KR100814654B1

KR100814654B1 - 이중-가열 처리노 및 양축 지지 칼럼

Info

Publication number: KR100814654B1
Application number: KR1020057012380A
Authority: KR
Inventors: 주니오르 라우데미로 노게이라
Original assignee: 페트롤레오 브라질레이로 에스.에이. - 페트로브라스
Priority date: 2002-12-30
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2008-03-18
Also published as: KR20050096929A; WO2004058918A1; US7060164B2; JP2006516661A; ATE520758T1; BRPI0205207B1; BR0205207A; AU2003214373A1; WO2004058918A8; EP1597338A1; US20040124075A1; EP1597338B1; JP4381989B2; AU2003214373A8

Abstract

본발명은 열처리될 공급 연료를 가열하는 오일 산업에서 사용되는 처리노에 관한 것이고, 이 처리노에는 복사 교환관 코일을 형성하는 복사 교환관(10)을 지지하기 위한 양축 지지 칼럼이 제공된다. 이 지지 칼럼에는 지지부(4) 및 복사 교환관으로부터의 모든 응력이 바닥(12)으로 전달되고, 노의 바닥(12)으로 전달될 굽힘 모멘트로 인한 열응력을 발생시키지 않는 방식으로 하부 지지 수단(6) 및 상부 가이드 수단(8) 각각에서 두개의 피봇가능한 하부 베어링 수단 및 상부 베어링 수단이 제공된다.

Description

이중-가열 처리노 및 양축 지지 칼럼{DOUBLE-FIRED PROCESSING FURNACE AND BI-PIVOTAL SUPPORT COLUMN THEREFOR}

본발명은 열처리될 적재물을 가열하는 오일 산업에서 사용되는 처리노에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본발명은 양축 지지 칼럼(bi-pivotal support column)을 사용하는 코일 관을 위한 독창적인 지지 시스템이 설치된 처리노에 관한 것이다.

노는 공지된 지연된 코킹(coking) 공정에 의한 코크스 제조(coke production)에 사용되는 주 아이템 중의 하나이다. 이 유닛에서, 노는 공급 원료(feedstock)로 알려진 처리 물질의 가열에 사용된다. 가열과정에서, 공급 원료의 일부는 증발되고, 일정 온도 이상에서는 공급 원료의 열 크랙(thermal cracking) 과정이 시작된다. 이 크랙으로 인해, 배출시의 공급 원료의 화학 조성은 주입시의 공급 원료의 화학조성과 달라진다.

제어되지 않은 크랙을 방지하기 위해, 공급 원료가 노내에 남아있는 시간을 제어한다. 또한, 관을 따른 온도 및 열분포 등의 다른 변수들도 조절된다. 노를 떠나고 난 후, 이 공급 원료는 운송 라인을 통과하여 코크스 드럼으로 전달되고, 여기에서 제품이 최종처리된다.

당업자에게 "단일-가열형(single-fired)"으로 알려진 노는 과거에 폭넓게 사용되었고, 이 노에서는 단일 가열원에 종속되는 수평관이 배치되고, 즉 버너가 관의 일측에만 배치되었었다.

단일-가열형 노는 각기둥(prismatic) 형상의 복사 가열 챔버를 포함하고, 일반적으로 이 복사 가열 챔버의 양벽에 근접하게 배치된 두 코일의 수평관이 설치되는 것을 특징으로 한다. 이 복사 가열 챔버 또는 복사 영역에는 대류 영역으로 알려진, 가스의 수집공간이 있고, 이 곳에서 공급 원료의 가열이 시작된다.

복사 영역내의 관은 챔버 하부의 중앙축을 따라 일열로 배치된 버너에 의해 가열된다. 노벽은 내열재료로 절연되어 있다.

노벽에 근접하게 코일을 배치하여 관 지지부가 돌출되고, 이 관 지지부는 복사 가열 챔버에 내벽을 고정하는 구조 요소에 고정될 수 있다. 지지부는 일반적으로 1개 내지 4개의 관을 지지하도록 사용되며, 이 지지부는 볼트로 노 칼럼에 고정된다.

이 유형의 배관 배열은 작동상의 심각한 문제점을 나타낸다. 이는 관의 주변을 따라 열의 불균일한 분포와 관련되고, 단지 일측만이 열원에 노출되고 다른 측은 벽을 향해 있는, 전문가에게는 "섀도우(shadow)"라고 알려진 상황은 공급 원료의 가열 조건의 제어를 더욱 어렵게 만든다.

코일내의 열의 불균일한 분포의 결과로, 관이 변형되는 경향이 있고, 또한 코크스(coke)로 알려진, 고체 침전물이 관내에 형성되는 경향이 있다. 관의 유동면적을 감소시켜, 코크스 침전물은 관 코일 내의 압력 강하는 증가시킨다. 코크스가 관벽으로부터 공급 원료까지의 열전달을 저해하기 때문에, 관벽의 온도가 상승된다.

코트 침전물의 두께는 시간이 경과하면서 이들의 제거가 실질적으로 필요한 임계점까지 점진적으로 증가한다. 이 작업은 디코킹(decoking)으로 알려져 있다. 디코킹 작업은 생산성의 악화를 초래하므로, 사용수명의 증가는 플랜트의 수익성을 증가시킨다.

