RU2402593C2

RU2402593C2 - Tube furnace

Info

Publication number: RU2402593C2
Application number: RU2009100615/15A
Authority: RU
Inventors: Ильдар Рашидович Хайрудинов (RU); Ильдар Рашидович Хайрудинов; Марат Нуриевич Ягудин (RU); Марат Нуриевич Ягудин; Виктор Васильевич Таушев (RU); Виктор Васильевич Таушев; Гульнара Ильдаровна Хайрудинова (RU); Гульнара Ильдаровна Хайрудинова; Эльшад Гумерович Теляшев (RU); Эльшад Гумерович Теляшев
Priority date: 2009-01-11
Filing date: 2009-01-11
Publication date: 2010-10-27
Also published as: RU2009100615A

Abstract

FIELD: oil and gas production.

SUBSTANCE: tube furnace consists of box-like case with convection and radiation chambers wherein there are arranged convective and radiation coils of furnace and burner installed in hearth of furnace. A radiant coil is made in form of a spiral from coupled tubes and is installed vertically in the furnace case. A soaker, capacity of which amounts to 20-25 % of capacity of tubes of the radiant spiral coil, is positioned in an outlet section of the radiant spiral coil. Tubes of the radiant spiral coil are mounted along walls of the box-like case. Also tubes of the coil along an elongated wall in the box-like furnace case are horizontal, while tubes of the coil along a short wall of the box-like furnace case are inclined at angle sufficient for transfer of a link of the spiral coil to an underlying level by means of connecting a shorter tube to a horizontal long tube.

EFFECT: avoiding coking on heat conducting surface and increased overhaul period of installation.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к нефтепереработке, в частности к трубчатым печам для нагрева нефтяных остатков в процессах висбрекинга, термокрекинга, замедленного коксования.The invention relates to oil refining, in particular to tubular furnaces for heating oil residues in the processes of visbreaking, thermal cracking, delayed coking.

Известна трубчатая печь коробчатой формы, внутри которой размещены горизонтальные трубы змеевика и горелки, обогревающие трубы змеевика факелом сгорающего топлива или посредством раскаленной фронтальной стены (каталог «Трубчатые печи», изд. ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, Москва, 1998 г., стр.8).A box-shaped tube furnace is known, inside of which horizontal coil pipes and burners are placed that heat the coil pipes with a torch of burning fuel or by means of a heated front wall (catalog "Tube furnaces", published by TsINTIHIMNEFTEMASH, Moscow, 1998, p. 8).

Недостатком известной печи является повышенное гидродинамическое сопротивление змеевика печи, обусловленное местным сопротивлением крутоизогнутых калачей, меняющих направление движения потока на противоположное, сопровождающееся повышенным износом противоположной стороны калача за счет сепарации твердых ингредиентов остатка в центробежном поле закрученного потока и уменьшения толщины защитного слоя из углеводородов сырья с повышенными адгезионными свойствами к металлу трубы, а также недостаточного экранирования камеры радиации из-за отсутствия труб на боковых стенах топочного пространства печи, вызывающее повышение теплонапряженности при увеличении тепловой нагрузки на печь, сопровождаемое повышением опасности закоксовывания теплопередающей поверхности и сокращением межремонтного пробега печи.A disadvantage of the known furnace is the increased hydrodynamic resistance of the furnace coil, due to local resistance of steeply curved barrels, changing the direction of flow to the opposite, accompanied by increased wear on the opposite side of the feces due to the separation of the solid ingredients of the residue in the centrifugal field of the swirling stream and reducing the thickness of the protective layer from raw hydrocarbons with increased adhesive properties to the pipe metal, as well as insufficient shielding of the radiation chamber and because of the lack of pipe on the side walls of the furnace combustion chamber, causing the increase of thermal stress by increasing the thermal load on the furnace, followed by an increased risk of coking of the heat transfer surface of the furnace and reduction of the turnaround path.

