティング”入口マニ
ホルド２７、すなわち全コイル膨張の実質的な量（少な
くとも１１０％）を吸収するためにるために放射導管手
段１とクロスオーバー導管４１段１″とその（流体流〕
相互連結によって設けることができる。その対応するコ
イルの全熱膨張に応じて、入口マニホルド２７Ｖ！、例
えば第９図の点線で示すように、下方へ移動することが
できる。

勿論、入口マニホルドＦ１２個以上のクロスオーバー管
に連結することができる（がっそ扛が好ましい〕。入口
マニホルドの重量の支持を助けるため、第７図の３６と
して概略示した公知の鈎合い重り機構のような公知の支
持手段を加えることが望ましいことがあり得る。また、
コイルの全熱膨張を付加的に吸収することが必要な場合
には、各放射ドは、通常、与えら扛た列内の各放射管に
連結さｎることが好ましい。

以上、本発明をその好ましい実施態様によって説明した
。しかし、当業者には明らかなように、特許請求される
本発明から逸脱することな（上記の好ましい実施態様か
ら変化や変更をすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の放射管の略側面図であ
り、 第３ａ図は、本発明の／っの実施態様によって第１図お
よび第２図に示さｔ′した管の列を示す平面図であシ、 第３ｂ図は、第３ａ図に似た平面図であるが、本発明の
もう７つの実施態様による管の列を示しており、 第９図は、本発明によって作らｎた燃焼ヒーターの略側
面図であり、 第Ｓ図は、放射管がコイル平面から反らせることによっ
てスキューされる、本発明のもう１つの別の実施態様の
略側面図であり、 第４図も、放射管がコイル平面からの変位によってスキ
ューされる、本発明の放射管のもう１つの別の実施態様
の略側面図であり、 第７図も、放射管がコイル平面からの変位と反らせるこ
ととの両方でスキューされる、本発明の放射管のもう１
つの別の実施態様の略側面図であり、 第３図は、第５図または第６図または第７図の管の列の
略平面図であり、管のコイル平面に対する関係を示して
おシ、 第９図は、本発明の燃焼ヒーターの略正面図であり、本
発明の付加的な好ましい態様を示、している。 図面番号の説明 １・・・ワンノ母ス（ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｓｓ）放射導
管手段２・・・第１方向 ４・・・第λ方向 ５・・・第１導管部 ６・・・第２導管部 ７．８・・・堅固な連結部 ９・・・機素、入口マニホルド １０・・・機素、出口マニホルド １３・・・食違い １４・・・流体流導管相互連結手段 １５・・・横方向の食違い １６・・・縦方向の食違い １７・・・炭化水素プロセス流体 １８・・・５から１４への流れ方向の変化の角度１９・
・・１４から６への流扛方向の変化の角度２３・・・バ
ーナー（加熱手段） ２４・・・コイル平面 ２７・・・入口マニホルド ２９・・・放射導管手段 ３０・・・燃焼ヒーターの放射部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　ｆロセス流体加熱用燃焼ヒーターであって、該
   ヒーターの少なくとも１つの放射部を構成するための放
   射導管手段と、 （Ａ）　　各放射部内にわたっていて各放射部内の対応
   するコイル平面を構成するための少な（とも７列のワン
   ・ぐス放射導管手段、および 各放射部内の該放射導管手段を加熱するための加熱手段
   、および 該放射導管手段の少なくとも７つが曲がっていて、使用
   時にプロセス流体がその中を通って第１方向へ流れる少
   なくとも１つの第１導管部と使用時に該プロセス流体が
   その中を通って第コ方向へ流れる少なくとも７つの第コ
   導管部とを有し、かつ該第１導管部と第コ導管部とが相
   互連結手段によって流体流連通状態で横方向および縦方
   向に食違うようになっていること、あるいは ■）　おのおのの該放射部内で縦方向にわたっている、
   少なくとも７列の複数のワンパス放射導管手段であって
   、該放射導管手段のおのおのが堅固な入口および出口連
   結部を有し、該ヒーターの使用中に於ける該導管手段の
   差動熱膨張が抑制されるようになっている放射導管手段
   、および各放射部内にあって該放射導管手段を加熱する
   ための加熱手段、および 該列中の該入口および出口連結部の少なくとも１つがす
   べて共通の鉛直コイル平面に沿って置かれていること、
   および 該列内の該放射導管手段が該鉛直コイル平面から所定の
   方向へ少なくとも部分的にスキューされており、該燃焼
   ヒーターの作動中、該スキューされた導管手段のおのお
   のが該スキューの方向に縦方向形状を変えることによっ
   て差動熱膨張および収縮を吸収するようになっているこ
   と、を特徴とする燃焼ヒーター。 ＠　該第１方向と該第２方向とがほぼ同じであり、かつ