어떤 유형의 노라 할지라도, 화염 및 연소 가스로부터의 직접적인 열복사 로부터 보호하기위해 케이싱(casing) 내에 헤더(header)를 갖는 것이 특징적이다. 이는 헤더 박스(header box)로 알려져 있다. 이 헤더는, 만약 필요하다면 코일관의 일측단부 또는 양측단부에 배치된다.

이 헤더는 검사 및 세척작업을 가능하게 하며, 또한 코일관 내의 디코킹도 가능하게 한다. 코크스의 특정양은 항상 코일관 내벽에 고착된 코크스양이 되기때문에, 세척 작업은 압축 공기 또는 스트림, 또는 기계적으로 할 수 있다.

따라서, 상기의 문제점을 해결하도록 전문가들에게는 "이중-가열(double-fired)" 또는 "이원-가열(dual-fired)" 노로 알려진, 이중으로 가열되는 관상의 노가 설계되었다.

코일 형상의, 서로 연결된 수평관 조립체가 이 노에 사용되며, 노벽으로부터 떨어져서 배치되고, 따라서 관의 보다 균일한 가열을 촉진시킨다. 가열하기 위하여 배관에 삽입된 열을 지은 버너가 사용된다.

이렇게 설계된 노의 장점은 다음과 같다.

- 관의 길이 및 주변 전체에 고른 열분포.

- 복사 영역내에서 동일한 평균 열, 복사 가열 챔버의 막 및 벽온도는 단일-가열 노에서의 온도보다 낮음.

- 복사 교환 챔버내의 관의 열변형 경향이 작음.

- 적은 양의 코크가 산출되어, 사용 수명이 김.

이 유형의 노에서 나타나는 임계점은 복사 구역 코일을 형성하는 수평관에 사용되는 지지 시스템에 관련된다.

지지부는 물리적 요소로 제공되고, 노의 내열벽으로부터 떨어져서 배치되며, 이는 노내의 고온의 화염에 직접 노출된다.

또한, 모든 지지 시스템 요소의 적절한 물리적 및 열적 치수의 조절을 보장하는 특별한 계산방법을 사용이 필요하다.

위에서 설명한 가열 시스템의 특징은 당업자에게 이미 잘 알려져 있다.

미국특허공보 US 5,078,857 에 설명된 노는 지연된 코크스-시스템에서 사용되기 위한 것이며, 이 노내에는 이중으로 가열되는 코일 수평관이 배치된다. 따라서, 중간 지지부(intermediate support)가 복사 영역의 수평관에 제공되고, 이 중간 지지부는 수직으로 배치된 칼럼(column)을 포함한다.

미국특허공보 US 5,078,857 의 칼럼3의 28행 내지 33행에 기재된 바와 같이, 상기 관은 중간 지지부에 의해 천정에 매달려 있다. 코일 및 중간 지지부의 중량은 노의 천정에 설치된 구조물에 의해 지탱되기 때문에, 상기 중량을 지지하기 위하여 이 구조물 뿐만 아니라 복사 측벽을 지지하는 나머지 구조가 요구된다.

미국특허공보 US 5,078,857에서의 노관 지지부가 그 가열로 인해 열팽창되는 매달려있는 수단이라는 사실로 인해 배출 노즐(24)로부터 하부로 상당한 수직 변위를 일으킨다.

따라서, 이 배관은 과도한 열응력을 발생하거나, 또는 노의 배출 노즐(24)에서의 과도한 변형을 일으킴이 없이 상기 변위를 흡수하도록 충분한 가요성을 가져야 한다.

상기 문헌에 나타난 노에서 발견되는 다른 단점은 배관의 단부에서 지지부의 설계에 관한 것이다. 이 지지부는 한 플레이트를 다른 플레이트에 슬라이딩 방식으로 배치하는 방식으로 많은 수의 플레이트를 설치하여 만들어지며, 각각의 플레이트는 하나 또는 둘의 코일관을 지지한다.

지지부를 이렇게 배열하는 이유는 지지부의 열에 의한 크기변화, 즉 온도 변화에 의해 생기는 지지부/코일 조립체의 팽창 또는 수축을 흡수하기 위함이다.

관의 수직운동뿐만 아니라 지지부의 팽창을 흡수하는 상대적인 플레이트 내부운동은 별론으로 하고, 플레이트에 가해지는 크기 변화에 따른 높은 응력을 지지할때, 상기 구조는 깨지기 쉽다.

세로 방향으로 확장하는 경우, 관은 플레이트에 대해 이동한다. 이 운동은 플레이트에서 마찰을 증가시키며, 이 마찰로 플레이크가 좌굴(buckling)될 수 있다. 플레이크가 좌굴되면, 전체 시스템이 정지하게 된다.

미국특허공보 6,264,798는 지연된-코킹 처리에 이용되는 이중 가열형 노가 개재되어 있고, 이 노내에는 관이 2 열로 인접하게 배열되어 있다. 당업자에게는 이 특허공보에 개재된 종류의 관 배열이 단일 가열 노에 비해 특유의 열분포 결과를 나타낸다는 것이 널리알려져 있다.

이 특허공보의 칼럼2의 49행에 개재된 것처럼, 상기 배열을 갖는 노는 단일-열 노와 동일한 용량에 도달하도록 6.25% 큰 배관 면적이 요구된다. 이 특허공보에 기재된 노의 다른 단점은 복사 영역에는 단지 한쌍의 열의 관이 설치될 수 있다는 점이다.

