PT1546631E - Procedimento para redistribuição do fluxo térmico sobre tubos de processamento instalados em aquecedores de processamento, e aquecedores de processamento integrando tais tubos - Google Patents

Description

PE1546631 1

DESCRIÇÃO "PROCEDIMENTO PARA REDISTRIBUIÇÃO DO FLUXO TÉRMICO SOBRE TUBOS DE PROCESSAMENTO INSTALADOS EM AQUECEDORES DE PROCESSAMENTO, E AQUECEDORES DE PROCESSAMENTO INTEGRANDO TAIS TUBOS"

DOMÍNIO DA INVENÇÃO A presente invenção diz genericamente respeito a procedimentos através dos quais possam ser manipulados os fluxos térmicos sobre tubos de processamento colocados no interior de aquecedores de processamento, com o objectivo de tornar esses fluxos mais equitativos em termos periféricos. Os procedimentos da invenção serão particularmente adequados para serem usados em aquecedores queimando coque que são utilizados na indústria de refinação do petróleo, tais como unidades de coker (do inglês "coker"), unidades de vácuo, aquecedores de crude e outros equipamentos semelhantes.

ANTECEDENTES E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Muitos fornos ou aquecedores queimando coque, como as unidades de coker, as unidades de vácuo e os aquecedores de crude, são designadas por unidades de queimador único, por utilizarem uma fonte de queima 2 PE1546631 geralmente colocada centralizadamente em relação a uma certa disposição de tubos de processamento. Estes tubos de processamento ficam portanto normalmente posicionados junto de adjacentes paredes refractárias do aquecedor, donde resulta uma desigual distribuição do fluxo térmico em termos periféricos. Ou seja, os segmentos de circunferência do tubo que ficam virados para o elemento de queima do aquecedor encontram-se normalmente mais quentes do que os segmentos de circunferência que ficam virados para a parede refractária do recipiente de processamento.

Do fluxo térmico exercido sobre o lado do tubo virado para a chama, mais quente, vai resultar uma temperatura mais elevada no metal do tubo, quando comparada com a do lado do tubo que fica virado para a parede refractária. 0 resultado prático de uma assim desigual deposição periférica do fluxo térmico consiste numa maior taxa de deposição de coque, internamente no lado mais quente do tubo que está virado para a queima. Esta desigual deposição periférica interna do coque vai também conduzir a uma prematura e desvantajosa significativa queda de pressão ao longo do tubo, e/ou a uma desvantajosamente elevada temperatura na superfície externa do tubo (ou seja, a deposição do coque sobre a superfície interna funciona como um isolamento). Como consequência, surge uma redução nos períodos de funcionamento operacional para os aquecedores com queima. Por exemplo, uma típica unidade de coker requer uma descarbonização de seis em seis meses, ou de nove em nove meses, sendo que algumas unidades de coker chegam a 3 PE1546631 requerer uma descarbonização de três em três meses. 0 documento DE3338804A descreve um "corpo de radiação encamisado" para um tubo térmico. 0 tubo térmico é protegido relativamente às tensões térmicas pela utilização do "corpo de radiação encamisado" na região de maior absorção de radiação, ou seja, onde o tubo térmico se encontra mais próximo da chama.

Também existem fluxos térmicos desiguais, os quais ocorrem dentro do próprio aquecedor de processamento e dos quais podem resultar deposições não uniformes de coque de um troço de tubo para outro. Na verdade, determinados tubos, ou troços de tubo, podem estar mais próximos da fonte de combustão do que outros tubos, ou troços de tubo, no seio do aquecedor de processamento. Nestas circunstâncias, os tubos que se encontram mais afastados da fonte de combustão (por exemplo, aqueles tubos colocados junto da parte de cima do aquecedor, quando a fonte de combustão se situar na parte de baixo deste mesmo aquecedor) podem apresentar segmentos de circunferência do tubo exibindo um menor fluxo térmico, quando comparados com semelhantes segmentos de circunferência de tubos que se encontrem mais próximos da fonte de combustão, mesmo que esses segmentos de circunferência estejam orientados de maneira a ficarem virados de frente para o calor gerado pela fonte de combustão. aos