Известна цилиндрическая трубчатая печь, включающая корпус с камерами конвекции и радиации, в которых размещены конвективный и радиантный змеевики печи, при этом конвективный змеевик поднимается по спирали снизу вверх снаружи кольцевой перегородки, соединяется наверху печи вертикальными патрубками с радиантным змеевиком, опускается по спирали сверху вниз внутри этой же перегородки и обогревается горелкой, размещенной в поду печи. (Пат. РФ №2296926, C10G 9/20, оп. 10.04.2007)A cylindrical tubular furnace is known, including a housing with convection and radiation chambers in which convective and radiant coil coils are located, wherein the convective coil rises in a spiral from the bottom up outside the annular partition, is connected at the top of the furnace with vertical tubes with a radiant coil, and is lowered in a spiral from top to bottom inside of the same partition and is heated by a burner located in the hearth of the furnace. (Pat. RF №2296926, C10G 9/20, op. 10.04.2007)

Недостатком известной печи является то, что конвективный змеевик имеет участки с восходящими вертикальными трубами, при этом с образованием в змеевике паровой фазы двухфазный поток переходит в «снарядный», сопровождаемый гидроударами, вибрацией, вызывающими разрушение элементов конструкции печи, что приводит к частым остановкам установки. Еще одним недостатком известной печи является то, что в радиационной части змеевика печи, где скорость потока достигает 35-5 Ом/сек, спиральная кольцевая форма змеевика способствует расслоению потока за счет центробежной силы на две части: жидкую фазу, расположенную снаружи поперечного сечения кольцевого участка трубы, и паровую фазу, прилегающую к внутренней стороне того же участка трубы, освещенной излучающей поверхностью факела горелки. Это обстоятельство может сопровождаться кризисом теплопередачи второго рода (сухие пятна) и закоксовыванием теплопередающей поверхности, что часто является причиной остановки установки.A disadvantage of the known furnace is that the convective coil has sections with ascending vertical pipes, and with the formation of a vapor phase in the coil, the two-phase flow passes into the "shell", accompanied by water hammer, vibration, causing destruction of the furnace structural elements, which leads to frequent plant shutdowns. Another disadvantage of the known furnace is that in the radiation part of the furnace coil, where the flow rate reaches 35-5 Ohm / s, the spiral annular shape of the coil contributes to the separation of the flow due to centrifugal force into two parts: the liquid phase located outside the cross section of the annular section pipes, and the vapor phase adjacent to the inner side of the same section of the pipe, illuminated by the radiating surface of the torch of the burner. This circumstance may be accompanied by a heat transfer crisis of the second kind (dry spots) and coking of the heat transfer surface, which often causes the unit to stop.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении вероятности закоксовывания теплопередающей поверхности, устранении гидроударов, уменьшении скорости износа калачей.The technical result, the achievement of which the invention is directed, is to reduce the likelihood of coking of the heat transfer surface, elimination of water hammer, and reduction of the speed of wear of the bugs.

Для достижения указанного технического результата в трубчатой печи, включающей корпус с камерами конвекции и радиации, в которых размещены конвективный и радиантный змеевик и горелки, установленные в поду печи, причем радиантный змеевик выполнен спиральным и установлен вертикально в корпусе печи, согласно изобретению корпус печи выполнен коробчатым, а радиантный спиральный змеевик выполнен из спаренных труб, в выходной части радиантного спирального змеевика размещена сокинг-секция, объем которой составляет 20-25% от общего объема труб радиантного спирального змеевика, при этом трубы радиантного спирального змеевика размещены вдоль стен коробчатого корпуса, причем трубы змеевика, размещенные вдоль длинной стенки коробчатого корпуса печи, горизонтальны, а трубы змеевика, размещенные вдоль короткой стенки коробчатого корпуса печи, имеют угол наклона, достаточный для перевода звена спирального змеевика на нижележащий уровень подсоединением более короткой трубы к горизонтальной длинной трубе.To achieve the technical result in a tubular furnace, comprising a housing with convection and radiation chambers, in which a convective and radiant coil and burners are installed in the hearth of the furnace, the radiant coil being made spiral and mounted vertically in the furnace body, according to the invention, the furnace body is box-shaped and the radiant spiral coil is made of paired pipes, in the output part of the radiant spiral coil there is a socking section, the volume of which is 20-25% of the total volume of pipes p the spiral coil, while the radiant spiral coil pipes are placed along the walls of the box-shaped body, the coil pipes placed along the long wall of the box-shaped furnace body, are horizontal, and the coil pipes placed along the short wall of the box-shaped furnace body have an angle of inclination sufficient to translate the link spiral coil to the underlying level by connecting a shorter pipe to a horizontal long pipe.