미국특허공보 6,178,926 에는 관이 수직열로 배열된 이중-가열 노가 개시되어 있다. 관 지지부는 천장에 매달리고 코일과 조립된 전체적으로 또는 개별적으로 교환된다. 코일 및 중간 서포트의 중량은 노 천정에 있는 구조에 의해 지지되기 때문에, 복사 측벽을 지지하는 상기 구조 뿐만 아니라 이 구조도 중량을 지지하기 위해 필요하다.

본발명의 청구범위에서 볼 수 있는 것처럼, 각각의 복사 가열 챔버에는 단일열의 관만이 배치가 가능하다.

미국특허공보 6,178,926에 개재된 노의 관이 천정에 걸려있다는 사실로, 가열과정중에 일어나는 팽창으로 배출 노즐의 아래방향으로의 상당한 수직변위를 발생된다. 이 운동은 연관된 배관에의 노즐의 상호연결을 복잡하게 한다.

본출원의 출원이 출원한 브라질출원공개공보 PI 9707097 에는, 지지 시스템이 복사 가열 챔버의 배관 복사 교환 코일을 지지하기 위한 지지 칼럼을 포함하고, 이 지지 칼럼의 하단부는 노의 바닥에 확고하게 고정되고, 상단부는 상부 지지 부상에 피봇가능하게 얹혀있다.

이 지지 시스템을 사용하면, 복사 교환관에 의한 중량 부담뿐만 아니라 지지 칼럼의 중량 부담도 노바닥에 의해 지지되고, 결과적으로 종래에 공지된 노에 비해 상당히 강성이 적은(따라서 덜비쌈) 구조적 특징의 노가 제조된다.

상기 PI 9707097 의 지지 시스템의 단점은 열응력 크러시 모멘트(thermal stress crush-momentum)가 노의 바닥으로 전달되고, 따라서 바닥의 구조적 강화가 필요하다는 점이다.

본발명에 따른 노에는 위에서 설명한 문제점을 해결하는 새로운 지지 시스템이 설치된다.

지연된-코킹 공정에서 사용되는 보다 효율적인 노를 제조하기 위하여 코일관의 내부에서의 코크스의 형성을 최소화하여, 보다 긴 사용수명을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 수평 코일 배관을 지지하기 위한 지지 칼럼을 포함하고, 이중 가열원을 갖고 고강도 및 노의 다양한 요소들의 팽창을 흡수능력이 부여된 지지 시스템이 제공된 노가 바람직하고, 따라서 공급 원료 배출구에서의 노즐(들)의 운동을 최소화하는 방식으로 온도 변화에 의한 열변형이 최소화된다.

또한, 노 바닥에 피봇가능하게 얹혀진 수평 코일 배관을 위한 지지 칼럼을 포함하는 지지 시스템이 제공된 노가 바람직하며, 이 경우 노 바닥으로 열 굽힘 모멘트(thermal bending moment)가 전달되지 않는다.

또한, 지지 수단에 의해 열팽창의 흡수가 가능한, 노 천정의 상부로부터 지 지되고 안내되는 수평 코일관용 지지 칼럼을 포함하는 지지 시스템이 제공된 노가 바람직하며, 이 경우 천정의 구조 및 측벽용 지지 구조는 관의 중량 및 지지 수단의 어떠한 운동에 의해서도 영향을 받지 않는다.

산업 공정에 사용되기 위한 하나 또는 그 이상의 수평 코일을 갖는 삼릉형 부분이 제공된 것을 특징으로 하는 보다 효율적인 노가 바람직하다.

본발명은 열처리될 공급 원료를 가열하는 오일 산업에 주로 사용되며, 열응력에 영향을 받는 전도관을 지지하는 지지수단을 갖는다.

일 특징에서, 본발명은 청구범위 제1항에 따른 처리 노를 포함한다. 다른 특징에서, 본발명은 청구범위 제15항에 따른 지지 칼럼을 포함한다.

제 1 실시형태에 있어서, 본발명은 열처리될 공급 원료를 가열하는, 이중 가열원을 갖는 처리노를 포함한다.
이 노는 측벽, 천정 및 바닥;

삭제

그 내부에는 복수의 대류 교환관이 설치되고, 이 교환관의 내부에는 가열될 공급 원료가 순환하고; 상기 대류 교환관은 중간 지지부에 얹혀있고, 대류 챔버의 측벽에 장착되며 리텐 벤드(return band) 및/또는 헤더를 사용하여 그들의 단부가 서로 연결 되며, 대류에 의한 열교환을 위해 연속 코일 배관을 형성하고, 상기 공급 원료가 대류 챔버 내부의 전후를 연속적으로 통과하는 대류 챔버;

그 내부에는 복사 교환을 위한 다수의 관이 설치되고, 쌍을 이루어 그 단부가 서로 연결되고, 리턴 밴드 및/또는 헤더를 사용하여, 복사에 의한 교환을 위한 연속 코일 배관을 형성하고 복사 가열 챔버 내부의 전후를 연속적으로 통과하는 복사 가열 챔버;

대류 교환관 코일의 하단부는 복사 교환관 코일의 상단부와 연결되는 가요성 관 피스.

