ПЕЧЬ С ДВУМЯ ТОПОЧНЫМИ КАМЕРАМИ И ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ТРУБОЙ Российский патент 2004 года по МПК C10G9/20 

Изобретение относится к печам с двумя топочными камерами, имеющим радиационную теплообменную трубу, опирающуюся на горизонтальных участках на опору для трубы, и более точно к такой печи, которая имеет конструктивные элементы, которые позволяют упростить замену трубы и опоры для трубы.

В печи с двумя топочными камерами, по меньшей мере, одна теплообменная труба, по которой проходит подвергающаяся обработке текучая среда (жидкость или газ), нагревается за счет горения с двух противоположных сторон трубы в радиационной секции печи. Данное изобретение относится к подклассу таких печей, которые называются "печами с горизонтальной трубой" и в которых труба (или трубы) проходит с изгибами назад и вперед, образуя горизонтальные участки, с образованием змеевиковой панели (или панелей). Внутри радиационной секции змеевиковая панель опирается на опоры для трубы. Печи с горизонтальной трубой используются в таких процессах как "крекинг" этилендихлорида для получения винилхлорида, предназначенного для использования в виде волокон и пластиков (такая печь называется печью для этилендихлорида), испарение серы в нефтехимии, нагрев коксующегося исходного сырья и т.п. Один пример печи с горизонтальной трубой, используемой для нагрева коксующегося исходного сырья, описан в патенте США 5078857.

На практике большинство печей с горизонтальной трубой содержат конвекционную секцию в дополнение к радиационной секции. В конвекционной секции, которая используется ниже по ходу течения и на большей высоте по сравнению с радиационной секцией, конвекционный трубчатый змеевик (или змеевики) подвергается воздействию потока горячих выхлопных газов, образующихся в результате сгорания в радиационной секции.

Во многих случаях использования печей с горизонтальной трубой, таких, как вышеописанные, труба и опоры для трубы подвергаются неблагоприятным рабочим или окружающим условиям. Эти условия могут привести к значительной коррозии и к износу и трещинам на трубе и опорах, что вызывает необходимость в периодической замене трубы и/или опор, как правило, после пяти-десяти лет эксплуатации. В типовой печи с горизонтальной трубой замена трубы и/или опор представляет собой достаточно сложную задачу.

Например, в патенте США 3384053 описана печь с двумя топочными камерами и со смещенной дымовой трубой. Трубчатый змеевик поддерживается сверху шарнирно-неподвижными опорами, которые подвешены к каркасу печи и проходят в печь через небольшие сквозные отверстия, выполненные в своде печи. Вокруг опоры отверстия предпочтительно заделаны цементом. Очевидно, что печь, описанная в этом патенте, имеет те же недостатки с точки зрения замены трубы, что и большинство печей с горизонтальной трубой. Традиционно приходилось разрезать горизонтальные участки трубы на отрезки и удалять их в продольном направлении, по одному отрезку за раз, через заслонку в торцевой стенке печи. Разрезание на отрезки, опускание и удаление отрезков трубы, расположенных на больших высотах в печи, могут вызвать затруднения и могут представлять собой до некоторой степени рискованные операции. Кроме того, труба, которая служит для замены, должна быть размещена в печи и установлена внутри нее аналогичным образом. Кроме того, поскольку на практике невозможно было осуществить замену опор для трубы без демонтажа трубы или разрезания на части опоры для трубы, задача остается достаточно сложной даже в том случае, если только опора для трубы требует замены.

Предпринимались попытки разработать съемную торцевую стенку, через которую вся трубчатая змеевиковая панель может быть удалена по направляющим. Эти попытки приводили к решениям, которые, как правило, оказывались дорогостоящими и практически нецелесообразными. Одна подобная попытка проиллюстрирована в патенте США 2456787. В данном патенте проиллюстрирована печь, в конструкции которой не используется конвекционная секция, а также в которой один трубчатый змеевик подвергается воздействию пламени с двух сторон, а два периферийных змеевика подвергаются воздействию пламени с одной стороны (то есть подвергаются воздействию на них пламени только с одной стороны) в топочной камере. Два канала для отработавших газов проходят от свода топочной камеры. Трубчатый змеевик, который подвергается воздействию пламени с двух сторон, опирается в камере на опоры для змеевика, через которые проходят горизонтальные участки трубчатого змеевика. Опоры для змеевика подвешены к продольной направляющей (расположенной над топочной камерой между каналами для отработавших газов), свисают вниз через паз (параллельный направляющей) в своде топочной камеры и проходят в топочную камеру. Обычно паз, выполненный в своде, закрыт вокруг опор шарнирно-неподвижными закрывающими элементами, внутренние поверхности которых выполнены из огнеупорного материала. Другой паз, который также обычно закрыт шарнирно-неподвижным закрывающим элементом с огнеупорной внутренней поверхностью, выполнен в торцевой стенке. Когда закрывающие элементы, предназначенные для паза в своде и для паза в торцевой стенке, открыты, змеевик может быть удален или вставлен через паз в торцевой стенке путем перемещения опоры вдоль направляющей. Эта конструкция представляет собой сложную конструкцию, требующую наличия больших открываемых закрывающих элементов как в своде, так и в торцевой стенке, а также требующую наличия конструкции, проходящей далеко за торцевую стенку топочной камеры для создания опоры для направляющей, по которой перемещают змеевик при его удалении через торцевую стенку. Кроме того, ничего не предусмотрено для обеспечения возможности смены опор для трубы независимо от трубчатого змеевика.