Расстояние между звеньями радиантного спирального змеевика может составить два диаметра трубы.The distance between the links of the radiant spiral coil can be two pipe diameters.

Диаметр труб сокинг-секции на 35% превышает диаметр труб радиантного спирального змеевика.The diameter of the pipes of the socking section is 35% larger than the diameter of the pipes of the radiant spiral coil.

Отличительные от прототипа признаки - размещение радиантного спирального змеевика вертикально в коробчатом корпусе печи с расположением звеньев змеевика в горизонтальной плоскости, опускающихся сверху вниз, формирование сокинг-секции из труб большего диаметра - позволяют устранить гидроудары, устранить участки змеевика с «сухими» пятнами, освещенными факелом горелки, увеличить теплопередающую поверхность, уменьшить среднюю теплонапряженность теплопередающей поверхности, снизить гидродинамическое сопротивление змеевика печи, повысить компактность и энергетическую мощность печи и, в конечном итоге, увеличить межремонтный пробег печи.Distinctive features from the prototype — the placement of a radiant spiral coil vertically in the box-shaped case of the furnace with the location of the coil links in the horizontal plane, descending from top to bottom, the formation of a socking section from pipes of larger diameter — can eliminate water hammering and eliminate sections of the coil with “dry” spots illuminated by a torch burners, increase the heat transfer surface, reduce the average heat stress of the heat transfer surface, reduce the hydrodynamic resistance of the furnace coil, Sit compactness and energy capacity of the furnace and, ultimately, increase the turnaround of the furnace.

Поиск по отличительным признакам выявил цилиндрическую трубчатую печь для малотоннажных нефтеперерабатывающих производств по пат. РФ №2294953 (МПК C10G 9/00, оп. 10.03.2007), в которой змеевик также выполнен в виде спирали, установленной вертикально в корпусе печи. Однако известная печь не имеет камеры радиации, а у имеющейся камеры конвекции, где размещен спиральный змеевик, теплонапряженность теплопередающей поверхности в 3-4 раза меньше, чем в камере радиации. Поэтому конструкция печи и змеевика не позволяют увеличить их мощность до величин, необходимых для проведения высокотемпературных термодеструктивных процессов (висбрекинга или замедленного коксования) в крупнотоннажных нефтеперерабатывающих производствах.A search for distinctive features revealed a cylindrical tube furnace for small tonnage refining industries according to US Pat. RF №2294953 (IPC C10G 9/00, op. 10.03.2007), in which the coil is also made in the form of a spiral mounted vertically in the furnace body. However, the known furnace does not have a radiation chamber, and the existing convection chamber, where the spiral coil is located, has a heat transfer surface of the heat transfer surface that is 3-4 times less than in the radiation chamber. Therefore, the design of the furnace and the coil does not allow increasing their capacity to the values necessary for carrying out high-temperature thermodestructive processes (visbreaking or delayed coking) in large-capacity oil refineries.

Таким образом, новый технический результат предлагаемого технического решения по сравнению с известным по пат. РФ №2294953 - возможность проведения высокотемпературных термодеструктивных процессов в крупнотоннажных нефтеперерабатывающих производствах.Thus, the new technical result of the proposed technical solution in comparison with the known Pat. RF №2294953 - the possibility of carrying out high-temperature thermodestructive processes in large-capacity oil refineries.

На чертежах представлена предлагаемая двухкамерная трубчатая печь, где фиг.1 - трубчатая печь в разрезе, вид спереди; фиг.2 - разрез А-А.The drawings show the proposed two-chamber tube furnace, where Fig.1 is a sectional tubular furnace, front view; figure 2 is a section aa.