대류 교환관 코일의 제 1 대류 교환관의 단부와 연결되는 주입 노즐;

복사 교환관 코일의 최종 복사 교환관과 연결되는 배출 노즐;

각각의 주 지지 수단에는 복수의 홀이 제공되어 있어 복사 교환관 코일의 복사 교환관, 상부 베어링 수단 및 하부 베어링 수단을 지지하는 복수의 주 지지 수단;

각각의 주 지지 수단의 상부 베어링 수단이 연결된 천정에 장착된 복수의 상부 가이드 수단; 을 포함한다. 또한 상기 처리노는 바닥에 장착된 복수의 하부 지지수단에 결합되고, 각각의 하부 지지 수단에는 베어링용 하우징이 제공되고, 각각의 베어링 수단은 하부 지지 수단의 각각의 베어링 하우징에 피봇하여, 이 베어링 수단은 주 지지 수단 및 하부 지지 수단 사이에서 피봇가능하게 연결되도록 결합된다.

본발명의 제 2 실시형태에 있어서, 본발명은 열응력에 영향을 받는 전도관을 지지하기 위한 지지 칼럼에 관한 것으로, 이는

종축으로 신장하는 지지 요소;

측부 강화요소;

한쌍의 상부 하우징 유닛내에 설치되고, 지지 수단의 상단부에 고정되고 종축으로 정렬되며 상부 연결 요소의 양단부가 상부 하우징 유닛에 얹혀있는 방식으로 공간적으로 분리되며, 그러나 그 중앙 부분은 자유로와서 어떤 하부 베어링 요소에도 얹혀있을 수 있는 상부 연결 요소;

하나의 하부 하우징 유닛내에 설치되고, 지지 수단의 하단부에 고정되고 종축으로 정렬되며 하부 연결 요소의 양단부가 하부 하우징에 얹혀 있는 방식으로 공간적으로 분리되고, 그 중앙부분은 자유로와서 어떤 하부 베어링 요소에도 얹혀있을 수 있는 하부 연결 요소를 포함한다.

본발명에 대해 예로서, 이하의 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 은 본발명에 따른 노의 종단면도이다.

도 2 는 본발명에 따른 노의 횡단면도이다.

도 3 은 본발명에 따른 노에서 사용되는 배관 지지 수단의 측면도이다.

도 4 는 본발명에 따른 노의 배관 지지 수단의 정면도이다.

도 5 는 배관 지지 수단의 상단부의 상세도이다.

도 6 은 배관 지지 수단의 하단부의 상세도이다.

**도면의 주요 부호에 대한 설명**

(1) 노

(2) 복사 가열 챔버(radiation heating chamber)

(3) 대류 챔버

(4) 주 지지 수단(지지 칼럼)

(5) 하부 연결 요소

(5A) 하부 캐치(catch) 요소

(6) 하부 지지 수단

(7) 상부 연결 요소

(7A) 상부 캐치 요소

(8) 상부 가이드

(9) 버너

(10) 복사 교환관(radiation exchange tube)

(11) 노 천장

(12) 노 바닥

(13) 중간관 지지부(intermediate tube support)

(14) 대류 교환관(convection tube supports)

(15) 헤더

(16) 주입 노즐

(17) 가요성 관 피스(flexible pipe piece)

(18) 배출 노즐

(19) 홀(hole)

(20) 헤더 박스

(21) 리턴 벤드

(22) 측벽

(23) 하부 고정 요소

(24) 용접 시임(weld seam)

(25) 지지 요소

(26A) 측부 강화 수단

(26B) 측부 강화 수단

(27) 신장 홀(elongate hole)

(28) 상부 고정 요소

(29) 납땜선

(30A) 상부 하우징

(30B) 상부 하우징

(31A) 하부 하우징

(31B) 하부 하우징

(32) 베어링 하우징

(33) 대류 챔버의 측벽

도 1 은 복사 가열 챔버(2) 및 대류 챔버 또는 구역(3)을 포함하는 본발명에 따른 노(1)의 종단면도를 나타낸다.

복사 가열 챔버(2)의 내부에는, 지지 칼럼(support columns)이라 칭하는 복수의 지지 수단(4)이 길이방향에 실질적으로 수평으로 배열된 복사 교환관(10)을 지지하기 위해 제공되어 있고, 이 지지 수단은 본발명의 지지 시스템의 일부를 형성한다. 이 지지 수단(4)은 노(1)의 바닥(12)에 얹혀있다.

복사 교환관(10)은 리턴 밴드(21) 및/또는 헤더(15)에 의해 그 단부에서 쌍으로 서로 연결되어, 복사 교환 배관 코일로 알려진 연속관을 형성하고, 이 연속관 내부로 가열될 공급 원료(feedstock)가 흐른다. 이 방식으로, 복사 교환관 코일은 공급 원료가 복사 가열 챔버(2) 내부에서 전후로 연속 통로를 따르게 한다.

도 1 에서는, 본발명에 대한 이해를 명확하고 단순하게 하기 위하여 단지 복사 교환관(10)의 일부만을 도시하였지만, 이들 복사 교환관(10)은 통상적으로 노의 가용 길이 전체에 분포되고, 위에서 설명한 복사 교환관의 코일 시스템을 형성한다.

