ПЕЧЬ ДЛЯ ЭТИЛЕНОВОГО КРЕКИНГА С МНОГОХОДОВЫМ РАДИАНТНЫМ ЗМЕЕВИКОМ Российский патент 2015 года по МПК C10G9/20 C07C11/04 C07C4/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области техники нефтехимических производств, и, в частности, к конструкции радиантного змеевика, устанавливаемого в печи для этиленового крекинга (получения этилена методом крекинга), применяемой в нефтехимическом производстве.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Способы этиленового крекинга, осуществляемые с помощью нефтехимического оборудования для работы с этиленом, в основном включают технологические схемы, разработанные LUMMUS Co. (USA), Stone & Webster Co. (USA), Kellog & Braun Root Co. (USA), Linde Co. (Germany), Technip KTI Co. (Netherlands), и применение крекинг-печи CBL, сконструированной China Petrochemical Corporation.

На Фиг.1А представлена типичная печь 10 для этиленового крекинга, которая включает радиантную секцию 11, конвекционную секцию 13 и секцию 12 отходящего газа, расположенную между радиантной секцией 11 и конвекционной секцией 13. Внутри радиантной секции 11, в центральной плоскости Р, расположенной в продольном направлении радиантной секции 11, установлен многоходовой радиантный змеевик 14. Кроме того, радиантная секция 11 дополнительно снабжена установленными в дне горелками 15 и/или боковыми горелками 16, обеспечивающими нагревание. Кроме того, печь 10 для этиленового крекинга дополнительно включает закалочно-испарительный аппарат 17, сборник 18 пара высокого давления, вытяжной вентилятор 19 и т.д. В настоящее время на большинстве производств применяют радиантные змеевики средней селективности, имеющие от четырех до шести ходов (~60 метров), имеющие или не имеющие разветвления различного диаметра, и время пребывания в них устанавливают в диапазоне от 0,4 до 1,0 с, таким образом, при подходящем рабочем цикле и удовлетворительной пригодности материала, радиантный змеевик, подходящий для крекинга газообразного материала, также может быть адаптирован для работы с жидкостным материалом. Первая труба или первые две трубы радиантного змеевика имеют небольшой диаметр. Это позволяет осуществлять быстрое повышение температуры, поскольку удельная площадь поверхности труб малого диаметра относительно велика. Трубы, устанавливаемые после второй трубы, имеют больший диаметр, позволяющий уменьшить воздействие на легко коксующиеся вещества. Конфигурации применяемого четырехходового радиантного змеевика средней селективности могут быть следующими: тип 4-2-1-1, тип 2-2-1-1, тип 1-1-1-1, тип 2-1-1-1 и т.д.

В общем случае, в радиантном змеевике 14 предшествующего уровня техники все трубы расположены в пространстве последовательно, по направлению потока текучей среды. При этом трубы соединены друг с другом общими соединительными элементами.

На Фиг.1В представлено типичное расположение многоходового радиантного змеевика в печи для этиленового крекинга согласно предшествующему уровню техники. Показанный на Фиг.1В многоходовой радиантный змеевик 30 представляет собой четырехходовой радиантный змеевик, включающий первую трубу 1, вторую трубу 2, третью трубу 3 и четвертую трубу 4, расположенные по направлению течения текучей среды (т.е. слева направо на изображении). Первая труба 1 представляет собой разветвленную Y-образную трубу с разветвлениями различных диаметров. Все четыре трубы расположены в пространстве последовательно, т.е. вторая труба 2 расположена между первой трубой 1 и третьей трубой 3, третья труба 3 расположена между второй трубой 2 и четвертой трубой 4, и так далее. То есть каждая из труб расположена в пространстве рядом с одной или двумя последовательно соединенными с ней трубами. Кроме того, трубы соединены друг с другом с помощью общих угловых соединительных элементов (соединений) 35. На Фиг.1В дополнительно показано, что все трубы и угловые соединения расположены в одной плоскости, т.е. центральной плоскости Р радиантной секции.

При таком типичном расположении трубы расположены в пространстве последовательно. Поскольку текучая среда протекает по многоходовому радиантному змеевику из первой трубы во вторую трубу, затем в третью трубу и, наконец, в четвертую трубу, температура стенок перечисленных труб постепенно повышается в указанном порядке. Другими словами, температура первой, второй, третьей и четвертой труб постепенно повышается в этом порядке. Таким образом, в радиантной секции создается неравномерное распределение температур. Кроме того, между трубами, находящимися при высокой температуре, существует радиационный теплообмен (теплообмен за счет излучения), т.е. в рассматриваемом случае между третьей и четвертой трубами, в результате которого будет снижаться температура стенки трубы и увеличиваться рабочий цикл печи.