Печь включает коробчатый корпус 1 с теплоизоляцией 2, камеру конвекции 3 с конвективными змеевиками 4 и 5, камеру радиации 6 с радиантным змеевиком 7. Конвективные змеевики 4 и 5 выполнены из горизонтальных труб, из них: первый - из спаренных оребренных труб; второй - из обычных. Радиантный змеевик 7 выполнен спиральным из спаренных труб с сокинг-секцией 8, по которым протекают два параллельных потока. Сокинг-секция 8 изготовлена из труб большего диаметра, объем которых составляет 20% от общего объема труб спирального змеевика 7. Звено радиантного спирального змеевика 7 состоит из двух длинных и двух коротких труб, при этом угол наклона коротких труб составляет 7°. Расстояние между звеньями спирального змеевика 7 составляет два диаметра трубы, при этом диаметр труб сокинг-секции 8 на 35% превышает диаметр труб радиантного спирального змеевика 7.The furnace includes a box-shaped case 1 with thermal insulation 2, a convection chamber 3 with convective coils 4 and 5, a radiation chamber 6 with a radiant coil 7. Convective coils 4 and 5 are made of horizontal pipes, of which: the first is made of twin finned tubes; the second is from the usual. The radiant coil 7 is made spiral of paired pipes with a socking section 8, through which two parallel flows flow. The socking section 8 is made of larger diameter pipes, the volume of which is 20% of the total volume of the spiral coil tubes 7. The radiant spiral coil link 7 consists of two long and two short tubes, while the angle of inclination of the short tubes is 7 °. The distance between the links of the spiral coil 7 is two pipe diameters, while the diameter of the pipes of the socking section 8 is 35% greater than the diameter of the pipes of the radiant spiral coil 7.

В поду 9 печи установлены горелки 10. Печь снабжена линиями 11 для ввода сырья в змеевик печи, линиями 12 для ввода сырья из камеры конвекции в камеру радиации и линиями 13 вывода продуктов нагрева и разложения из печи в реактор или колонну (не показаны).Burners 10 are installed in the furnace hearth 9. The furnace is equipped with lines 11 for introducing raw materials into the furnace coil, lines 12 for introducing raw materials from the convection chamber into the radiation chamber, and lines 13 for outputting heating and decomposition products from the furnace to the reactor or column (not shown).

Печь работает следующим образом (фиг.1, 2). После пуска установки и разогрева печи на пусковом продукте (газойле) в змеевик печи вместо пускового продукта подают сырьевую смесь (композицию из гудрона с разбавителями, турбулизатором). Поток 11 с температурой 300-320°С поступает по линиям 12 из камеры конвекции в радиантный спиральный змеевик 7 и сокинг-секцию 8 камеры радиации 6, где нагревается от излучения факела сгорающей топливной смеси (топливо - воздух - водяной пар), выходящей из горелок 10 в поду 9 печи в камеру радиации 6. По мере прохождения спирального змеевика 7 и сокинг-секции 8 камеры радиации 6 температура потока повышается до величины разложения (крекинга) сырья (420-430°С), при этом структура потока внутри змеевика также изменяется и переходит от однородной (жидкой среды) к двухфазной (жидкой - газопаровой) дисперсно-кольцевой структуре. Такой гидродинамический режим течения потока характерен для горизонтальных и наклонно опускающихся сверху вниз участков змеевика, при этом поток спокойно, без гидроударов проходит также прямоугольные (90°) перетоки (калачи) и сокинг-секцию. Равномерному подъему температуры продукта в змеевике печи способствует практическое постоянство градиента тепловой энергии между теплопроизводящими и тепловоспринимающими участниками теплопередачи в топке печи, что снижает вероятность закоксовывания теплопередающей поверхности. Облучение периметра трубы факелом горелок преимущественно с ее нижней стороны, где тепловая энергия интенсивно снимается (поглощается) движущимся потоком жидкого продукта, также уменьшает опасности коксоотложений на внутренней поверхности трубы. Экранирование спиральным змеевиком всех четырех сторон печи позволяет увеличить полезную теплопередающую поверхность, уменьшить ее среднюю теплонапряженность, снизить теплопотери и повысить кпд печи. Спаренный характер змеевика обуславливает компактность и большую энергетическую мощность печи.The furnace operates as follows (Fig.1, 2). After the installation is started and the furnace is heated on the starting product (gas oil), the raw material mixture (tar composition with diluents, turbulizer) is fed to the coil of the furnace instead of the starting product. The stream 11 with a temperature of 300-320 ° C enters through lines 12 from the convection chamber to the radiant spiral coil 7 and the socking section 8 of the radiation chamber 6, where it is heated by torch radiation from a burning fuel mixture (fuel - air - water vapor) exiting the burners 10 in the hearth 9 of the furnace into the radiation chamber 6. As the spiral coil 7 and the socking section 8 of the radiation chamber 6 pass, the flow temperature rises to the decomposition (cracking) value of the raw material (420-430 ° С), while the flow structure inside the coil also changes and goes from a homogeneous (liquid medium ) to a two-phase (liquid - gas-vapor) dispersion-ring structure. Such a hydrodynamic flow pattern is characteristic of horizontal and inclined sections of the coil that slope downward from top to bottom, while the flow quietly, without hydroblows, also passes rectangular (90 °) overflows (streamers) and a socking section. The uniform temperature rise of the product in the furnace coil is facilitated by the practical constancy of the thermal energy gradient between the heat-producing and heat-receiving heat transfer participants in the furnace furnace, which reduces the likelihood of coking of the heat transfer surface. Irradiation of the perimeter of the pipe with a torch of the burners mainly from its lower side, where thermal energy is intensively removed (absorbed) by the moving stream of the liquid product, also reduces the risk of coke deposits on the inner surface of the pipe. Shielding with a spiral coil all four sides of the furnace allows you to increase the useful heat transfer surface, reduce its average heat intensity, reduce heat loss and increase the efficiency of the furnace. The twin nature of the coil determines the compactness and high energy power of the furnace.