노에는 하나 또는 그 이상의 복사 코일이 설치될 수 있고, 이 경우 이 복사 코일은 도 2 에 도시된 것처럼, 버너(9)의 열과 교대로 장착되고, 따라서 각각의 복사 교환관 코일은 양측에서 열을 받게된다. 양측에서 열교환관이 열을 받는 노는, 포함되는 버너(9)의 열이 둘 이상이 된다고 하더라도 이중 가열 노(double fired furnace)로 분류된다.

이 버너(9)는 일반적으로 열을 지어 배열되고, 이 열의 수는 복사 교환관(10) 코일의 수에 1을 더한 것과 같다. 도 2 에서는, 예로서 2개의 복사 코일 및 3개의 버너의 열이 있는 노의 횡단면이 도시되어 있다.

이 점에서, 배치될 복사 교환관(10)의 수는 위에서 설명한 수에 한정되지 않고, 구체적인 계획의 특징에 따라 임의의 수의 코일도 사용가능하다.

상기 복사 가열 챔버(2)에는 대류 챔버(3)가 제공되고, 이 대류 챔버는 대류 교환관(14)이 장착된, 통상적으로 각기둥(prismatic) 케이스를 포함한다. 대류 교환관(14)은 중간 관 지지부(13)에 의해 지지되며, 이 지지부는 도 2 에 도시된 것처럼, 공지 기술에 따라 대류 챔버(3)의 측벽구조물(33)에 장착되어 있다.

대류 교환관(14)은 그 내부에 가열될 공급 원료가 흐르는 대류 교환관으로 알려진 연속관을 형성하도록 공지 기술을 사용하여, 리턴 밴드 및/또는 헤더를 사용하여 단부에서 서로 연결되어 있다. 이런 방식으로, 대류 열교환관 코일은 공급 원료가 대류 챔버(3) 내부 전후의 연속 통로를 따른다.

가요성 관 피스(17)는 대류 교환관의 코일의 하단부를 복사 교환관 코일의 상단부에 서로 연결시킨다. 굽힘가능한 관 피스(17)는 노내의 온도변화에 따른 대류 교환관(14)에 의해 형성된 코일의 크기의 변화뿐만 아니라, 복사 교환관(10) 및 그 지지 수단(4)의 크기의 변화도 보상한다.

처리될 공급 원료는 주입 노즐(16)을 통해 노(1)내로 들어가고, 이 주입 노즐은 대류 교환관 코일의 제 1 대류 교환관(14)의 단부에 연결되며, 이런 방식으로 공급 연료는 대류 교환관의 코일을 통해 흐를 수 있다. 공급원료가 대류 교환관 코일의 마지막 대류 교환관(14)을 나올때, 이 공급 원료는 가요성 관 피스(17)를 통과하고 복사 교환관 코일의 제 1 복사 교환관(10)에 주입된다.

공급 원료는 복사 교환관 코일을 통과하고, 노내에서 처리가 완료되면 복사 교환관 코일의 마지막 복사 교환관(10)과 연결된 복사 가열 챔버(2)의 하부에 있는 배출 노(18)를 통해 노(1)를 떠난다.

위에서 설명한 것처럼, 복사 교환관(10)과 대류 열교환관(14)의 일 또는 양단부를 연결하기 위해 헤더(15)를 사용할 수 있다. 이 헤더는 관의 내부 검사 및 세정을 가능하게한다. 이 헤더(15)는 통상적으로 헤더 박스(20)에 장착되고, 이 헤더 박스는 버너의 화염(9)의 직접 복사 및 연소 가스로부터 보호된다.

도 3 및 4 는, 지지 수단(4)의 측면도 및 정면도이다. 이 도면에서, 복사 교환관(10)의 코일 및 대류 열교환관의 코일은 설명을 명확하고 단순하게 하기 위해 도시되지 않았다.

지지 수단(4)은 수직으로 신장하는 지지 요소(25), 및 측부 강화 요소(26A 및 26B)를 포함하고, 이들 요소는 높은 물리적 강도를 갖고 복사 구역내의 고온 효과에 대한 내성을 갖는 재료로 제조된다.

지지 요소(25)에는 홀(19)이 제공되고, 복사 교환관(10)은 이 홀(19)의 측부의 오비탈 면의 접촉 영역 전체에 맞닺는 방식으로 홀(19)을 통과한다. 다시 말하면, 복사 교환관(10)은 홀의 측부의 실린더형 부분의 실질적인 영역 부분에 접한다.

이 홀(19)은 복사 교환관(10)의 외부 직경 보다 약간 큰 직경을 가지며, 따라서 과도 응력을 받지 않고 복사 교환관(10) 및 이 복사 교환관의 지지 수단(4)의 열팽창을 흡수할 수 있다.

따라서, 홀(19)의 크기는 각 특별한 계획 및 노의 건설방식에 따른 인자들 예를들어, 복사 교환관(10)의 제조에 사용되는 재료, 지지 수단(4)에 사용되는 재 료, 작업 온도 등에 의존한다.

주 지지 수단(4)은 노(1)의 바닥(12)에 놓여진 하부 지지부(6)에 얹혀있다.

도 6 은 주 지지 수단(4) 및 하부 지지 수단(6) 사이의 연결 영역의 단면도이다.

지지 수단(4)의 하단부에는 측부 강화 수단(26A 및 26B) 각각에 고정된, 한쌍의 하부 하우징(31A 및 31B)이 제공된다. 각각의 하부 하우징(31A및 31B)의 본체는 실린더형 부분을 포함하고, 그 안에는 하부 연결요소(5)가 설치되고, 이 연결 요소는 신장된 몸체를 포함하고 핀의 기능을 한다.

