KR20140056079A

KR20140056079A - 열 전달 튜브 및 열 전달 튜브를 사용한 분해로

Info

Publication number: KR20140056079A
Application number: KR20130129987A
Authority: KR
Inventors: 궈칭 왕; 리쥔 장; 셴펑 저우; 쥔졔 류; 즈궈 두; 융강 장; 자오빈 장; 충 저우
Original assignee: 차이나 페트로리움 앤드 케미컬 코포레이션; 차이나 페트로리움 앤드 케미컬 코포레이션 베이징 리서치 인스티튜트 오브 케미컬 인더스트리
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-05-09
Also published as: GB2510025A; CN103791753B; GB201319549D0; US20140127091A1; CA2831755C; SG2013080528A; JP2014112024A; DE102013222059A1; US9359560B2; BR102013027961B1; CN103791753A; KR102143480B1; FR2997488A1; JP6317091B2; NL2011704A; CA2831755A1; NL2011704B1; FR2997488B1; BE1022111B1; RU2013148373A

Abstract

본 발명은 열 전달 튜브 및 열 전달 튜브를 사용한 분해로에 관한 것이다. 열 전달 튜브는 그 내벽에 배치된 비틀린 배플을 포함하고, 상기 비틀린 배플은 상기 열 전달 튜브의 축 방향을 따라 나선형으로 연장된다. 비틀린 배플은 열 전달 튜브의 일단에서 볼 때 닫힌 원을 규정한다. 상기 원의 궤적을 따라 상기 비틀린 배플의 반경 방향의 내단(inner end)에 고정되게 연결되는 케이싱이 배치된다. 상기 비틀린 배플은 복수의 구멍을 구비한다. 본 발명에 따른 열 전달 튜브는 열 전달 효과가 우수하고 압력 손실이 작다.

Description

열 전달 튜브 및 열 전달 튜브를 사용한 분해로 {HEAT TRANSFER TUBE AND CRACKING FURNACE USING THE HEAT TRANSFER TUBE }

본 발명은 가열로(heating furnace)에 특히 적합한 열 전달 튜브에 관한 것이다. 본 발명은 또한 열 전달 튜브를 사용한 분해로(cracking furnace)에 관한 것이다.

석유화학산업에 주요 장비인 분해로는 주로 대량의 열을 필요로 하는 분해 반응을 얻기 위해 탄화수소 재료를 가열하는 데 사용된다.

q는 전달된 열이고, A는 열 전달 면적을 나타내고, k는 열 전달 계수를 나타내고, dt/dy는 온도 기울기이다. 석유화학산업에서 사용되는 분해로를 예를 들면, 열 전달 면적 A(분해로의 용량에 의해 결정됨)와 온도 기울기 dt/dy가 결정되어 있을 때, 단위 면적당 전달된 열 q/A를 개선하는 유일한 방법은, 주된 유체(main fluid), 경계층의 열 저항 등에 의해 영향을 받는 열 전달 계수 k의 값을 개선하는 것이다.

프란틀의 경계층 이론(Prandtl's boundary layer theory)에 따르면, 실제 유체가 고체 벽을 따라 유동할 때, 벽면(wall surface)에 가까운 매우 얇은 층의 유체는 미끄러지지 않고 벽에 부착될 것이다. 즉, 벽면에 부착된, 경계층을 형성하는 유체의 속도는 영(zero)이다. 이 경계층의 두께가 매우 얇기는 하지만, 그 열 저항은 대단히 크다. 열이 그 경계층을 통과할 때, 열은 주된 유체에 신속하게 전달될 수 있다. 따라서, 경계층을 어떻게든 얇게 할 수 있다면, 전달된 열이 효과적으로 증가될 것이다.