Следует упомянуть о другом классе печей с двумя топочными камерами, которые в данном случае называются "печами с вертикальной трубой", в которых используются трубы, расположенные в виде вертикальных участков вместо горизонтальных. Конструктивные элементы, области применения и потребности в обслуживании печей с вертикальной трубой значительно отличаются от печей с горизонтальной трубой, и поэтому значительная часть рассмотренных здесь вопросов не относится к печам с вертикальной трубой. Например, в большинстве печей с вертикальной трубой вертикальные участки трубы поддерживаются по отдельности снаружи по отношению к радиационной секции, при этом опора для них создается с помощью системы рычажных механизмов и противовесов. Как правило, никакие опорные элементы не используются внутри радиационной секции печи. Однако как и в случае печей с горизонтальной трубой вертикальные участки, как правило, вставляют и удаляют в продольном направлении. Вследствие ориентации участков трубы их, как правило, вставляют и удаляют через небольшие отверстия, выполненные в своде радиационной секции. Некоторые примеры проиллюстрированы в патентах США 3230052 и 3265043, в патенте США 3348923, и в патенте США 4955323. Ни в одном из этих патентов ничего не предусмотрено для вставки и удаления множества участков трубы как единого узла. Очевидно, что при отсутствии опоры для трубы внутри радиационной секции также ничего не предусмотрено для смены такой опоры независимо от трубы.

Соответственно в данной области техники существует потребность в печи с горизонтальной трубой, которая выполнена с возможностью упрощенного удаления и замены изношенной трубчатой змеевиковой панели.

Кроме того, в данной области техники существует потребность в печи с горизонтальной трубой, в которой змеевиковая панель может быть удалена как единый узел, и змеевиковая панель, служащая для замены, может быть аналогичным образом вставлена как единый узел.

Существует дополнительная потребность в печи с горизонтальной трубой, в которой опора для трубы может быть удалена и заменена независимо от самой змеевиковой панели.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков в данной области техники за счет разработки печи с горизонтальной трубой, в которой трубчатая змеевиковая панель может быть удалена и заменена как единый узел и в которой опоры для трубы предпочтительно могут быть по отдельности и независимо удалены и заменены.

В соответствии с одним аспектом данное изобретение относится к печи, которая включает в себя радиационную секцию, имеющую стенку и свод, при этом свод имеет продольное отверстие. Радиационная теплообменная труба расположена в радиационной секции, и труба имеет вход и выход, через которые подвергаемая обработке текучая среда может соответственно вводиться в радиационную секцию и выводиться из нее. Труба между входом и выходом расположена в виде по существу горизонтальных участков трубы. Предусмотрено множество горелок, при этом, по меньшей мере, две из горелок расположены с противоположных сторон трубы. Множество опор для трубы установлены с возможностью открепления на некоторых расстояниях друг от друга в продольном направлении вдоль участков трубы и образуют опорные поверхности для трубы, на которые опираются участки трубы. Труба и опоры для трубы выполнены с возможностью подъема их как единого узла через продольное отверстие свода радиационной секции.

Предпочтительно, если участки трубы проходят по существу параллельно и по существу выровнены в вертикальном направлении, и каждая опора для трубы включает в себя, как правило, вертикальную стойку. Кроме того, предпочтительно, если участки трубы выставлены относительно продольного отверстия свода радиационной секции.

Каждая опора для трубы может включать в себя, как правило, вертикальную стойку и множество опорных консольных элементов, при этом опорные консольные элементы образуют опорные поверхности для трубы и прикреплены к стойке с возможностью открепления.

Предпочтительно, если опоры для трубы подвешены с возможностью отсоединения внутри радиационной секции сверху по отношению к участкам трубы. Каждая опора для трубы может удерживаться в поперечном направлении ниже участков трубы. В одном варианте осуществления каждая опора для трубы имеет верхний конец, который проходит через продольное отверстие свода. Каждая опора для трубы может дополнительно включать в себя выступающий элемент, прикрепленный к верхнему концу стойки так, что он оказывается расположенным над радиационной секцией, при этом опора для трубы подвешена к выступающему элементу. Перекрывающий опорный элемент может быть закреплен с возможностью съема поперек продольного отверстия свода радиационной секции, при этом выступающий элемент опирается на перекрывающий опорный элемент для обеспечения возможности подвешивания опоры для трубы.

Печь может включать в себя конвекционную секцию, содержащую конвекционную теплообменную трубу. Конвекционная секция, как правило, расположена сверху от трубы и смещена в горизонтальном направлении относительно трубы.

В одном варианте осуществления печь содержит пару радиационных секций, пару труб, при этом в каждой радиационной секции расположена одна труба, пару комплектов горелок, при этом в каждой радиационной секции расположен один комплект горелок, пару комплектов опор для трубы, при этом в каждой радиационной секции расположен один комплект опор для трубы, и пару конвекционных секций, при этом каждая конвекционная секция соединена в рабочем положении с одной, соответствующей ей радиационной секцией и расположена сверху и со смещением в горизонтальном направлении относительно трубы, расположенной в радиационной секции, соединенной с данной конвекционной секцией, при этом две конвекционные секции расположены рядом друг с другом.

В соответствии с другим аспектом данного изобретения печь содержит радиационную секцию, имеющую стенку и свод, при этом свод имеет продольное отверстие. Радиационная теплообменная труба расположена в радиационной секции. Труба имеет вход и выход, через которые подвергаемая обработке текучая среда может соответственно вводиться в радиационную секцию и выводиться из нее. Труба между входом и выходом расположена в виде по существу горизонтальных участков трубы, и участки трубы проходят по существу параллельно и выровнены в вертикальном направлении для образования змеевиковой панели, которая, как правило, выровнена относительно продольного отверстия свода радиационной секции. Предусмотрено множество горелок, по меньшей мере, две из которых расположены с противоположных сторон змеевиковой панели. Множество опор для трубы установлены с возможностью открепления на некоторых расстояниях друг от друга в продольном направлении вдоль участков трубы. Опоры для трубы включают в себя, как правило, вертикальные стойки и опорные консольные элементы, проходящие от стоек, при этом участки трубы опираются на опорные консольные элементы таким образом, что опора для трубы служит опорой для змеевиковой панели. Змеевиковая панель и опоры для трубы выполнены с возможностью подъема их как единого узла через продольное отверстие свода радиационной секции.