하부 연결 요소(5)의 일단부에는 플렌지(flange) 형상의 하부 캐치 요소(5A)가 제공된다. 하부 연결 요소(5)가 장축(A-A)을 따라 축방향으로 변위되는 것을 방지하기 위하여, 하부 고정 요소(23)(현재의 실시형태에 있어서는 앵커 링(anchor ring))이 하부 연결 요소(5)의 타 단부에 고정된다.

본 실시형태에 있어서, 하부 연결 요소(5) 및 하부 고정 요소(23) 사이는 용접 시임(24)을 이용하여 결합된다. 그러나, 예를들어 스플리트 핀(split pin), 너트(nut) 등의 적절한 고정 수단이 이 결합에 사용될 수 있다.

하부 하우징(31A 및 31B)은 종방향으로 정렬되고, 하부 연결 요소(5)의 두 단부 영역이 하부 하우징(31A 및 31B)에 놓여 유지되도록 떨어져 있으나, 하부 연결 요소(5)의 중앙 부분은 자유롭게 되어있다.

하부 연결 요소(5)의 중앙 부분은 하부 지지 수단(6)의 베어링 하우징(32)에 삽입된다. 따라서, 하부 하우징(31A 및 31B) 및 하부 연결 요소(5)로 형성 된 조립체는 지지 수단(4)을 위한 하부 베어링 수단을 형성하고, 이 하부 베어링 수단은 도 6 의 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 피봇 링크(pivot link)가 주 지지 수단(4) 및 하부 지지 수단(6) 사이에 제공되는 방식으로, 하부 지지 수단(6)을 이용하여 피봇된다.

이런 연결은 지지 수단(4)의 하단부가 하부 연결 요소(5)의 길이방향축(A-A)을 중심으로 자유로이 회전할 수 있는 방식으로 만들어진다. 이 방식으로, 지지 수단(4) 및 복사 교환관(10) 상의 모든 중량 응력(weight stress)은 하부 연결 요소(5)로 전달되고, 여기서 이 응력이 하부 지지 수단(6)으로 전달된다. 하부 지지 수단(6)이 노(1)의 바닥(12)에 고정되고, 따라서 상기 응력은 노(1)의 바닥(12)로 전달된다.

이 방식으로, 복사 교환관 코일 및 지지 수단(4)의 전체 중량이 노(1)의 바닥(12)을 구성하는 구조 요소에 전달된다.

지지 수단(4)의 상단부에는 한쌍의 상부 하우징(30A 및 30B)가 제공되고, 이는 각각 측부 강화 요소(26A 및 26B)에 고정된다. 각각의 상부 하우징(30A 및 30B)의 몸체는 실린더형 부분을 포함하고, 그 안에는 하부 연결 요소(5)와 유사한 신장된 몸체를 포함하는 상부 연결 요소(7)가 설치된다.

상부 연결 요소(7)의 일단부에는 플렌지 형상의 상부 캐치 요소(7A)가 제공된다. 상부 연결요소(7)가 축(B-B)을 따라 축방향으로 이동하는 것을 방지하기 위하여, 상부 고정 요소(28)(현재의 실시형태에서는 앵커 링)가 상부 연결 요소(7)의 타단부에 고정된다.

이 실시형태에서, 상부 연결 요소(7) 및 하부 고정 요소(28) 사이는 용점 시임(29)에 의해 결합된다. 그러나, 예를들어, 스플리트 핀, 너트 등의 다른 고정 수단도 사용될 수 있다.

상부 하우징(30A 및 30B)은 종축방향으로 정렬되고, 상부 연결 요소(7)가 상부 하우징(30A 및 30B)의 양단부에 접하는 방식으로 떨어져 있다. 그러나, 하부 연결 요소(5)의 중앙 부분은 자유롭게 되어있다.

상부 연결 요소(7)가 없는 중앙부는 도 3 및 5 에서 볼 수 있는 바와 같이 상부 가이드 수단(8)에 의해 신장된 홀(27)내로 삽입된다. 따라서, 상부 하우징(30A 및 30B)에 의해 형성되는 조립체 및 상부 연결 요소(7)는 지지 수단(4)을 위한 상부 베어링 수단을 형성하고, 이 상부 베어링 수단은 도 5 의 단면도에서 볼 수 있는 바와 같이, 주 지지 수단(4) 및 하부 지지 수단(6) 사이에 링크가 제공되는 방식으로, 피봇되고 상부 가이드 수단(8)을 따라 슬라이딩된다.

이 연결은 지지 수단(4)의 상단부가 상부 연결 요소(6)의 축(B-B)을 중심으로 자유로이 회전할 수 있는 방식으로 만들어지고, 또한 화살표(C-C)가 지시하는 방향으로 상부 가이드(8)를 사용하여 직사각형 홀(27)을 따른 수직 방향으로 이동할 수 있다.

이 지지 요소(4)의 상단부의 회전 및 선형 운동에 의해, 상부 가이드 수단(8)은 지지 수단(4)의 열팽창을 흡수하고, 상부 가이드 수단(8), 지지 수단(4) 또는 복사 교환관에의 과도한 응력이 발생하지 않게한다. 상부 가이드 수단(8)은 적절한 공지의 고정 기술을 이용하여 노(1)의 천정(11)에 장착되어 있다.