종래기술에서, 석유화학산업에서 대개 사용되는 분해로의 노 파이프(furnace pipe)는 보통 아래에 설명하는 바와 같이 구성되어 있다. 한편, 분해로의 노 코일(furnace coil)의 축 방향으로 따라 입구단(inlet end)에서 출구단(outlet end)까지의 하나 이상 또는 모든 구역(region)의 내면에는 리브(rib)가 설치되고, 노 코일의 내면에 그 축 방향을 따라 나선형으로 연장된다. 상기 리브가 경계층의 두께를 최소화하도록 유체를 휘젓는 목적을 달성할 수 있지만, 그 내면에 형성된 코크스(coke)는 시간이 흐름에 따라 리브의 역할을 지속적으로 약화시킬 것이므로, 그 경계층을 감소시키는 기능이 점점 작아질 것이다. 한편, 서로 간격을 둔 복수의 핀(fin)이 노 파이프의 내면에 설치되어 있다. 이들 핀이 또한 경계층의 두께를 감소시킬 수 있다. 그러나, 노 파이프의 내면 위의 코크스가 증가함에 따라, 이들 핀은 마찬가지로 그 효과가 덜할 것이다.

그러므로, 이 기술분야에서는 노 코일의 열 전달 효과를 더욱 개선시키기 위해 열 전달 요소를 향상시키는 것이 중요하다.

종래기술의 기술적 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 우수한 전달 효과를 가진 열 전달 튜브를 제공한다. 본 발명은 또한 상기 열 전달 튜브를 사용한 분해로에 관한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 열 전달 튜브의 내벽 위에 배치된 비틀린 배플(twisted baffle)을 포함하고, 상기 비틀린 배플은 상기 열 전달 튜브의 축 방향을 따라 나선형으로 연장되는 열 전달 튜브를 개시한다.

본 발명에 따른 열 전달 튜브에서는, 비틀린 배플의 작용으로, 유체가 비틀린 배플을 따라 유동하여 회전 유동(rotating flow)으로 바뀐다. 유체의 접선 속도(tangential speed)가 경계층을 파괴하므로, 열 전달을 향상시키고자 하는 목적을 달성한다.

일 실시예에서, 상기 비틀린 배플은 복수의 구멍을 구비한다. 축 방향과 반경 방향으로 유동하는 유체는 모두, 구멍을 통과할 수 있다, 즉 이들 구멍은, 열 전달 튜브 내의 난류(turbulence)를 향상시키기 위해, 유체의 유동 방향을 변경할 수 있으므로, 경계층을 파괴하여 열 전달 향상의 목적을 달성한다. 또, 다른 방향으로부터의 유체는 모두 쉽게 이들 구멍을 통과하여 하류로 유동할 수 있으므로, 유체의 유동에 대한 저항을 더욱 줄이고 압력 손실을 줄인다. 유체 내에 속에 포함되는 코크스 편(coke piece)이 또한 이들 구멍을 통과하여 하류로 이동할 수 있고, 이는 코크스 편의 방출을 용이하게 한다.

바람직한 실시예에서, 상기 비틀린 배플의 면적에 대한 상기 복수의 구멍의 합 면적의 비율은 0.05:1에서 0.95:1까지의 범위 내이다. 상기 비율이 상기 범위 내의 값보다 작을 때, 열 전달 튜브는 고용량이지만, 유체의 압력 강하(pressure drop)는 크다. 상기 비율의 값이 크게 커질수록, 열 전달 튜브의 용량은 더 낮아질 것이지만, 유체의 압력 강하는 그에 따라 작아진다. 상기 비율이 0.6:1에서 0.8:1 사이일 때, 열 전달 튜브의 용량과 유체의 압력 강하 모두가 적절한 범위 내에 든다. 상기 비틀린 배플의 축 길이에 대한 두 개의 인접한 구멍의 중심선 사이의 축 거리의 비율은 0.2:1에서 0.8:1 사이이다.