Опоры для трубы могут быть подвешены с возможностью открепления внутри рационной секции сверху по отношению к змеевиковой панели. Кроме того, каждая опора для трубы может удерживаться в поперечном направлении ниже змеевиковой панели, а также иметь верхний конец, простирающийся через продольное отверстие свода. Каждая опора для трубы может также дополнительно содержать выступающий элемент, прикрепленный к верхнему концу стойки так, что он расположен над радиационной секцией, при этом опора для трубы подвешена к выступающему элементу.

Целесообразно, чтобы печь дополнительно содержала перекрывающий опорный элемент, закрепленный с возможностью съема поперек продольного отверстия свода радиационной секции, при этом выступающий элемент опирается на перекрывающий опорный элемент для подвешивания опоры для трубы.

Кроме того, печь может дополнительно включать в себе конвекционную секцию, содержащую конвекционную теплообменную трубу, при этом конвекционная секция расположена сверху от трубы и смещена в горизонтальном направлении относительно трубы.

Печь может также содержать пару радиационных секций, пару труб, при этом в каждой радиационной секции расположена одна труба, пару комплектов горелок, при этом в каждой радиационной секции расположен один комплекс горелок, пару комплектов опор для трубы, при этом в каждой радиационной секции расположен один комплект опор для трубы, и пару конвекционных секций, при этом каждая конвекционная секция соединена в рабочем положении с одной, соответствующей ей радиационной секцией и расположена сверху и со смещением в горизонтальном направлении относительно трубы, расположенной в радиационной секции, соединенной с данной конвекционной секцией, при этом две конвекционные секции расположены рядом друг с другом.

Эти и другие задачи, признаки и преимущества данного изобретения станут более очевидными из нижеследующего подробного описания, приведенного со ссылкой на приложенные чертежи, в которых везде аналогичные ссылочные номера обозначают аналогичные элементы.

Фиг.1 представляет собой схематичный вертикальный вид спереди в разрезе, показывающий печь с горизонтальной трубой согласно предпочтительному варианту осуществления данного изобретения.

Фиг. 2 представляет собой схематичный вертикальный вид сбоку в разрезе, показывающий печь с горизонтальной трубой, проиллюстрированную на фиг.1.

Фиг. 3 представляет собой часть верхнего опорного устройства стойки согласно варианту осуществления данного изобретения.

Фиг. 4 представляет собой подробное изображение зоны, показанной кружком IV на фиг.2.

Фиг. 5 представляет собой подробное изображение, указанное стрелками V-V на фиг.4.

Фиг. 6 представляет собой подробное изображение зоны, показанной кружком VI на фиг.2.

Фиг. 7 представляет собой схематичный вертикальный вид сбоку в разрезе, показывающий печь с горизонтальной трубой согласно другому варианту осуществления данного изобретения.

Фиг. 8 представляет собой подробное изображение зоны, показанной кружком VIII на фиг.7.

Данное изобретение будет рассмотрено применительно к печи для крекинга этилендихлорида. Тем не менее принципы данного изобретения равным образом применимы к другим конфигурациям печи с горизонтальной трубой. Фиг.1 представляет собой схематичный вертикальный вид спереди в разрезе, на котором показана подобная печь 1 для крекинга этилендихлорида. Печь 1 имеет радиационную секцию 10 и в предпочтительном варианте осуществления конвекционную секцию 20.

По меньшей мере, одна теплообменная труба 30 образует змеевиковую панель 32, которая проходит с изгибами назад и вперед через радиационную секцию 10, образуя горизонтальные участки. Змеевиковая панель 32 опирается внутри радиационной секции 10 на множество опор 40 для труб, которые расположены на некоторых расстояниях друг от друга вдоль горизонтальных участков трубы 30 и образуют опорные поверхности для трубы, на которые опирается труба 30. Подвергающая обработке текучая среда (то есть жидкость или газ) перемещается по трубе 30 радиационной секции от входа 34 в эту трубу к выходу 36 из нее, проходя при этом через радиационную секцию 10. В проиллюстрированном варианте осуществления вход 34 трубы расположен над выходом 36 трубы. Однако принципы данного изобретения одинаковым образом применимы к другим конструкциям, например к конструкциям с потоком подвергающейся обработке текучей среды, проходящим снизу вверх.

Радиационная секция 10 также включает в себя множество горелок, при этом некоторые из них предпочтительно подняты на платформу для горелок. Горелки, предусмотренные с обеих сторон змеевиковой панели 32, обеспечивают нагрев змеевиковой панели 32 (и подвергающейся обработке текучей среды, проходящей по трубе 30 радиационной секции).

Конвекционная секция 20 печи 1 расположена за радиационной секцией 10 по ходу течения (применительно к газообразным продуктам сгорания) и на большей высоте по сравнению с радиационной секцией 10. В конвекционной секции 20 комплект конвекционных трубчатых змеевиков 22 подвергается воздействию потока горячих отработавших газов, образующихся в результате горения в радиационной секции 10. Отработавшие газы выходят из конвекционной секции 20 через шахту 60.