По мере прохождения змеевика температура потока поднимается до 460-500°С, при этом исходное сырье разлагается (крекируется) с образованием низкомолекулярных маловязких компонентов (газ, бензин, легкий и тяжелый газойли), объем потока увеличивается по экспоненциальной зависимости, соответственно, повышается скорость потока и его движение становится устойчивым из-за преобладания дисперсно-кольцевой структуры. Прямоугольные (90°) калачи спиралевидного змеевика не меняют характера потока, также имеют малую величину гидродинамического сопротивления. Продукты нагрева и разложения (крекинга) по линии 13 выводятся из печи и направляются в реактор или колонну (не показаны).As the coil passes, the flow temperature rises to 460-500 ° С, while the feedstock decomposes (cracked) to form low molecular weight, low-viscosity components (gas, gasoline, light and heavy gas oils), the flow volume increases exponentially, and accordingly, the flow rate increases and its movement becomes stable due to the predominance of the disperse-ring structure. Rectangular (90 °) rolls of a spiral coil do not change the nature of the flow, and also have a small hydrodynamic resistance. The products of heating and decomposition (cracking) through line 13 are removed from the furnace and sent to a reactor or column (not shown).

Предлагаемое изобретение позволяет снизить вероятность закоксовывания теплопередающей поверхности, устранить гидроудары, уменьшить скорость износа (эрозии) калачей и тем самым увеличить межремонтный пробег установки.The present invention allows to reduce the likelihood of coking of the heat transfer surface, to eliminate water hammer, to reduce the rate of wear (erosion) of the streamers, and thereby increase the turnaround mileage of the installation.

Claims

1. A tubular furnace, comprising a housing with convection and radiation chambers, in which convective and radiant coil coils of the furnace and burners are installed, installed in the hearth of the furnace, the radiant coil being made spiral and mounted vertically in the furnace casing, characterized in that the furnace casing is box-shaped, and the radiant spiral coil is made of paired pipes, in the output part of the radiant spiral coil there is a socking section, the volume of which is 20-25% of the total volume of the pipes of the radiant spiral coil, while radiant spiral coil placed along the walls of the box-shaped body, and the pipe coil, placed along the long wall in the box-shaped body of the furnace, horizontal, and the pipe coil, placed along the short wall of the box-shaped body of the furnace, have an angle of inclination sufficient to translate the link of the spiral coil to the underlying level connecting a shorter pipe to a horizontal long pipe.

2. The tube furnace according to claim 1, characterized in that the distance between the links of the radiant spiral coil is two pipe diameters.

3. The tube furnace according to claim 1, characterized in that the diameter of the pipes of the socking section is 35% greater than the diameter of the pipes of the radiant spiral coil.