일 실시예에서, 상기 비틀린 배플은 90°에서 1080°사이의 비틀림 각(twist angle)을 가진다. 비틀림 각이 비교적 작을 때, 유체의 압력과 회전 유체의 접선 속도는 모두 작다. 그러므로, 열 전달 튜브는 효과가 나쁘다. 상기 비틀림 각이 커질수록, 유체의 접선 속도는 증가할 것이므로, 열 전달 튜브의 효과는 개선될 것이지만, 유체의 압력 강하는 증가될 것이다. 상기 비틀림 각이 120°∼ 360°범위일 때, 열 전달 튜브의 용량과 유체의 압력 강하 모두가 적절한 범위 내에 든다. 상기 열 전달 튜브 중 단 하나의 구역이, 상기 열 전달 튜브의 일단에서 보았을 때 닫힌 원(enclosed circle)을 규정하는 서로 평행한 복수의 비틀린 배플을 구비할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 열 전달 튜브에 대한 상기 원의 직경 비율은 0.05:1에서 0.95:1의 범위 내에 든다. 이 비율이 비교적 작을 때, 열 전달 튜브는 고용량이지만 유체의 압력 강하는 크다. 상기 비율의 값이 점차 증가할수록, 열 전달 튜브의 용량은 감소될 것이지만, 유체의 압력 강하는 그에 따라 작아질 것이다. 이 비율이 0.6:1에서 0.8:1 사이일 때, 상기 열 전달 튜브의 용량 및 상기 유체의 압력 강하는 비교적 적절한 범위 내에 들 것이다. 이 구성은, 열 전달 튜브의 중앙부가 실제로 채널을 형성하면서 열 전달 튜브 벽에 가까운 부분에만 비틀린 배플을 구비하도록 만든다. 이렇게 하여, 유체가 열 전달 튜브를 통과할 때, 유체의 일부가 채널을 통해 튜브 밖으로 직접 흐를 수 있으므로, 더욱 우수한 열 전달 효과를 얻을 수 있을 뿐 아니라, 압력 손실도 작다. 또한, 채널은 또한 코크스 편이 그곳으로부터 신속하게 방출될 수 있게 한다.

바람직한 실시예에서, 상기 열 전달 튜브의 내경(inner diameter)에 대한 상기 비틀린 배플의 축 길이의 비율은 1:1에서 10:1의 범위이다. 이 비율이 비교적 작을 때, 회전 유동의 접선 속도는 비교적 커서, 열 전달 튜브는 고용량이지만 유체의 압력 강하는 비교적 크다. 비율의 값이 점차 증가함에 따라, 회전 유동의 접선 속도는 더 작아질 것이고, 따라서 열 전달 튜브의 용량은 감소할 것이지만, 유체의 압력 강하는 더 작아질 것이다. 이 비율이 2:1에서 4:1의 범위일 때, 상기 열 전달 튜브의 용량과 상기 유체의 압력 강하는 각각의 적절한 범위 내에 들 것이다. 이러한 크기의 상기 비틀린 배플은 또한 상기 열 전달 튜브의 내의 유체가 상기 경계층을 파괴할 정도로 충분한 접선 속도를 갖게 할 수 있어, 더 우수한 열 전달 효과를 달성할 수 있고 열 전달 벽에 코크스가 형성되는 경향은 더 작아질 것이다.

일 실시예에서, 상기 원의 궤적을 따라, 상기 비틀린 배플의 반경 방향의 내단(inner end)에 고정되게 연결되는 케이싱이 배치된다. 이 케이싱의 배치에 의해, 유체의 회전 유동은 내부의 유동에 의한 영향을 받지 않을 것이고, 이것이 유체의 접선 속도를 더욱 개선하고, 열 전달을 향상시키고, 열 전달 벽 위의 코크스를 감소시킨다. 또한, 케이싱은 상기 비틀린 배플의 강도도 개선한다. 예를 들면, 상기 케이싱은 비틀린 배플을 효과적으로 지지할 수 있으므로, 그 안정성 및 내충격성을 향상시킨한다.

본 발명의 제2 측면에 따르면, 그 방사 코일(radiant coil)이 본 발명의 제1 측면에 따른 열 전달 튜브를 적어도 하나, 바람직하게는 2개 내지 10개를 포함하는분해로를 개시한다.