Кроме того, в многоходовом радиантном змеевике предшествующего уровня техники трубы соединены друг с другом общими угловыми соединениями. Такое соединение неудовлетворительно компенсирует тепловое расширение каждой из труб. При длительной работе это приводит к сгибанию труб, снижению срока службы радиантного змеевика и, таким образом, уменьшению рабочего цикла змеевика в целом.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Учитывая недостатки предшествующего уровня техники, задачей настоящего изобретения является создание печи для этиленового крекинга (далее также именуемой «крекинг-печь»), включающей многоходовой радиантный змеевик, который имеет новую конфигурацию, которая может улучшить условия нагревания, обеспечивая более равномерный нагрев труб. Кроме того, дополнительной задачей настоящего изобретения является создание печи для этиленового крекинга, включающей многоходовой радиантный змеевик, который обладает улучшенными механическими свойствами, что позволяет повышать рабочую производительность крекинг-печи, снижать эксплуатационные расходы и увеличивать срок службы змеевика и рабочий цикл крекинг-печи.

Согласно настоящему изобретению предложена печь для этиленового крекинга, включающая по меньшей мере одну радиантную секцию, имеющую многоходовой радиантный змеевик. Радиантная секция снабжена установленными в дне горелками и/или установленными в боковых стенках горелками и по меньшей мере одним комплектом многоходового радиантного змеевика, расположенным в радиантной секции в продольном направлении, при этом многоходовой радиантный змеевик имеет от четырех до десяти ходов. По меньшей мере одна из труб многоходового радиантного змеевика расположена в пространстве рядом с трубой, которая не соединена последовательно этой по меньшей мере одной трубой.

Следует отметить, что последовательно соединенной с первой трубой является вторая труба, последовательно соединенными со второй трубой являются первая труба и третья труба, и так далее. Если по меньшей мере одна из труб многоходового радиантного змеевика расположена в пространстве рядом с трубой, не соединенной последовательно с по меньшей мере одной указанной трубой, эта по меньшей мере одна труба может быть расположена в пространстве рядом с трубой, температура которой не близка температуре этой по меньшей мере одной трубы. Таким образом, в радиантной секции может быть эффективно достигнуто более равномерное распределение температуры. Следовательно, могут быть понижены температуры поверхностей радиантного змеевика, что позволяет увеличить срок службы радиантного змеевика и рабочий цикл крекинг-печи.

Согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения последние две трубы многоходового радиантного змеевика расположены в пространстве не рядом друг с другом. Так как из всех труб последние две трубы имеют наиболее высокие температуры, воздействие теплового излучения, выделяемого трубами, находящимися при высоких температурах, может быть эффективно уменьшено. Это позволяет дополнительно снижать температуру поверхности радиантного змеевика и, следовательно, увеличивать срок службы радиантного змеевика и рабочий цикл крекинг-печи.

Согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения первая труба и последняя труба расположены соответственно на противоположных внешних сторонах многоходового радиантного змеевика. В альтернативном варианте, в одном из примеров по меньшей мере одна из первой и последней трубы многоходового радиантного змеевика не находится на противоположных внешних сторонах многоходового радиантного змеевика, а расположена в средней части змеевика.

Согласно одному из примеров осуществления настоящего изобретения трубы многоходового радиантного змеевика соединены друг с другом соединительными элементами. Поскольку температуры стенок труб многоходового радиантного змеевика отличаются друг от друга, тепловое расширение двух соседних труб будет разным, что приведет к возникновению термических напряжений. В одном из примеров по меньшей мере один из соединительных элементов, расположенных в нижней части радиантной секции, представляет собой комбинированный соединительный элемент, состоящий из U-образного углового соединения (колена) и двух S-образных угловых соединений (колен), расположенных соответственно на противоположных сторонах U-образного углового соединения. В описанном выше комбинированном соединительном элементе, состоящем из S-образных угловых соединений и U-образного углового соединения, возможна компенсация термических напряжений, возникающих на противоположных внешних сторонах змеевика при нагревании и неравномерном горении. Соответственно, может быть предотвращено изгибание труб под действием термических напряжений, вызываемых любым возможным явлением. Это позволяет эффективно улучшать механические свойства радиантного змеевика. Это также позволяет избежать частичного перегрева, обусловленного изгибанием труб, и, следовательно, увеличить срок службы радиантного змеевика и рабочий цикл крекинг-печи.