На фиг. 2, представляющей собой схематичный вид сбоку в разрезе, иллюстрирующий печь 1, изображенную на фиг. 1, показано, что радиационная секция 10 имеет под 11, стенки 12 и свод 14, которые все футерованы соответствующим огнеупорным материалом 16. Можно видеть, что данный вариант осуществления печи 1 фактически содержит две по существу идентичные печи 1a, 1b, расположенные вплотную. Преимущества такой конструкции будут рассмотрены ниже.

Как можно видеть на фиг.2, горизонтальные участки радиационной трубы 30 расположены друг над другом в виде по существу вертикальной "стопы" в змеевиковой панели 32. Если в печи 1 используется конвекционная секция 20, как в проиллюстрированном варианте осуществления, конвекционная секция 20 смещена в горизонтальном направлении от змеевиковой панели 32. Продольное отверстие 18, через которое змеевиковая панель 32 может быть вставлена в вертикальном направлении как единый узел, выполнено в своде 14 радиационной секции 10. Эта комбинация признаков обеспечивает возможность установки или удаления змеевиковой панели 32 как сборного единого узла через продольное отверстие 18 в своде 14 радиационной секции 10.

Для того чтобы дополнительно облегчить удаление/вставку змеевика, любая связь 70 конструкции, которая расположена над радиационной секцией 10, закреплена на месте с возможностью отделения (то есть с помощью болтов, штифтов или т. п. ). Это обеспечивает возможность удаления связи 70 конструкции во время вставки/удаления змеевиковой панели 32. Поскольку вставка/удаление змеевиковой панели 32 не будет выполняться ни во время работы печи 1, ни во время холодной погоды, временное удаление связи 70 не приведет к ухудшению состояния печи 1.

Предпочтительно опоры 40 для трубы подвешены сверху. Поскольку трубчатая змеевиковая панель 32 поддерживается сверху, перемещение веса трубчатой змеевиковой панели 32 к крану или к другому подъемному механизму представляет собой довольно простую операцию. Таким образом, конструкция с верхним расположением опор хорошо подходит для установки и удаления трубчатой змеевиковой панели 32 как единого узла по существу в вертикальном направлении через продольное отверстие 18. На практике, поскольку опоры 40 для трубы поддерживаются сверху, наиболее эффективный способ подъема и удаления змеевиковой панели 32 реализуется путем использования опор 40 для трубы. Таким образом, опоры 40 для трубы и змеевиковая панель 32 могут быть предварительно собраны и установлены как единый узел через продольное отверстие 18 в своде 14 радиационной секции. Естественно, продольное отверстие 18 должно быть выполнено с такими размерами, которые обеспечивают возможность прохода через него такой змеевиковой панели в сборе.

В дополнение к вышесказанному следует отметить то, что конструкция опор 40 для трубы с верхним креплением обеспечивает дополнительные преимущества. Одно основное преимущество вытекает из принципа, заключающегося в том, что один и тот же вес может опираться на стойку со значительно меньшим поперечным сечением, если эта стойка находится под действием растягивающих сил, а не сжимающих. Таким образом, размеры опор 40 для трубы с верхним креплением могут быть значительно уменьшены при одновременном повышении долговечности по сравнению со сравнимыми опорами, которые поддерживаются снизу. Принимая во внимание расход высоколегированных сталей, которые должны быть использованы в радиационной секции 10 такой печи 1, уменьшенное поперечное сечение и увеличенный срок службы опор 40 для трубы могут привести к значительной экономии затрат. Кроме того, уменьшенные размеры и масса опор 40 для трубы дополнительно облегчают установку и удаление змеевиковой панели 32 через продольное отверстие 18.

Дополнительный предпочтительный признак данного изобретения заключается в том, что опоры 40 для трубы должны быть выполнены, как описано ниже, таким образом, чтобы обеспечить возможность удаления и замены одной из опор 40 для трубы через продольное отверстие 18 так, что при этом змеевиковая панель 32 остается на месте в радиационной секции 10 печи 1. Это позволит в очень значительной степени уменьшить время и расходы, связанные с заменой изношенной опоры 40 для трубы. Поскольку конструкция выполнена с избыточным количеством опор 40 для трубы (то есть они способны нести нагрузку, создаваемую змеевиковой панелью 32, в случае выхода из строя любой из опор 40 для трубы), змеевиковая панель 32 временно может опираться на оставшиеся опоры 40 для трубы, пока происходит удаление и замена одной опоры 40 для трубы.

Каждая опора 40 для трубы предпочтительно содержит, по меньшей мере, одну вертикальную стойку 42, от которой выступает множество опорных консольных элементов 44, которые образуют опорные поверхности для трубы, на которые опираются участки трубы 30 змеевиковой панели 32. Стойка 42 может иметь любую соответствующую форму, хорошо известную в данной области техники, такую, как балка двутаврового сечения, швеллерная балка или т.п., но предпочтительно является трубчатой по форме, и наиболее предпочтительно, если стойка получена центробежным литьем, для лучшего сохранения конструктивной целостности и прочности при тяжелых условиях работы печи. Консольные элементы 44 предпочтительно прикреплены к стойке 42 с возможностью съема. При откреплении консольных элементов 44 от стоек 42 стойки 42 могут быть подняты прямо вверх через продольное отверстие 18 в своде 14 радиационной секции 10, не задевая змеевиковой панели 32. Это обеспечивает возможность удаления и замены стоек 42 по отдельности таким образом, что при этом змеевиковая панель 32 остается нетронутой и на своем месте в печи 1.