일 실시예에서, 상기 복수의 열 전달 튜브는 상기 방사 코일 내에 그 축 방향을 따라 서로 간격을 두고 배치되어 있다. 상기 열 전달 튜브의 직경에 대한 상기 간격의 비율은 15:1에서 75:1의 범위 내이고, 바람직하게는 25:1에서 50:1의 범위 내이다. 서로 간격을 두고 있는 복수의 열 전달 튜브는, 상기 방사 코일 내의 유체를 피스톤 유동(piston flow)에서 회전 유동으로 연속적으로 변화시킬 수 있으므로, 열 전달 효율을 개선한다.

본 발명의 문맥에서, "피스톤 유동"이라는 용어는 이상적으로는 유체가 유동 방향으로는 서로 혼합되지만 반경 방향으로는 결코 서로 혼합되지 않는 것을 의미한다. 그러나 실제로는, 절대적인 피스톤 유동보다는 근사 피스톤 유동만을 달성할 수 있을 뿐이다.

종래기술과 비교하면, 본 발명은 이하의 측면에서 뛰어나다. 먼저, 열 전달 튜브 내의 비틀린 배플의 배치는 비틀린 배플을 따라 유동하는 유체가 회전 유동으로 바뀌므로, 유체의 접선 속도 개선, 경계층 파괴 및 열 전달 향상의 목적을 달성한다. 다음에, 비틀린 배플에 형성된 복수의 구멍이 유체의 유동 방향을 변화시킬 수 있으므로, 열 전달 튜브 내의 난류를 강화(strengthen)하여 열 전달 향상의 목적을 달성한다. 또, 이들 구멍은 유체의 유동에 저항을 더욱 감소시켜, 압력 손실이 더욱 저하된다. 또한, 유체 중에 포함된(carried) 코크스 편이 이들 구멍을 통해 하류로 이동할 수도 있어, 코크스 편의 방출을 촉진한다. 열 전달 튜브의 단 하나의 구역이, 열 전달 튜브의 일단에서 보았을 때 단힌 원을 규정하는, 서로 평행한 복수의 비틀린 배플을 구비할 때, 열 전달 튜브의 중앙부는 실제로, 압력 손실을 낮출 수 있고 코크스 편의 신속한 방출에 유리한, 채널을 형성한다. 또한, 원의 궤적을 따라 케이싱이 배치된다. 따라서, 케이싱, 비틀린 배플 및 열 전달 튜브의 내벽이 함께 나선형의 공동(spiral cavity)를 형성하고, 유체는 완전한 회전 유동으로 바뀌고, 이것이 유체의 접선 속도를 더욱 개선하므로, 열 전달을 더욱 향상시키고 열 전달 튜브의 벽 위에 코크스의 형성을 더욱 감소시킨다. 또, 케이싱이 비틀린 배플을 지지할 수 있으므로, 비틀린 배플의 안정성 및 내충격성을 개선한다.

이하, 구체적인 실시예의 비추어 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 열 전달 튜브의 제1 실시예의 개략 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 열 전달 튜브의 제2 실시예의 개략 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 열 전달 튜브의 제2 실시예의 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 열 전달 튜브의 제3 실시예의 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열 전달 튜브의 제4 실시예의 개략 사시도이다.
도 7은 종래기술의 열 전달 튜브의 개략 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 열 전달 튜브를 사용하는 분해도의 방사 코일을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도면에서, 동일한 구성요소는 동일한 참조 부호로 나타낸다. 도면은 실제 스케일에 따라 그려진 것은 아니다.