В одном из примеров трубы, расположенные в центральной плоскости радиантной секции, установлены таким образом, что они находятся не близко друг к другу, и по обеим сторонам от центральной плоскости имеется равное количество S-образных угловых соединений, соединенных U-образным угловым соединением. Такое расположение позволяет получать более равномерное распределение температуры в радиантной секции и достигать более равномерной компенсации деформаций, вызываемых термическими напряжениями. S-образные угловые соединения имеют направленные вниз выступы, параллельные друг другу, или, ввиду конструкционных требований по меньшей мере одно из них имеет направленный вниз выступ, не параллельный направленным вниз выступам других соединений. Аналогично, все U-образные угловые соединения также могут иметь направленные вниз выступы, параллельные друг другу. Такое расположение удобно и позволяет создавать очень компактные конструкции.

Во всех описанных выше примерах осуществления комбинированные соединительные элементы, состоящие из S-образных угловых соединений и U-образного углового соединения, соединяющие трубы в нижней части радиантной секции, образуют на виде сбоку замкнутую, симметричную и непрерывную кривую, более подробно описанную ниже при рассмотрении Фиг.32-35. U-образное угловое соединение может иметь множество форм.

Кроме того, в центральной плоскости радиантной секции могут быть размещены некоторые традиционные угловые соединения, форма которых не соответствует форме описанных выше комбинированных соединительных элементов. Такое размещение подходит для получения компактной конструкции. В соответствии с требованиями некоторых способов, первая труба может представлять собой разветвленную трубу с ответвлениями различных диаметров, или и первая, и вторая труба могут представлять собой разветвленные трубы с ответвлениями различных диаметров.

Преимущества настоящего изобретения по сравнению с предшествующим уровнем техники состоят в следующем: (i) чередующееся или частично чередующееся расположение труб, имеющих высокую температуру, и труб, имеющих более низкую температуру, позволяет снижать влияние теплового излучения высокотемпературных труб, и трубы с более низкими температурами могут поглощать тепло, выделяемое высокотемпературными трубами; в результате, температура поверхностей высокотемпературных труб может быть снижена, за счет чего может быть увеличен срок службы радиантного змеевика и рабочий цикл крекинг-печи; и (ii) применение комбинированных соединительных элементов вместо обычных угловых соединений для соединения нижних частей труб позволяет серьезно улучшать механические свойства радиантного змеевика, за счет чего эффективно компенсируются термические напряжения, возникающие из-за разности температур между двумя соседними трубами, что позволяет избежать изгибания труб, обусловленного термическим напряжением, не допускать частичного перегрева, обусловленного изгибанием труб, и, наконец, позволяет увеличить рабочий цикл крекинг-печи и срок службы радиантного змеевика.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На Фиг.1А представлена типичная печь для этиленового крекинга согласно предшествующему уровню техники.

На Фиг.1В представлена типичная конструкция четырехходового радиантного змеевика согласно предшествующему уровню техники.

На Фиг.2-9 соответственно показаны восемь примеров осуществления четырехходового радиантного змеевика печи для этиленового крекинга согласно настоящему изобретению.

На Фиг.10-31 соответственно показаны двадцать два примера осуществления шестиходового радиантного змеевика печи для этиленового крекинга согласно настоящему изобретению.

На Фиг.32-35 показаны четыре примера осуществления другого аспекта настоящего изобретения, в котором на виде сбоку соединительные элементы, соединяющие трубы, образуют непрерывную кривую.

На изображениях одинаковые компоненты или конструкции обозначены одинаковыми или аналогичными цифровыми обозначениями.

Следует отметить, что каждый из соединительных элементов, соединяющих трубы в нижней части радиантной секции, соответственно представленных на Фиг.2-31, аналогично образует на виде сбоку непрерывную кривую, несмотря на то, что это не показано на соответствующих изображениях. То есть виды сбоку комбинированных соединительных элементов, представленных на этих изображениях, аналогичны видам сбоку элементов, представленных на Фиг.32-35 (т.е. в нижней части Фиг.32-35).

СВЕДЕНИЯ, ПОДТВЕРЖДАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно при рассмотрении прилагаемых графических материалов. Следует отметить, что задачей настоящего изобретения является усовершенствование радиантного змеевика, устанавливаемого в радиантной секции печей для этиленового крекинга. Другое оборудование, устанавливаемое в печах для этиленового крекинга, например конвекционная секция, закалочно-испарительный аппарат и подобные им устройства, известно из предшествующего уровня техники. Например, закалочно-испарительный аппарат, подходящий для осуществления настоящего изобретения, может представлять собой закалочно-испарительный аппарат с двойным змеевиком (например, линейный закалочно-испарительный аппарат, U-образный закалочно-испарительный аппарат и первый уровень двухуровневого закалочно-испарительного аппарата и т.д.), традиционный бойлер, бойлер для ванн или быстродействующий закалочно-испарительный аппарат. Кроме того, радиантный змеевик согласно настоящему изобретению может подходить для проведения крекинга газообразного материала и жидкостного материала и может быть применен при монтаже новых крекинг-печей или реконструкции существующих крекинг-печей. Эти устройства известны специалистам в данной области техники и поэтому не рассматриваются подробно в настоящем описании.