Один вариант осуществления опоры 40 для трубы показан на фиг.2 и 4. Две параллельные трубчатые стойки 42 расположены с обеих сторон одной змеевиковой панели 32 и служат опорой для нее. Множество горизонтальных опорных элементов 44а, проходящих между стойками 42, несут нагрузку, создаваемую массой змеевиковой панели 32. (На фиг.2 показаны только горизонтальные опорные элементы 44а, расположенные в верхней и нижней частях стоек 42, но в действительности горизонтальные опорные элементы 44а используются вдоль всей длины стоек 42). Горизонтальные опорные элементы 44а могут иметь любую соответствующую форму, например они могут быть выполнены в виде сплошных стержней прямоугольного сечения или в виде полых труб, но предпочтительно они представляют собой сплошные стержни круглого сечения.

Стойки 42 и горизонтальные опорные элементы 44а выполнены из пригодных материалов, выбор которых определяется типом печи 1 и температурами, создаваемыми в процессе работы печи. В случае печи 1 для крекинга этилендихлорида стойки 42 (и предпочтительно горизонтальные опорные элементы 44а) должны быть выполнены из легированной стали, содержащей хром и/или никель, предпочтительно не менее 25% хрома и/или 20% никеля. Одной пригодной легированной сталью является НК40, аустенитная нержавеющая сталь. Могут быть использованы другие материалы, хорошо известными специалистам в данной области техники, имеющие аналогичные или лучшие свойства с точки зрения термической стойкости. В случаях применения, которые характеризуются более тяжелыми температурными режимами или режимами нагрузки, могут потребоваться сплавы с более высоким содержанием легирующих элементов. Толщина стоек 42 и горизонтальных опорных элементов 44а зависит от таких факторов, как высота и вес змеевиковой панели 32, и может быть легко определена специалистами в данной области техники.

Предпочтительно горизонтальные опорные элементы 44а прикреплены к стойкам 42 с возможностью отсоединения. В проиллюстрированном варианте осуществления каждый горизонтальный опорный элемент 44а проходит через противолежащие отверстия в каждой стойке 42. На каждом конце горизонтального опорного элемента 44а могут быть выполнены, например, шплинты 46, предназначенные для удерживания данного элемента на месте. Горизонтальные опорные элементы 44а могут быть прикреплены к стойкам 42 другими способами, например посредством гаек с резьбой или приваренных шайб. Как было указано, наличие горизонтальных опорных элементов 44а, прикрепленных с возможностью отсоединения, обеспечивает возможность удаления и замены стоек 42 по отдельности через продольное отверстие 18 в своде 14 радиационной секции 10 без удаления или демонтажа змеевиковой панели 32.

Как было указано выше, стойки 42 предпочтительно подвешены сверху. Предпочтительно, чтобы основная несущая нагрузку опора была расположена снаружи радиационной секции 10, какая бы конструкция ни применялась, поскольку высокие температуры внутри радиационной секции 10 могут привести к снижению предела текучести материалов, используемых для того, чтобы нести нагрузку. Также предпочтительно, чтобы стойки 42 были закреплены таким способом, который обеспечивает возможность извлечения змеевиковой панели 32 и/или стоек 42 при желании. Таким образом, предпочтительно, чтобы каждая стойка 42 в процессе работы выступала наружу через продольное отверстие 18, через которое змеевиковая панель 32 может быть удалена, и чтобы основная несущая нагрузку опора для стойки 42 была выполнена на части стойки 42, которая находится выше продольного отверстия 18. На фиг.3-5 проиллюстрирована предпочтительная конструкция, предназначенная для достижения этого.

Выступающий элемент 80 прикреплен к стойке 42 на ее верхнем конце или рядом с ее верхним концом. Выступающий элемент 80 должен проходить поперек, по меньшей мере, в двух противоположных направлениях от стойки 42. Выступающий элемент 80 может быть выполнен во множестве форм, таких, как кольцо или палец на конце стойки 42, но в предпочтительном варианте осуществления выступающий элемент 80 представляет собой пару противоположных лапок 82, которые приварены к стойке 42. В варианте осуществления, показанном на фиг. 3-5, каждая лапка 82 содержит вертикальный элемент 84 жесткости и горизонтальную пластину 86 у основания элемента 84 жесткости. Проиллюстрированный вертикальный элемент 84 жесткости представляет собой треугольную пластину, два края 84а, 84b которой приварены соответственно к стойке 42 и к горизонтальной пластине 86. Горизонтальная пластина 86 имеет скругленный край 86а, который также приварен к стойке 42.

На печи 1 образована опорная поверхность, на которую опирается выступающий элемент 80 стойки. Опорная поверхность может быть образована рейками 90, которые образуют края продольного отверстия 18, через которое проходит стойка 42. Тем не менее рейки 90 расположены достаточно далеко друг от друга, так что продольное отверстие 18 имеет ширину, достаточную для прохода через него всей змеевиковой панели в сборе (то есть змеевиковой панели 32 и стоек 42). Таким образом, если бы рейки 90 были бы предназначены для создания опорной поверхности, выступающий элемент 80 должен был бы обладать способностью создавать опору для стойки 42 (и змеевиковой панели 32, которую несет стойка) при значительном плече силы. Следовательно, предпочтительно, чтобы опорная поверхность была образована ближе к стойке 42 и с каждой стороны стойки 42. Это может быть реализовано посредством перекрывающих опорных элементов 92, которые проходят поперек продольного отверстия 18 с обеих сторон стойки 42. В предпочтительном варианте осуществления каждый перекрывающий опорный элемент 92 представляет собой швеллер, открытый в сторону от стойки 42. Одна полка 92а швеллера опирается на рейки 90 на обоих краях продольного отверстия 18, а противоположная полка 92b швеллера образует опорную поверхность для лапок 82.