이하에 본 발명을 도면에 비추어 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 열 전달 튜브(10)의 제1 실시예의 사시도를 개략적으로 나타낸다. 열 전달 튜브(10)는 회전 가능하게 유동하도록 유체를 도입하기 위한 두 개의 비틀린 배플(11, 11')을 구비한다. 비틀린 배플(11, 11')은 서로 평행하고 열 전달 튜브(10)의 축 방향을 따라 나선형으로 연장되며, 그 구조는 DNA 분자의 이중 나선 구조와 유사하다. 비틀린 배플(11, 11')은 90°에서 1080°사이의 비틀림 각을 가져, 열 전달 튜브(10)의 축 방향을 따라 수직 통로(through vetical passage)(12)[즉, 도 4에 도시된 바와 같은 원(12)]를 규정한다. 그러나, 비틀린 배플들은 수직 통로(12)를 규정하는 대신에 박판체(sheet body)일 수도 있으며, 이에 대해서는 이하에 설명한다.

수직 통로를 규정하지 않는 비틀린 배플들은, 열 전달 튜브의 하나의 지름선(diameter line)이 그 중심점 주위에 회전하는 동시에 열 전달 튜브(10)의 축 방향을 따라 위 또는 아래로 병진 운동(trnaslating)함으로써 얻어지는 궤적면(trajectory surface)으로 이해될 수 있다. 이와는 대조적으로, 수직 통로를 규정하는 비틀린 배플들은, 열 전달 튜브(10)와 동축의 실린더로부터 수직 통로를 규정하지 않는 비틀린 배플들의 중앙부를 제거함으로써 형성될 수 있고, 그것에 의해 도 1에 도시된 바와 같이 두 개의 동일한 평행의 비틀린 배플이 형성될 수 있다. 이렇게 하여, 두 개의 비틀린 배플(11, 11') 모두는 서로 평행한 상부 에지(top edge)와 하부 에지(bottom edge)뿐 아니라 열 전달 튜브(10)의 내벽과 항상 접촉하는 한 쌍의 꼬인 측면 에지(side edge)를 포함한다.

도 1에 나타낸 바와 같은 비틀린 배플의 실시예를, 이하에 비틀린 배플(11)을 예로 사용하여 설명한다. 열 전달 튜브(10)의 내경에 대한 비틀린 배플(11)의 축 길의 비율은 1:1에서 10:1의 범위 내이다. 비틀린 배플(11)의 축 길이는 "피치(pithch)"라고 할 수 있고, 열 전달 튜브(10)의 내경에 대한 "피치"의 비율은 "비틀림 비율(twist ration)"이라고 할 수 있다. 비틀림 각과 비틀림 비율은 모두 열 전달 튜브(10) 내의 유체의 회전 정도(rotation degree)에 영향을 미칠 것이다. 비틀림 비율이 결정되면, 비틀림 각이 클수록 유체의 접선 속도는 더 높을 것이지만, 유체의 압력 강하도 그에 따라 더 높을 것이다. 비틀린 배플(11)은, 열 전달 튜브(10) 내의 유체가 충분히 높은 접선 속도를 가져 경계층을 파괴할 수 있게 하는 비틀림 비율 및 비틀림 각도를 가지도록 선택되므로, 우수한 열 전달 효과를 달성할 수 있다. 이 경우에, 열 전달 튜브의 내벽에 코크스가 형성되는 경향이 더 적은 결과를 얻을 수 있고 유체의 압력 강하는 수용 가능한 범위 내에서 제어될 수 있다.

비틀린 배플(11, 11')이 나선형으로 연장되기 때문에, 유체는 비틀린 배플(11,11')의 안내로 피스톤 유동에서 회전 유동으로 바뀔 것이다. 접선 속도에 의해, 유체는 경계층을 파괴하여 열 전달을 향상시킬 것이다. 또한, 유체의 접선 속도에 비추어 열 전달 튜브(10)의 내벽에 유체가 형성되는 경향이 더 적을 것이다. 또한, 열 전달 효과를 개선하는 외에, 비틀린 배플(11, 11')에 의해 규정된 채널[즉, 앞서 언급한 수직 통로 또는 도 4에 나타낸 원(12)]은 열 전달 튜브(10)을 통해 유동하는 유체에 대한 저항을 감소시킬 수도 있다. 또, 채널은 벗겨진 코크스 편의 방출에도 유익하다.