Четырехходовой радиантный змеевик

На Фиг.2 представлен первый пример осуществления четырехходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению, который может быть установлен, например, в печи 10 для этиленового крекинга, показанной на Фиг.1.

Как показано на Фиг.2, в направлении потока текучей среды змеевик разделен на четыре хода, т.е. первую трубу 1, вторую трубу 2, третью трубу 3 и четвертую трубу 4. Первая труба 1, т.е. впускная труба, имеет Y-образную форму с разветвлениями, имеющими различные диаметры, известную из предшествующего уровня техники. Последняя труба, т.е. четвертая труба 4 является выпускной трубой. Все трубы соединены друг с другом соединительными элементами 21-23. В настоящем описании соединительный элемент между первой трубой и второй трубой обозначен как соединительный элемент 21, соединительный элемент между второй трубой и третьей трубой обозначен как соединительный элемент 22, и соединительный элемент между третьей трубой и четвертой трубой обозначен как соединительный элемент 23 и так далее.

Для удобства температуры стенок первой трубы 1, второй трубы 2, третьей трубы 3 и четвертой трубы 4 обозначены Т1, Т2, Т3 и Т4 соответственно. Понятно, что при проведении реакции крекинга температуры труб постепенно повышаются в направлении потока, то есть Т1<Т2<Т3<Т4.

Как показано, первая труба 1 и четвертая труба 4 соответственно размещены на противоположных внешних сторонах четырехходового радиантного змеевика. Тем не менее, согласно первому примеру осуществления, вторая труба 2 и третья труба 3 расположены в пространстве таким образом, что третья труба 3 находится между первой трубой 1 и второй трубой 2, в то время как вторая труба 2 находится между третьей трубой 3 и четвертой трубой 4. При таком расположении третья труба 3, имеющая температуру Т3, находится в пространстве вблизи первой трубы 1, имеющей температуру Т1, и второй трубы 2, имеющей температуру Т2, но пространственно отделена от четвертой трубы 4, имеющей температуру Т4. То есть температура в радиантной секции 11 распределена слева направо следующим образом: Т1, Т3, Т2 и Т4. Учитывая соотношение Т1<Т2<Т3<Т4, такое расположение может эффективно выравнивать неравномерное распределение температуры в радиантной секции 11. В то же время, поскольку третья труба 3 отделена от четвертой трубы 4 второй трубой 2, тепловое излучение от третьей трубы 3 и четвертой трубы 4, имеющих относительно высокие температуры, может поглощаться, понижая температуры стенок третьей трубы 3 и четвертой трубы 4. Следовательно, расположение согласно настоящему изобретению позволяет дополнительно снижать температуру поверхности радиантного змеевика, что позволяет увеличивать срок службы змеевика и рабочий цикл крекинг-печи.

Кроме того, поскольку температуры стенок труб многоходового радиантного змеевика отличаются друг от друга, тепловое расширение двух соседних труб будет вызывать возникновение термических напряжений, что будет приводить к уменьшению срока службы змеевика. Для устранения этого недостатка соединительный элемент 21 согласно настоящему изобретению сконструирован как комбинированный соединительный элемент, состоящий из U-образного углового соединения 41 и двух S-образных угловых соединений 42, 43, размещенных соответственно на двух концах U-образного углового соединения 41. Таким образом, термические напряжения, обусловленные тепловым расширением двух соседних труб, могут быть скомпенсированы комбинированным соединительным элементом, что позволяет избежать изгибания труб из-за термических напряжений и дополнительно увеличивает срок службы радиантного змеевика и рабочий цикл печи для этиленового крекинга.

Следует отметить, что в этом примере осуществления соединительный элемент 22, соединяющий вторую трубу 2 и третью трубу 3 в верхней части радиантной секции, представляет собой обычное угловое соединение. Тем не менее, специалист в данной области техники должен понимать, что настоящее изобретение включает вариант, в котором соединительный элемент 22, представляющий собой обычное угловое соединение, также может быть заменен комбинированным соединительным элементом, состоящим из U-образного углового соединения и S-образных угловых соединений, рассмотренным выше.