   該第１導管部と該第コ導管部と該相互連結手段とが、該
   第１導管部と該相互連結部との間および該相互連結部左
   該第ユ導管部との間で変化しかつ各変化が約ｌＯ°　〜
   ７５°　の角度であるプロセス流体流路を特徴する特許
   請求の範囲第（１）項に記載の燃焼ヒーター。 （３）　　該角度が約２００〜４００　　である、特許
   請求の範囲第０）項に記載の燃焼ヒーター。 Ｃ）各列内の曲り導管手段が共通平面内で食違っている
   、特許請求の範囲第Ｖ）項に記載の燃焼ヒーター。 （至）　各曲り導管手段が該共通平面から離れて弓方向
   に少なくとも部分的に反らされている、特許請求の範囲
   第９）項に記載の燃焼ヒーター。 ＠）７列内のすべての曲り導管手段が該共通平面から離
   れてほぼ同じ角度で少なくとも部分的に反らされていて
   、はぼ相互に平行な放射導管手段を特徴する特許請求の
   範囲第８項に記載の燃焼ヒーター。 （７）　　該同じ角度が該共通平面から約９００　離れ
   ている、特許請求の範囲第（θ項に記載の燃焼ヒーター
   　〇 σ）該横方向の食違いがそれぞれの放射導管手段の全長
   の約１０％までの長さを有する、特許請求の範囲第（１
   ）項に記載の燃焼ヒーター。 Ｑ）各曲り導管手段が堅固に連結されたプロセス流体入
   すおよび出口端を有する、特許請求の範囲第（ｑ）項に
   記載の燃焼ヒーター。 （ト）少なくとも１つの対流部をも含み、かつ７列内の
   各放射導管手段がフローティングプロセス流体入口マニ
   ホルド手段と流体流連通状態で堅固に連結された入口端
   を有し、かつ各フローテインググロセス流体入ロマニホ
   ルドが少なくとも７つのクロスオーバー導管手段の出口
   端とも流体流連通状態で堅固に連結されている、特許請
   求の範囲第（９）項に記載の燃焼ヒーター。 Ｊ）該導管手段が該鉛直コイル平面から少なくとも部分
   的に反らされており、かつ（あるいは）該入口および出
   口連結部の他方が該鉛直コイル平面から水平方向に変位
   されている、特許請求の範囲第１項に記載の燃焼ヒータ
   ー。 〃）与えられた列内の該入口連結部がすべて共通のフロ
   ーティングプロセス流体入口マニホルドに連結されてい
   る、特許請求の範囲第Ｖ）項に記載の燃焼ヒーター。 ■　導管手段が管であり、かつ６管のスキューの最大量
   が管の全長の約１０％までに等しく、かつ６管のスキュ
   ーの最小量が約ｌ内管径に等しい、特許請求の範囲第（
   １）項に記載の燃焼ヒーター。 （４）炭化水素クラツキング炉の放射部を通して貫流方
   式でその内部の炭化水素を差向けるためのワンパス放射
   導管手段を含み、かつ該導管手段が使用時にその中を通
   って炭化水素プロセス流体が第１方向に流れる少なくと
   も１つの第１導管部とその中を通って該プロセス流体が
   第コ方向に流れる第ユ導管部とを有しかつ該第１導管部
   と該第ユ導管部とが相互連結手段によって流体流連通状
   態で横方向および縦方向に食違っていことを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項に記載のヒーター中に有用な
   炭化水素ゾロセス流体クランキング管。 Ｇ／勺該第１導管部と該第ユ導管部と該相互連結手段と
   が、該第１導管部と該相互連結手段との問および該相互
   連結手段と該第コ導管部との間で方向を変化する炭化水
   素流路を構成し、かつ各変化が約１０°　〜７５″′　
   の角度であり、かつ該角度のおのおのが、炭化水素のク
   ラッキング中に、該第１導管部および該第ツ導管部の少
   なくとも７つの熱的膨張および収縮に応じて変化するこ
   とができる、特許請求の範囲第（ロ）項に記載の炭化水
   素“プロセス流体クラッキング管。 乾う　該第１放射導管部と該第１放射導管部とが、第１
   平面内で、該相互連結手段によって食違わされ、かつ該
   放射導管手段が該第１平面から離れて弓方向に少なくと
   も部分的に反らされており、かつ該第１方向と該第４方
   向とがほぼ同じである、特許請求の範囲第びり項または
   第乃）項に記載の炭化水素プロセス流体クラッキング管
   。 Ｕ′７）該弓方向が該第１平面に対して直角である、特
   許請求の範囲第（／ｌ、）項に記載の炭化水素プロセス
   流体クラッキング管。 （／ｇ）該放射導管手段が該放射導管手段の全長の約１
   ０％に等しいかまたはそれ以下の量だけ反らされている
   特許請求の範囲第ｎ）項に記載の炭化水ｆ、ｆロセス流
   体クラッキング管。 ｆ）スチームクランキング炉の放射部内にわたっている
   、特許請求の範囲第σり項に記載の炭化水素プロセス流
   体クランキング管。 Ｃ２０）該第１導管部と該第ユ導管部とがほぼ相互に平
   行である、特許請求の範囲第Ｃ／り項に記載の炭化水素
   プロセス流体クラッキング管。