도 2 및 도 3은 제2 실시예의 비틀린 배플을 개략적으로 나타낸다. 본 실시예에서, 비틀린 배플(11,11')은 모두 구멍(41)을 구비한다. 비틀린 배플(11)을 예로 들면, 축 방향 또는 반경 방향으로 유동하는 유체는 모두 구멍(41)을 통과할 수 있다. 이렇게 하여, 비틀린 배플(11)의 안내로, 경계층의 두께를 줄이도록 유체를 회전 유동으로 바꿀 수 있을 뿐 아니라 구멍(41)을 순조롭게 통과시켜 하류로 유동하게 할 수 있어, 유체의 압력 손실을 크게 줄일 수 있다. 또한, 유체 내의 코크스 편 역시 구멍(41)을 통과할 수 있어, 기계적 디코킹(decoking) 또는 유압식 디코킹(hydraulic decoking)의 작업을 용이하게 한다. 도 4는 도 2와 도 3의 단면도로, 열 전달 튜브(10)의 구조를 명시적으로 보여준다.

도 5는 열 전달 튜브(10)의 제3 실시예를 개략적으로 나타낸다. 제3 실시예의 구성은 제2 실시예의 구성과 실질적으로 동일하다. 이들 사이의 차이점은 이하 점에 있다. 처음에, 제3 실시예에서는, 수직 통로[즉, 도 4의 원(12)]의 궤적을 따라 케이싱(20)이 배치되어, 비틀린 배플(11, 11')을 지지하고 그 안정성 및 내충격성을 개선시키기 위해, 비틀린 배플(11, 11')의 반경 방향의 내단(inner end)에 고정되게 연결되어 있다. 또, 케이싱(20), 비틀린 배플(11,11') 및 열 전달 튜브(10)의 내벽은 함께 나선형의 공동(spiral cavity)(21, 21')을 둘러싼다. 유체가 나선형의 공동(21, 21') 내로 들어가면, 유체는 피스톤 유동에서 회전 유동으로 바뀌고 케이싱(20)에 의해 분리될 것이어서, 회전 유동은 케이싱 내의 피스톤 유동에 의해 영향을 받지 않을 것이고, 회전 유동은 더 높은 접선 속도를 가질 것이므로, 열 전달을 강화하고 열 전달 튜브의 벽 위의 코킹(coking, 코크스화)을 감소시킨다. 회전 유동이 나선형의 공동(21, 21')에서 흘러나오면, 그 관성의 효과에 따라 열 전달 튜브(10) 내의 유체의 난류를 더욱 강화할 수 있으므로, 열 전달 효과를 더 한층 강화한다. 바람직한 실시예에서, 열 전달 튜브(10)에 대한 케이싱(20)의 내경 비율은, 코크스 시트가 케이싱(20)을 통과할 수 있도록, 0.05:1에서 0.95:1의 범위 내어서, 코크스 시트의 방출을 용이하게 한다.

또한 도 5에 나타낸 바와 같은 실시예의 비틀린 배플(11, 11')은 구멍(41)을 구비하지만, 어떤 실시예에서 비틀린 배플은 실제로 구멍을 구비하지 않을 수도 있는데, 이에 대해서는 간단하게 하기 위해 여기에 설명하지 않는다는 것을 알아야 한다.

도 6은 열 전달 튜브(10)의 제4 실시예를 개략적으로 나타낸다. 유의할 것은, 도 6에서의 비틀린 배플(40)은, 비틀린 배플(40)이 도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같은 수직 통로를 둘러싸지 않는다는 점에서, 도 1 내지 도 5의 비틀린 배플 중 어느 것과도 다르다는 것이다. 나선형의 비틀린 배플(40)이 경계층의 두께를 감소시킬 수 있는 동시에, 비틀린 배플(40)에 형성된 구멍(42)이 축방향을 따라 유동하는 유체에 대한 저항을 감소시켜 그 압력 손실을 감소시킨다. 구체적인 일 실시예에서, 비틀린 배플(40)의 면적에 대한 복수의 구멍(42)의 합계 면적의 비율은 0.05:1에서 0.95:1 사이이다. 비틀린 배플(40)의 축 길이에 대한 두 개의 인접한 구멍(42)의 중심선 사이의 축 거리의 비율은 0.2:1에서 0.8:1 사이이다.