이 방식으로, 상부 하우징(30A 및 30B)의 조립체 및 상부 연결 요소(7)는 지지 수단(4)을 위한 상부 베어링 수단을 형성한다.

본발명에 따른 노(1)의 복사 교환관 코일을 지지하도록 배치된 지지 수단(4)을 사용한 결과, 복사 가열 챔버(2)의 하부에 배치된 배출 노즐(18)은 노(1)의 작동중에 실질적으로 움직임이 없다.

지지 수단(4)의 종방향 열팽창의 결과로, 복사 교환관 코일의 상부 복사 교환관(10)은 상방향으로 변위된다. 복사 교환관(10) 및 대류 교환관(14)의 열팽창에 의한 운동뿐만 아니라, 상기 상방향 운동 모두는 가요성 관 피스(17)에 의해 흡수된다.

복사 교환관(10)의 수에 제한이 없는 것처럼, 지지 수단(4)을 사용할때의 노(1)의 높이에는 제한이 없으며, 직경에도 제한이 없다. 노(1)의 바닥(12), 측벽(22) 및 천정(11)은 본발명의 실시형태에 있어서 필요한 물리적 내구성을 갖는 재료를 사용하여 제조되고, 내열 재료로 코팅된다.

배치될 지지 수단(4)의 수는 노(1)의 가용 길이 및 복사 교환관(10)의 직경에 따라 달라진다.

특별한 구성 때문에, 하부 지지 수단(6) 및 상부 가이드 수단(8)은 비교적 가는 치수의 고강도 지지 수단(4)을 높이 제한없이 사용하는 것이 가능하고, 이 고강도 지지 수단의 선팽창은 작동시 노(1)의 천정(11) 및 바닥(12)에 과도 응력을 발생시키지 않는다.

주 지지 수단(4)이 하부 지지 수단(6)에 얹혀있는, 본발명에 따른 지지 시스 템을 사용하여, 위에서 설명한 것처럼 하중의 상당 부분이 바닥(12)으로 전달된다.

또한, 하부 지지 수단(6)에 얹혀있는 지지 수단(4)으로부터의 응력의 전달이 피봇에 의하기 때문에, 다시 말해 고정되지는 않기 때문에, 굽힘 모멘트(bending moment)에 의한 열응력이 노(1)의 바닥(12)으로 전달되지 않는다. 상기 바닥 구조(12)는 강화될 필요가 없기 때문에, 바닥(12)에는 통상적인 경우보다 덜 강한 구조가 제공될 수 있다.

따라서, 상부 가이드 수단(8)은 수직 응력을 수용하지 않고, 따라서 그 기능은 실질적으로 지지부(4)용 측부 베어링의 역활을 하고, 또한 지지 수단(4)의 열팽창을 흡수하는 역활을 한다. 결과적으로, 상기 노(1)의 천정(11) 및 측벽(22)은 또한 덜 강해도 된다. 이 방식으로, 상기 천정 및 측벽 부분의 추가적인 강화 비용이 절감될 수 있다.

또한, 본발명의 독창적인 특징에 때문에, 상기 주 지지 수단(4), 하부 지지 수단(6) 및 상부 가이드 수단(8)에는 홀(19)을 통과하는 복사 교환기(10)로부터의 마찰에 의해 발생되는 수평 응력에 대한 더 큰 내성이 있다.

지금까지 본발명에 대해 바람직한 실시형태를 참조하여 설명하였지만, 이는 본발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 당업자에게는 지금까지 설명한 본발명의 기본적인 사상의 변화없이도, 수정과 치환이 가능할 것이다.

예를들어, 핀(5 및 7)의 중앙부에 주 지지 수단(4)의 장착과 핀(5 및 7)의 외부에 하부 지지 수단(6) 및 상부 가이드 수단(8)의 장착과 같은 단순한 기계적 변환이 가능하다. 또한, 신장 홀(27)이 예를들어, 상부 가이드 수단(8) 대신 주 지지 수단(4)에 제공될 수 있다.

또한, 이 명세서에서는 본발명에 대해 코킹 공정(coking process)에 적용되는 노에 대해 설명하였지만, 이 용도에 한정되는 것은 아니며, 열교환 배관용 지지 시스템의 사용이 필요한 어떤 유형의 노에도 적용할 수 있다.

Claims

공급 원료의 열처리용 이중-가열 처리노로서,

천정 및 바닥;

공급 원료가 통로의 전후를 통과하는 복사 교환관의 연속 코일이 내부에 제공된 복사 가열 챔버;

복사 교환관 코일의 복사 교환관을 지지하고 상부 베어링 및 하부 베어링을 포함하는 주 지지부;