Во время работы печи 1 змеевиковая панель 32 будет расширяться и сжиматься при изменении температуры, приводя к локальному продольному смещению труб 30 относительно стоек 42. Для придания устойчивости змеевиковой панели 32 и предотвращения неожиданных, разрушающих скачков или образования связей, стойки 42 предпочтительно зафиксированы в поперечном направлении в их верхней и нижней частях. В верхней части стоек это может быть выполнено путем крепления лапок 82 к перекрывающим опорным элементам 92 посредством болтов и путем крепления перекрывающих опорных элементов 92 к рейкам 90 болтами. В своей нижней части стойки 42 могут удерживаться в устойчивом положении посредством направляющих стержней 48, которые входят в трубчатые направляющие отверстия 49 в поде 11 радиационной секции 10 печи 1, как показано на фиг.6. Направляющие стержни 48 могут свободно скользить в продольном направлении в направляющих отверстиях 49, тем самым создавая возможность теплового расширения и сжатия при одновременном ограничении смещения в горизонтальном направлении. Эта конструкция также позволяет легко поднимать стойки 42 или несущие змеевиковую панель 32, или отделенные от нее из пода печи 1.

Поскольку предпочтительно, чтобы стойки 32 удерживались в поперечном направлении в процессе расширения и сжатия труб 30, относительное смещение труб 30 приведет к созданию сил трения, действующих на опоры 40 для трубы. Материалы и толщина опор 40 для трубы должны быть выбраны таким образом, чтобы опоры 40 для трубы могли выдержать эти силы трения, как очевидно для специалистов в данной области техники.

Несмотря на то, что необязательно создавать воздухонепроницаемое уплотнение для продольного отверстия 18 во время работы печи, предпочтительно свести к минимуму поток воздуха через продольное отверстие 18 для поддержания кпд печи. Это может быть реализовано с помощью ряда закрывающих плит 94 с изоляционными нижними сторонами. Пара закрывающих плит 94 выполнена с такой формой, которая позволяет устанавливать их вокруг каждой опоры 40 для трубы, и эти плиты могут быть соединены вместе встык с помощью любого пригодного средства, такого, как присоединение планок из плоского проката от края до края их поверхности 94а контакта посредством болтов. Закрывающие плиты 94 могут быть прикреплены посредством болтов к нижней стороне перекрывающих опорных элементов 92.

Лапки 82, перекрывающие опорные элементы 92 и закрывающие плиты 94, могут быть изготовлены из соответствующей конструкционной стали, такой, как конструкционная углеродистая сталь А36 по стандарту ASTM (Американского общества по испытанию материалов). Лапки 82, которые должны нести основную нагрузку, могут быть выполнены из более прочных материалов, таких как хромистая сталь 1/4 или 2 1/4, если этого требуют масса (вес) или температуры, как очевидно для специалистов в данной области техники.

В другом варианте осуществления, показанном на фиг.7 и 8, опора 40 для труб содержит одну стойку 42, выполненную аналогично ранее описанным вариантам осуществления, расположенную между двумя змеевиковыми панелями 32 и служащую опорой этим двум змеевиковым панелям 32 (так называемая конструкция с двумя проходами). В опорах 40 для труб, показанных на фиг.7 и 8, два ряда литых крюков 44b прикреплены к противоположным сторонам стойки 42 и предназначены для того, чтобы нести вес змеевиковых панелей 32. Как и в случае горизонтальных опорных элементов 44а по предыдущему варианту осуществления, крюки 44b должны быть прикреплены к стойке 42 с возможностью отсоединения. Например, крюк 44b может быть или надет на стойку 42 или вставлен в стойку 42 и может быть зафиксирован на месте посредством штифта 47, который проходит насквозь через весь крюк 44b и через всю стойку 42. Шплинты (непоказанные) могут быть выполнены, например, на одном или обоих концах штифта 47 для удерживания его на месте.

Остальные признаки опоры 40 для труб, рассмотренные выше в связи с вариантами осуществления, проиллюстрированными на фиг.2-6, характерны также для данного варианта осуществления.

Как было отмечено, конвекционная секция 20 смещена от радиационной змеевиковой панели 32. Конвекционная секция 20 должна быть смещена, по меньшей мере, достаточно далеко для того, чтобы обеспечить возможность вставки и удаления змеевиковой панели 32 и/или стоек 42 через продольное отверстие 18 без столкновений с конвекционной секцией 20. На практике предпочтительно, чтобы конвекционная секция 20 была полностью смещена от радиационной секции 10, как показано на фиг.2. При таком расположении конвекционная секция 20 связана с радиационной секцией 10 с помощью перекидных каналов 24. Помимо того, что такая конструкция способствует проходу отработавших газов в конвекционную секцию 20, она также облегчает создание отдельных модулей и соединение конвекционной и радиационной секций 20, 10.

Возможный, но необязательный и независимый признак изобретения, который в особенности применим для более производительных операций, также проиллюстрирован на фиг.2 и 7. Две по существу идентичные печи 1a, 1b расположены вплотную и могут работать параллельно. Это особенно целесообразно при создании печей 1а, 1b, в которых используется смещенная конвекционная секция 20. Путем ориентирования печей 1а, 1b с соответствующими конвекционными секциями 20 таким образом, чтобы они были расположены рядом друг с другом, можно добиться того, что печи 1а, 1b будут придавать конструктивную устойчивость друг другу. Это позволяет использовать меньше конструкционной стали в каждой печи 1а или 4b, чем в том случае, если бы печи были автономными.