본 발명은 또한 앞선 언급한 바와 같은 열 전달 튜브(10)를 사용한 분해로(도면에 도시되지 않음)에 관한 것이다. 분해로는 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에 잘 알려져 있으므로, 여기서는 논의하지 않는다. 분해로의 방사 코일(50)은 전술한 열 전달 튜브(10)를 적어도 하나 구비한다. 도 8은 세 개의 열 전달 튜브(10)를 개략적으로 나타낸다. 바람직하게는 이들 열 전달 튜브(10)는 서로 간격을 두고 방사 코일의 축 방향을 따라 설치된다. 예를 들면, 열의 내경에 대한 두 개의 인접한 열 전달 튜브(10)의 축 거리의 비율은 15:1에서 75:1, 바람직하게는 25:1 내지 50:1의 범위 내이어서, 방사 코일 내의 유체는 피스톤 유동에서 회전 유동으로 연속적으로 바뀔 것이므로, 열 전달 효율을 개선시킨다. 유의할 것은, 복수의 열 전달 튜브가 있을 때, 이들 열 전달 튜브는 도 1 내지 도 6 중 어느 하나에 나타낸 것과 같은 방식으로 배치될 수 있다는 것이다.

이하에, 구체적인 예를 사용하여 본 발명에 따른 열 전달 튜브(10)가 사용될 때 분해로의 방사 코일의 열 전달 효율 및 압력 강하를 설명한다.

예 1

분해로의 방사 코일에는 도 1에 나타낸 바와 같은 열 전달 튜브(10)가 6개 배치되어 있다. 열 전달 튜브(10) 각각의 내경은 51 mm이다. 열 전달 튜브에 대한 둘러싸인 원의 직경 비율은 0.6:1이다. 비틀린 배플은, 비틀림 각이 180°이고 비틀림 비율이 2.5이다. 두 개의 인접한 열 전달 튜브(10) 사이의 거리는 열 전달 튜브(10)의 내경의 50배이다. 실험으로 방사 코일의 열 전달 부하(heat transfer load)가 1,270.13 KW이고 압력 강하가 70,180.7 Pa임을 알았다.

예 2

분해로의 방사 코일에는 도 2에 나타낸 바와 같은 열 전달 튜브(10)가 6개 배치되어 있다. 열 전달 튜브(10) 각각의 내경은 51 mm이다. 열 전달 튜브에 대한 둘러싸인 원의 직경 비율은 0.6:1이다. 비틀린 배플은, 비틀림 각이 180°이고 비틀림 비율이 2.5이다. 두 개의 인접한 열 전달 튜브(10) 사이의 거리는 열 전달 튜브(10)의 내경의 50배이다. 실험으로 방사 코일의 열 전달 부하가 1,267.59 KW이고 압력 강하가 70,110.5 Pa임을 알았다.

비교예 1

분해로의 방사 코일에는 종래 기술의 열 전달 튜브(50')가 6개 장차되어 있다. 열 전달 튜브(50')는, 열 전달 튜브(50')의 케이싱 내에 비틀린 배플(51')을 구비하여 구성되어 있고, 비틀린 배플(51')은 열 전달 튜브(50')를 도 7에 나타낸 바와 같이 서로 연통하지 않는 두 개의 재료 통로(material passge)로 나눈다.

열 전달 튜브(50')의 내경은 51 mm이다. 비틀린 배플(51')은, 비틀림 각이 180°이고 비틀림 비율이 2.5이다. 두 개의 인접한 열 전달 튜브(50') 사이의 거리는 열 전달 튜브(50')의 내경의 50배이다. 실험으로 방사 코일의 열 전달 부하가 1,264.08 KW이고 압력 강하가 71,140 Pa임을 알았다.