주 지지부의 상부 베어링이 연결된, 천정에 고정된 상부 가이드부; 및

주 지지부의 하부 베어링이 연결된, 바닥에 고정된 하부 지지부를 포함하고,

상기 연결은 천정으로의 과도한 응력의 전달없이 상기 주 지지부의 열팽창을 허용할 수 있는 이중-가열 처리노.
제 1 항에 있어서, 주 지지부의 상기 하부 베어링은 이에 연결된 하부 지지부에 대해 피봇가능한 이중-가열 처리노.
제 2 항에 있어서, 주 지지부의 상부 베어링은 이에 연결된 상기 상부 가이드부에 대해 피봇가능한 이중-가열 처리노.
제 3 항에 있어서, 상기 주 지지부의 상부 베어링은 이에 연결된 상부 가이드부에 대해 일반적으로 수직방향으로 이동가능한 이중-가열 처리노.
제 4 항에 있어서, 상기 상부 베어링은 일반적으로 수직방향으로 향한 신장 홀 (27) 의 사용으로 상부 가이드부 (8) 에 대해 이동가능한 이중-가열 처리노.
제 5 항에 있어서, 상기 신장 홀은 상부 가이드부의 일부를 형성하고, 상기 상부 베어링은 상기 주 지지부의 상부 하우징에 설치된 상부 연결 요소를 더 포함하고, 상기 상부 연결 요소는 상기 신장 홀에 삽입되어 일반적으로 수직 방향으로 그 홀내에서 운동할 수 있는 이중-가열 처리노.
제 6 항에 있어서, 상기 하부 지지부는 하우징을 포함하고, 상기 하부 베어링은 상기 주 지지부의 하부 하우징에 설치된 하부 연결 요소를 더 포함하고, 상기 하부 연결 요소는 상기 하부 지지부에 대해 상기 주 지지부의 피봇 운동이 가능하게 상기 하우징에 삽입되는 이중-가열 처리노.
제 7 항에 있어서, 상기 연결 요소가 그의 길이 방향을 따라 길이 방향 운동하는 것을 방지하기 위하여, 상기 연결 요소의 양 단부에 제공된 캐치 및 고정 링을 더 포함하는 이중-가열 처리노.
제 8 항에 있어서, 상기 주 지지부는 일반적으로 수직방향 압축에 의한 좌굴에 대해 주 지지부을 강화하기 위한 측부 강화부를 포함하는 이중-가열 처리노.
제 9 항에 있어서, 상기 주 지지부는 복사 교환관 코일의 복사 교환관을 지지하기 위한 복수의 홀을 포함하는 이중-가열 처리노.
제 10 항에 있어서, 상기 복수의 지지부, 하부 지지부 및 상부 가이드부는 복사 가열 챔버 내에서 복사 교환관을 지지하도록 제공되어 있는 이중-가열 처리노.
제 11 항에 있어서, 상기 노는 대류 챔버를 더 포함하고, 이 대류 챔버내에는 가열될 공급 연료가 흐를 수 있는 다수의 대류 교환관이 설치되고, 이 대류 교환관은 대류 교환관의 연속 코일을 형성하도록 대류 챔버의 측벽 구조물에 고정된 중간 베어링에 의해 지지되고, 공급 연료가 대류 챔버 내에서 연속통로를 전후로 따르는 이중-가열 처리노.
제 12 항에 있어서,

대류 교환관 코일의 하단부를 복사 교환관 코일의 상단부에 서로 연결하는 가요성 관 피스;

대류 교환관 코일의 제 1 대류 교환관의 단부가 연결되는 주입 노즐;

복사 교환관 코일의 마지막 복사 교환관이 연결되는 배출 노즐을 더 포함하는 이중-가열 처리노.
공급 연료의 열처리용 처리노 내부에서 관을 지지하기 위한 지지 칼럼에 있어서, 상기 지지 칼럼은

복수의 관을 지지하기 위해 길이방향으로 신장하는 지지 요소;

지지 요소의 상단부에 배치된 상부 하우징 내에 설치된 상부 연결 요소; 및

상기 지지 요소의 하단부에 배치된 하부 하우징 내에 설치된 하부 연결 요소를 포함하고,

상기 상부 연결 요소는 상부 가이드부에 결합되기 위해 일반적으로 아치형면을 가지며,

상기 하부 연결 요소는 하부 지지부에 결합되기 위해 일반적으로 아치형면을 가지며,

상기 지지 칼럼은 하우징을 갖는 하부 지지부를 더 포함하며, 하부 연결 요소의 상기 아치형면이 상기 하우징에 삽입되어 상기 하부 지지부가 상기 주 지지부에 대해 피봇가능한 지지 칼럼.
제 14 항에 있어서, 신장 홀을 갖는 상부 가이드부를 더 포함하며, 상기 상부 연결 요소의 상기 아치형면이 신장 홀에 삽입되어, 상기 상부 가이드부가 상기 주 지지부에 대해 피봇 및 이동가능한 지지 칼럼.
제 14 항에 있어서, 측부 강화 수단을 더 포함하는 지지 칼럼.
공급 원료의 열처리용 이중-가열 처리노를 포함하는 코크스 제조 시스템으로서, 이 이중-가열 처리노는

천정 및 바닥;

공급 원료가 통로의 전후를 통과하는 복사 교환관의 연속 코일이 내부에 제공된 복사 가열 챔버;

복사 교환관 코일의 복사 교환관을 지지하고 상부 베어링 및 하부 베어링을 포함하는 주 지지부;

주 지지부의 상부 베어링이 연결된, 천정에 고정된 상부 가이드부; 및

주 지지부의 하부 베어링이 연결된, 바닥에 고정된 하부 지지부를 포함하고,

상기 연결은 천정으로의 과도한 응력의 전달없이 상기 주 지지부의 열팽창을 허용할 수 있는 코크스 제조 시스템.
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