Эта конструкция с двумя печами имеет главное преимущество для таких процессов, как крекинг этилендихлорида, при которых печи должны периодически выводиться из рабочего режима и освобождаться от коксовых отложений. За счет обеспечения наличия устройств, которые могут работать независимо друг от друга в отличие от некоторых обычных печей, имеющих отдельные радиационные секции, но общую конвекционную секцию, одна печь может работать, когда другая будет отключена для освобождения от коксовых отложений или т.п.

Также предпочтительно, чтобы конструкция Terrace Wall^ТМ, которая наглядно показана на фиг. 2 и 7, была использована в печи 1. Детали этой конструкции приведены в патентах США 3230052, 3265043, 3302621, 3348923 и 4955323, каждый из которых полностью включен в данную заявку путем ссылки. Эта конструкция обеспечивает ряд преимуществ. Пламя горелок, установленных на платформе для горелок, направлено вверх в сторону наклонной огнеупорной стенки 12 радиационной секции, что обеспечивает равномерный и симметричный нагрев радиационной змеевиковой панели 32. Этот равномерный нагрев приводит к уменьшению образования коксовых отложений на змеевиковой панели 32, что, в свою очередь, обеспечивает увеличение срока службы змеевиковой панели 32. Отсутствие пламени, "бьющего" непосредственно по трубе 30, также приводит к увеличению срока службы змеевиковой панели 32. Кроме того, требуется меньше горелок, чем в печи с плоскими стенками, что приводит к более легкому запуску и эксплуатации. Это также позволяет уменьшить стоимость использования "зонального" обогрева, который предпочтителен для крекинга этилендихлорида, и каналов, предназначенных для воздуха для горения, для операций с принудительной тягой, что также позволяет сократить продолжительность рабочих циклов. Дополнительным результатом этого является использование меньшего числа рядов горелок, что позволяет упростить конструкцию платформ для горелок и, следовательно, обеспечить возможность более легкого доступа для технического обслуживания или т.п.

Со ссылкой на вариант осуществления, проиллюстрированный на фиг.2-6, будет описан пример выполнения операции по удалению змеевиковой панели 32. Вначале открепляют съемную связь 70 конструкции и закрывающие плиты 94, присоединенные болтами, и удаляют их. Отвинчивают болты, обеспечивающие крепление лапок 82 к перекрывающим опорным элементам 92, так что лапки 82 еще несут вес опор 40 для трубы и змеевиковой панели 32, но свободно лежат на перекрывающих опорных элементах 92. В этот момент стойки 42 и/или змеевиковую панель 32 крепят к крану или т.п. и слегка поднимают с тем, чтобы снять нагрузку с перекрывающих опорных элементов 92. После этого отвинчивают болты, обеспечивающие крепление перекрывающих опорных элементов 92, и эти элементы снимают, и затем змеевиковая панель 32 и опоры 40 для трубы могут быть подняты наружу через продольное отверстие 18.

Для удаления стойки 42, но не змеевиковой панели 32, извлекают шплинты из горизонтальных опорных элементов 44а, и эти элементы извлекают из стойки 42. При необходимости сначала можно отвинтить болты, обеспечивающие крепление лапок 82 к перекрывающим опорным элементам 92, и, таким образом, открепить лапки 82 от перекрывающих опорных элементов 92, и некоторые из стоек 42 (но не удаляемая стойка) и/или змеевиковая панель 32 могут быть прикреплены к крану или т. п. и слегка подняты с тем, чтобы снять нагрузку с горизонтальных опорных элементов 44а стойки 42, подлежащей удалению. Как только шплинты будут удалены из горизонтальных опорных элементов 44а и горизонтальные опорные элементы 44а будут извлечены из стойки 42, стойка 42 может быть поднята через продольное отверстие 18, при этом закрывающие плиты 94 и перекрывающие опорные элементы 92 будут оставаться на месте.

Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано применительно к тому, что в настоящее время считается предпочтительными вариантами осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Напротив, изобретение предназначено для того, чтобы охватывать различные модификации и эквивалентные конструкции, из которых некоторые рассмотрены выше и которые находятся в рамках идеи и объема приложенной формулы изобретения. Таким образом, предусмотрено, что объем нижеприведенной формулы изобретения должен соответствовать наиболее широкой разумной интерпретации с тем, чтобы обеспечить охват всех подобных модификаций и эквивалентных конструкций и функций.