상기 한 예 및 비교예에 비추어, 종래 기술의 열 전달 튜브를 사용한 분해로 내의 방상 코일의 열 전달 효율과 비교되는, 본 발명에 따른 열 전달 튜브를 사용한 분해로 내의 방사 코일의 열 전달 효율이 상당히 개선되었음을 알 수 있다. 방사 코일의 열 전달 부하는 1,270.13 KW 정도로 높게 개선되고 압력 강하 역시 6,573.8 Pa 정도로 낮게 잘 제어된다. 이상의 특징은 탄화수소 분해 반응에 매우 유익하다.

본 발명을 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 구체적으로 개시된 실시예를 넘어 다른 대안적인 실시예 및/또는 본 발명의 사용과, 명백한 변경 및 그 등가물에까지 확장된다. 특히, 구조적인 충돌이 없는 한, 본 발명의 실시예 하나하나에 개시된 기술적 특징은 임의의 방식으로 서로 조합될 수 있다. 본 명세서에 개시된 본 발명의 범위는 전술한 구체적인 개시된 실시예로 한정되는 것이 아니라, 이하의 특허청구범위 내의 모든 기술적 해결방안을 포함한다.

Claims

열 전달 튜브의 내벽에 배치된 비틀린 배플(twisted baffle)을 포함하는 열 전달 튜브로서,
상기 비틀린 배플은 상기 열 전달 튜브의 축 방향을 따라 나선형으로 연장되는, 열 전달 튜브.
제1항에 있어서,
상기 비틀린 배플은 복수의 구멍을 포함하는, 열 전달 튜브.
제2항에 있어서,
상기 비틀린 배플의 면적에 대한 상기 복수의 구멍의 합계 면적의 비율이 0.05:1에서 0.95:1, 바람직하게는 0.6:1에서 0.8:1의 범위 내인, 열 전달 튜브.
제2항에 있어서,
상기 비틀린 배플의 축 길이에 대한 두 개의 인접한 구멍의 중심선 사이의 축 거리의 비율이 0.2:1에서 0.8:1 사이인, 열 전달 튜브.
제2항에 있어서,
상기 비틀린 배플은 90°에서 1080°사이, 바람직하게는 120°에서 360°사이의 비틀림 각(twist angle)을 가지는, 열 전달 튜브.
제5항에 있어서,
상기 열 전달 튜브의 단 하나의 구역이, 상기 열 전달 튜브의 일단에서 볼 때 닫힌 원(enclosed circle)을 규정하는 서로 평행한 복수의 비틀린 배플을 구비하는, 열 전달 튜브.
제6항에 있어서,
상기 열 전달 튜브에 대한 상기 원의 직경 비율은 0.05:1에서 0.95:1, 바람직하게는 0.6:1에서 0.8:1의 범위 내에 드는, 열 전달 튜브.
제6항에 있어서,
상기 원의 궤적으로 따라, 상기 비틀린 배플의 반경 방향의 내단(inner end)에 고정되게 연결되는 케이싱이 배치되는, 열 전달 튜브.
제6항에 있어서,
상기 열 전달 튜브의 내경(inner diameter)에 대한 상기 비틀린 배플의 축 길이의 비율은, 1:1에서 10:1, 바람직하게는 2:1에서 4:1의 범위인, 열 전달 튜브.
방사 코일을 포함하는 분해로로서,
상기 방사 코일은 제1항에 따른 열 전달 튜브를 적어도 하나, 바람직하게는 2개 내지 10개를 포함하는, 분해로.
제10항에 있어서,
상기 복수의 열 전달 튜브는, 상기 방사 코일 내에 그 축 방향을 따라 서로 간격을 두고 배치되어 있고, 상기 열 전달 튜브의 직경에 대한 상기 간격의 비율은 15:1에서 75:1, 바람직하게는 25:1에서 50:1의 범위 내인, 분해로.