Torna-se então fortemente desejável que 4 PE1546631 tubos ou troços de tubo de processamento, no interior de recipientes de queima, possa ser transmitido uma mais uniforme distribuição de fluxo térmico em termos periféricos. Será também desejável que o fluxo térmico no seio do aquecedor de processamento seja mais equitativamente distribuído, graças à instalação de diferentes tubos e/ou troços de tubo apresentando uma predeterminada distribuição de fluxo térmico, diferenciada em termos periféricos embora bastante uniforme localmente. A presente invenção pretende portanto ir ao encontro da satisfação destas necessidades. A presente invenção destina-se a proporcionar um procedimento que permita uma mais equitativa distribuição do fluxo térmico em redor de uma superfície periférica externa de um tubo de processamento, colocado no interior de um recipiente de processamento com queima, em conformidade com a Reivindicação 1. É aplicado pelo menos sobre um segmento de circunferência de, no mínimo, uma secção superficial periférica externa do tubo de processamento, um revestimento fabricado num material possuindo uma seleccionada emissividade térmica e/ou condutividade térmica, que seja diferente da emissividade térmica e/ou condutividade térmica de um outro segmento de circunferência da mesma secção superficial periférica externa do tubo de processamento; o procedimento é caracterizado por a região superficial do tubo de processamento ao qual o revestimento é aplicado se situar numa posição adjacente à parede refractária. Desta maneira, 5 PE1546631 consegue-se estabelecer uma mais equitativa condutância térmica em redor de toda a secção superficial periférica externa do tubo de processamento, em comparação com a condutância térmica que ai existiria na ausência do revestimento, donde resulta uma mais equitativa distribuição do fluxo térmico em redor de todo o perímetro da secção do tubo.

Estes e outros aspectos e vantagens da invenção tornar-se-ão mais perceptíveis após ter sido prestada a devida atenção à seguinte descrição detalhada da configuração exemplificativa preferida para a mesma.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS ANEXOS

Ir-se-á de seguida fazer referência aos desenhos anexos, onde são usados números de referência idênticos, em todas as diversas FIGURAS para identificar elementos estruturais idênticos, e para os quais: A FIGURA 1 representa uma vista esquemática em secção transversal de uma unidade de coker com um único queimador, apresentando tubos de processamento que estão em conformidade com a presente invenção; a FIGURA 2A representa uma vista esquemática em secção transversal ampliada de uma técnica que pode ser usada em conjugação com a presente invenção; e 6 PE1546631 as FIGURAS 2B a 2D representam vistas esquemáticas em secção transversal ampliada de uma técnica que é actualmente preferida para transmitir uma mais uniforme distribuição periférica de fluxo térmico a tubos de processamento, em conformidade com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Considere-se a FIGURA 1, onde está ilustrado esquematicamente um aquecedor de processamento com queima 10, como por exemplo uma unidade de coker com um único queimador. No que a si diz respeito, o aquecedor 10 é constituído por paredes refractárias 12 com o propósito de minimizar as perdas de calor para fora do recipiente, e por um determinado número de tubo de processamento, (alguns dos quais estão identificados pelo número de referência 14) dispostos em localização adjacente às paredes 12. Uma unidade de aquecimento 16 encontra-se instalada para proporcionar uma fonte de calor, como esquematicamente é representado pela chama 16a. Nestas circunstâncias, como pode ser observado na FIGURA 1, as zonas dos tubos 14 que se encontram directamente expostas à chama 16a estarão mais quentes, quando comparadas com as zonas dos tubos 14 que se encontram em posição imediatamente adjacente à parede refractária 12, dando por essa razão origem aos problemas que foram atrás sucintamente expostos.

Considerando as FIGURAS 2B a 2D, nelas se ilustra esquematicamente técnicas preferidas que estão em 7 PE1546631 conformidade com a presente invenção, e que se destinam a transmitir aos tubos 14 uma mais uniforme distribuição do fluxo térmico, em termos periféricos. Na FIGURA 2A mostra-se um representativo tubo de processamento 14, com um depósito de incrustações 20 periféricas sobre a sua face exterior. As incrustações 20 podem evidentemente, só por si, provocar um decréscimo no fluxo térmico. Portanto, dever-se-á remover do tubo 14, na zona adjacente à parede refractária 12, uma região periférica (identificada pela sua representação a traço interrompido e pelo número de referência 20a) das incrustações 20 sobre ele depositadas. Esta remoção das incrustações 20a depositadas poderá ser conseguida por intermédio de qualquer técnica apropriada. Por exemplo, a técnica de detonação com areia - que se encontra descrita no pendente Pedido de Patente norte-americana com o N° 10/219943, propriedade do requerente -pode ser empregada para remover selectivamente a região periférica de incrustações 20a depositadas, expondo desta maneira o subjacente metal nu do tubo 14.