Изобретение относится к печам с двумя топочными камерами, имеющими радиационную теплообменную трубу, опирающуюся на горизонтальных участках на опору для трубы, и более точно к такой печи, которая имеет конструктивные элементы, которые позволяют упростить замену трубы и опоры для трубы. Печь содержит радиационную секцию, имеющую стенку и свод, при этом свод имеет продольное отверстие, радиационную теплообменную трубу, расположенную в радиационной секции, причем труба имеет вход и выход, через которые подвергаемая обработке текучая среда может соответственно вводиться в радиационную секцию и выводиться из нее, при этом труба между входом и выходом расположена в виде горизонтальных участков трубы, множество горелок, при этом, по меньшей мере, две из горелок расположены с противоположных сторон трубы, и множество опор для трубы, установленных с возможностью открепления на расстояниях друг от друга в продольном направлении вдоль участков трубы, при этом опоры для трубы образуют опорные поверхности для трубы, на которые опираются участки трубы, причем труба и опоры для трубы выполнены с возможностью подъема их как единого узла через продольное отверстие свода радиационной секции. Изобретение позволяет упростить удаление и замену изношенной змеевиковой панели как единого узла. 2 с. и 17 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Печь, содержащая радиационную секцию, имеющую стенку и свод, при этом свод имеет продольное отверстие, радиационную теплообменную трубу, расположенную в радиационной секции, причем труба имеет вход и выход, через которые подвергаемая обработке текучая среда может соответственно вводиться в радиационную секцию и выводиться из нее, при этом труба между входом и выходом расположена в виде, в общем, горизонтальных участков трубы, множество горелок, при этом, по меньшей мере, две из горелок расположены с противоположных сторон трубы, и множество опор для трубы, установленных с возможностью открепления на расстояниях друг от друга в продольном направлении вдоль участков трубы, при этом опоры для трубы образуют опорные поверхности для трубы, на которые опираются участки трубы, причем труба и опоры для трубы выполнены с возможностью подъема их как единого узла через продольное отверстие свода радиационной секции.2. Печь по п.1, в которой участки трубы расположены по существу параллельно и по существу выровнены в вертикальном направлении, при этом каждая опора для трубы включает в себя вертикальную стойку.3. Печь по п.2, в которой участки трубы по существу выставлены относительно продольного отверстия свода радиационной секции.4. Печь по п.1, в которой каждая опора для трубы содержит вертикальную стойку и множество опорных консольных элементов, при этом опорные консольные элементы образуют опорные поверхности для трубы и прикреплены к стойке с возможностью открепления.5. Печь по п.1, в которой опоры для трубы подвешены с возможностью открепления внутри радиационной секции сверху по отношению к участкам трубы.6. Печь по п.5, в которой каждая опора для трубы выполнена с возможностью удерживания в поперечном направлении ниже участков трубы.7. Печь по п.5, в которой каждая опора для трубы имеет верхний конец, простирающийся через продольное отверстие свода.8. Печь по п.7, в которой каждая опора для трубы дополнительно содержит выступающий элемент, прикрепленный к верхнему концу стойки так, что он расположен над радиационной секцией, при этом опора для трубы подвешена к выступающему элементу.9. Печь по п.8, дополнительно содержащая перекрывающий опорный элемент, закрепленный с возможностью съема поперек продольного отверстия свода радиационной секции, при этом выступающий элемент опирается на перекрывающий опорный элемент для подвешивания опоры для трубы.10. Печь по п.1, дополнительно содержащая конвекционную секцию, содержащую конвекционную теплообменную трубу, при этом конвекционная секция расположена сверху от трубы и смещена в горизонтальном направлении относительно трубы.11. Печь по п.1, содержащая пару радиационных секций, пару труб, при этом в каждой радиационной секции расположена одна труба, пару комплектов горелок, при этом в каждой радиационной секции расположен один комплект горелок, пару комплектов опор для трубы, при этом в каждой радиационной секции расположен один комплект опоры для трубы, и пару конвекционных секций, при этом каждая конвекционная секция соединена в рабочем положении с одной, соответствующей ей радиационной секцией и расположена сверху и со смещением в горизонтальном направлении относительно трубы, расположенной в радиационной секции, соединенной с данной конвекционной секцией, при этом две конвекционные секции расположены рядом друг с другом.12. Печь, содержащая радиационную секцию, имеющую стенку и свод, при этом свод имеет продольное отверстие, радиационную теплообменную трубу, расположенную в радиационной секции, при этом труба имеет вход и выход, через которые подвергаемая обработке текучая среда соответственно вводится в радиационную секцию и выводится из нее, причем труба между входом и выходом расположена в виде, в общем, горизонтальных участков трубы, участки трубы по существу параллельны и выровнены в вертикальном направлении для образования змеевиковой панели, которая, в общем, выровнена относительно продольного отверстия свода радиационной секции, множество горелок, при этом, по меньшей мере, две из горелок расположены с противоположных сторон змеевиковой панели, и множество опор для трубы, установленных с возможностью открепления на некоторых расстояниях друг от друга в продольном направлении вдоль участков трубы, при этом опоры для трубы содержат, в общем, вертикальные стойки и опорные консольные элементы, проходящие от стоек, причем участки трубы опираются на опорные консольные элементы таким образом, что опора для трубы служит опорой для змеевиковой панели, при этом змеевиковая панель и опоры для трубы выполнены с возможностью подъема их как единого узла через продольное отверстие свода радиационной секции.13. Печь по п.12, в которой опоры для трубы подвешены с возможностью открепления внутри радиационной секции сверху по отношению к змеевиковой панели.14. Печь по п.13, в которой каждая опора для трубы удерживается в поперечном направлении ниже змеевиковой панели.15. Печь по п.13, в которой каждая опора для трубы имеет верхний конец, простирающийся через продольное отверстие свода.16. Печь по п.15, в которой каждая опора для трубы дополнительно содержит выступающий элемент, прикрепленный к верхнему концу стойки так, что он расположен над радиационной секцией, при этом опора для трубы подвешена к выступающему элементу.17. Печь по п.16, дополнительно содержащая перекрывающий опорный элемент, закрепленный с возможностью съема поперек продольного отверстия свода радиационной секции, при этом выступающий элемент опирается на перекрывающий опорный элемент для подвешивания опоры для трубы.18. Печь по п.12, дополнительно содержащая конвекционную секцию, содержащую конвекционную теплообменную трубу, при этом конвекционная секция расположена сверху от трубы и смещена в горизонтальном направлении относительно трубы.19. Печь по п.12, содержащая пару радиационных секций, пару труб, при этом в каждой радиационной секции расположена одна труба, пару комплектов горелок, при этом в каждой радиационной секции расположен один комплект горелок, пару комплектов опор для трубы, при этом в каждой радиационной секции расположен один комплект опор для трубы, и пару конвекционных секций, при этом каждая конвекционная секция соединена в рабочем положении с одной, соответствующей ей радиационной секцией и расположена сверху и со смещением в горизонтальном направлении относительно трубы, расположенной в радиационной секции, соединенной с данной конвекционной секцией, при этом две конвекционные секции расположены рядом друг с другом.