Após a remoção das incrustações 20a depositadas na região periférica, poder-se-á aplicar um revestimento 22 como se ilustra na FIGURA 2B. No que a si diz respeito, o revestimento 22 consiste num material que será escolhido pelas suas propriedades de emissividade e/ou de condutividade térmica, de modo a obter uma condutância térmica desejável (por exemplo, em termos de transferência de calor por unidade de área através da parede do tubo) em redor de toda a região superficial periférica do tubo 14. PE1546631

Na perspectiva em que aqui é usado, o termo emissividade (E) de um material corresponde a um número adimensional medido numa escala entre zero (reflexão total da energia) e 1,0 (um "corpo negro" perfeito capaz de uma absorção total de energia e re-radiação). Em conformidade com a presente invenção, uma emissividade (E) relativamente elevada diz respeito a materiais de revestimento apresentando uma emissividade superior a cerca de 0,80, que se situará habitualmente entre aproximadamente 0,90 e aproximadamente 0,98. Uma emissividade relativamente baixa deverá portanto ser associada a materiais de revestimento apresentando uma emissividade inferior a cerca de 0,80, habitualmente inferior a cerca de 0,75 (por exemplo entre aproximadamente 0,15 e aproximadamente 0,75). Também podem ser utilizadas baixas emissividades situadas entre aproximadamente 0,45 e aproximadamente 0,75. Em resumo, a gama de emissividades dos materiais de revestimento, que podem ser utilizados na realização da presente invenção, pode variar entre aproximadamente 0,15 e aproximadamente 0,98, e irá depender das exigências especificas requeridas para um determinado recipiente de processamento.

Como se poderá comprovar, as incrustações 20 depositadas manifestam uma condutividade térmica relativamente baixa, mas uma emissividade relativamente elevada. Nestas circunstâncias, o revestimento 22 será escolhido de maneira a proporcionar essencialmente um fluxo térmico mais uniforme em redor de toda a periferia do tubo 14. Portanto, as diferenças em termos de emissividade 9 PE1546631 térmica e/ou condutividade térmica de uma região periférica do tubo 14, quando comparada com a outra região periférica (por exemplo, como acontece entre a região com as incrustações 20 depositadas e o revestimento 22), será tal que o fluxo térmico (condutância térmica) em toda a periferia se torna mais uniforme, em termos médios, quando se atende ao facto de uma região poder estar mais quente durante o funcionamento em comparação com a outra região (isto é, estar submetida a condições térmicas diferenciadas no decurso da utilização). Na prática, será preferível que as diferenças de emissividade de uma região periférica do tubo 14, quando comparada com a outra região periférica do tubo, sejam de pelo menos cerca de 5%, e normalmente de pelo menos cerca de 10% ou mais (por exemplo, uma diferença de emissividade situada entre aproximadamente 15% e aproximadamente 50%).

Deverá ser considerado que, no âmbito do desejado objectivo de transmitir um mais uniforme fluxo térmico em redor de toda a periferia do tubo 14, e/ou de proporcionar um mais uniforme fluxo térmico no seio do próprio aquecedor de processamento, poderão ser utilizadas diversas técnicas. Por exemplo, poderá ser adicionalmente aplicado um revestimento 24 com relativamente elevada emissividade (E), ou relativamente baixa emissividade (E), por cima da parede refractária 12 que fica adjacente ao revestimento 22, como se representa na FIGURA 2C. Além disso, poder-se-ão remover as incrustações 20 e ser aplicado um revestimento 26 possuindo as desejadas propriedades de emissividade térmica 10 PE1546631 e/ou condutividade térmica sobre o lado quente do tubo 14, como se representa na FIGURA 2D.

Deverá ser considerado que, no seio do próprio aquecedor de processamento 10, poderá tornar-se necessário instalar um ou mais tubos e/ou troços tubulares longitudinais, que apresentem um fluxo térmico diferente em comparação com os, um ou mais, tubos e/ou troços tubulares já existentes no interior do aquecedor 10. No entanto, e em termos individuais, cada um destes tubos e/ou troços tubulares deverá preferencialmente manifestar um fluxo térmico substancialmente uniforme em termos periféricos, em conformidade com a presente invenção e consoante foi anteriormente descrito. Mesmo assim, ao providenciar diferentes fluxos térmicos periféricos pré-seleccionados, em tubos e/ou troços tubulares onde tais fluxos são, apesar disso, substancialmente uniformes em termos individuais ir-se-á permitir que o fluxo térmico no seio do aquecedor 10 seja mais equitativamente redistribuído. A espessura do revestimento sobre os tubos não constitui um factor crítico e irá variar em função do desejado fluxo térmico resultante, e/ou dependendo do material particular em que o revestimento é feito. Nestas circunstâncias, poderão ser apropriadas espessuras de revestimento que vão desde cerca de 1 até aproximadamente 60 milésimas de polegada para uma dada aplicação em tubos, sendo as densidades de revestimento normalmente superiores a aproximadamente 75%, mais especificamente iguais ou 11 PE1546631 superiores a 90%.

Se bem que a invenção tenha sido descrita fazendo referência àquela que pode ser actualmente considerada como sendo a sua mais prática e preferida configuração, será compreensível que a invenção não fica limitada à configuração descrita e que, pelo contrário, se pretende cobrir diversas alterações e montagens equivalentes, consideradas incluídas dentro do âmbito das reivindicações anexas.

Lisboa, 27 de Dezembro de 2006

Claims (7)

1. PE1546631 1 REIVINDICAÇÕES 1. Um procedimento para fornecer uma mais equitativa distribuição do fluxo térmico em redor de uma região superficial periférica externa de um tubo de processamento (14) colocado dentro de um recipiente (10) de processamento com queima, este recipiente (10) dispõe de uma fonte de combustão (16a) e de uma parede refractária (12), estando aquele tubo (14) localizado entre as mencionadas fonte de combustão (16a) e parede refractária (12),o qual compreende o fornecimento, de um revestimento (22), sobre pelo menos um segmento de circunferência da região superficial periférica externa do tubo de processamento (14), feito num material possuindo uma seleccionada emissividade térmica e/ou condutividade térmica que será diferente da emissividade térmica e/ou condutividade térmica de outro segmento de circunferência na região superficial periférica externa do tubo de processamento (14), desta maneira, consegue-se transmitir uma mais equitativa distribuição de fluxo térmico em redor de toda a região superficial periférica externa do tubo de processamento (14) em comparação com a distribuição do fluxo térmico que ai existiria na ausência do revestimento (22), caracterizado por a região superficial do tubo de processamento (14) sobre a qual é aplicado o revestimento (22) estar localizada numa posição adjacente à parede refractária (12).
2. 2 PE1546631 2. 0 procedimento da reivindicação 1, em que a diferença de emissividade será de pelo menos cerca de 5%, entre aquele, pelo menos um, segmento de circunferência e o outro segmento de circunferência mencionado.
3. 3. 0 procedimento da reivindicação 2, em que a diferença de emissividade será de pelo menos cerca de 10%.
4. 4. O procedimento de qualquer uma das reivindicações precedentes, em que aquele, pelo menos um, segmento de circunferência possui um revestimento (22) que apresenta uma elevada emissividade de, pelo menos, cerca de 0, 80 .
5. 5. O procedimento da reivindicação 1, em que aquele, pelo menos um, segmento de circunferência está coberto com um material apresentando uma relativamente elevada emissividade de cerca de 0,80 ou mais, e em que o outro segmento de circunferência mencionado se encontra coberto com um material apresentando uma relativamente baixa emissividade, inferior a cerca de 0,80, garantindo-se que a diferença entre estas relativamente elevada e baixa emissividades se situe em cerca de 5%.
6. 6. O procedimento da reivindicação 5, em que a diferença entre as mencionadas relativamente elevada e baixa emissividades se situa em cerca de 10%.
7. 7. Um recipiente (10) de processamento com 3 PE1546631 queima dispondo de uma fonte de combustão (16a), uma parede refractária (12) e um tubo de processamento (14), estando este tubo de processamento (14) localizado entre as mencionadas fonte de combustão (16a) e parede refractária (12), o tubo de processamento (14) está fornecido de um revestimento (22), sobre pelo menos num segmento de circunferência da sua região superficial periférica externa, feito num material possuindo uma seleccionada emissividade térmica e/ou condutividade térmica que é diferente da emissividade térmica e/ou condutividade térmica de um outro segmento de circunferência na região superficial periférica externa do tubo de processamento (14), desta maneira, consegue-se transmitir uma mais equitativa distribuição de fluxo térmico em redor de todo o perímetro da região superficial periférica externa do tubo de processamento (14) em comparação com a distribuição do fluxo térmico que ai existiria na ausência do revestimento (22), caracterizado por a região superficial do tubo de processamento (14) ao qual é aplicado o revestimento (22) estar localizada numa posição adjacente à parede refractária (12). Lisboa, 27 de Dezembro de 2006