Как указано выше, согласно предшествующему уровню техники все трубы многоходового радиантного змеевика, а также его соединительные элементы расположены в центральной плоскости Р радиантной секции 11. В такой конструкции температура распределяется в радиантной секции неравномерно из-за значительной разности температур, вызываемой относительным удалением труб друг от друга. В первом примере осуществления согласно настоящему изобретению все четыре трубы расположены в центральной плоскости Р радиантной секции. Тем не менее, как показано на Фиг.2, передний конец первого S-образного углового соединения 42 (расположенный в центральной плоскости Р) в комбинированном соединительном элементе 21, присоединенный к дальнему концу (т.е. нижнему концу) первой трубы 1, направлен к дальней части радиантной секции 11 (т.е. верхней части центральной плоскости Р на изображении), и его дальний конец соединен с одним из концов U-образного углового соединения 41, находящегося в комбинированном соединительном элементе 21. От дальней части радиантной секции U-образное угловое соединение 41 проходит под углом через центральную плоскость Р к передней части радиантной секции (нижней части центральной плоскости Р на изображении) и присоединяется другим концом ко второму S-образному угловому соединению 43 комбинированного соединительного элемента 21. Второе S-образное угловое соединение 43 простирается по направлению к центральной плоскости Р, при этом направленный вниз выступ соединения параллелен выступу первого S-образного углового соединения 42, и дальний конец соединения 43, который расположен в центральной плоскости Р, соединяется с передним концом (т.е. нижним концом) второй трубы 2. Вторая труба 2 соединяется с третьей трубой 3 через соединительный элемент 22, расположенный в центральной плоскости Р. Третья труба 3, комбинированный соединительный элемент 23 и четвертая труба 4 расположены аналогичным образом, и при этом направленные вниз выступы всех S-образных угловых соединений параллельны друг другу. Таким образом, два S-образных угловых соединения расположены в передней части и дальней части радиантной секции соответственно. Таким образом, рассматриваемое расположение двух последовательно соединенных, но не соседствующих в пространстве труб, позволяет более равномерно распределять температуру в радиантной секции 11 и, в то же самое время, адекватно компенсировать термические деформации. Таким образом, температуры поверхностей труб могут быть дополнительно понижены, а срок службы радиантного змеевика и рабочий цикл печи для этиленового крекинга могут быть увеличены.

На фиг.2 видно, что конструкция четырехходового радиантного змеевика показанного типа очень компактна, что является преимуществом при монтаже больших крекинг-печей.

Ниже описаны другие примеры осуществления четырехходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. Во избежание повторов, ниже рассмотрены только признаки, компоненты или функции, отличающиеся от описанных выше, а описание одинаковых или аналогичных признаков, компонентов или функций опущено.

На Фиг.3 представлен второй пример осуществления четырехходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. В этом примере осуществления соединительный элемент 23, соединяющий последние две трубы, т.е. третью трубу 3 и четвертую трубу 4, представляет собой традиционное U-образное угловое соединение, а не комбинированный соединительный элемент, показанный на Фиг.2. Соединительный элемент также расположен в центральной плоскости Р радиантной секции. Показанное расположение конструкционно проще, чем в первом примере осуществления, и может быть легко получено при небольших производственных затратах, что делает его подходящим для некоторых специальных крекинг-печей.

На Фиг.4 и 5 представлены соответственно третий и четвертый примеры осуществления четырехходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. Третий и четвертый примеры осуществления в целом аналогичны первому и второму примерам осуществления соответственно, за исключением того, что первая труба 1 представляет собой традиционную неразветвленную трубу постоянного диаметра, а не разветвленную трубу с разными диаметрами ответвлений. Такое расположение может быть удобно в некоторых способах крекинга и крекинг-печах.

На Фиг.6 представлен пятый пример осуществления четырехходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению, который в целом аналогичен первому примеру осуществления. Тем не менее, несмотря на то, что первая труба 1, т.е. впускная труба, расположена на одной из внешних сторон радиантного змеевика, четвертая труба 4, т.е. выпускная труба, находится не с другой внешней стороны, как в первом примере осуществления, а вблизи первой трубы 1. Как показано на Фиг.6, трубы расположены в пространстве радиантной секции 11 в следующем порядке: первая труба 1, четвертая труба 4, вторая труба 2 и третья труба 3. Таким образом, температуры труб в радиантной секции 11 распределены следующим образом: Т1, Т4, Т2 и Т3. Учитывая соотношение Т1<Т2<Т3<Т4, при таком расположении также достигаются преимущества первого примера осуществления. Кроме того, поскольку четвертая труба 4, имеющая самую высокую температуру, расположена между первой и второй трубами 1, 2, имеющими относительно самые низкие температуры, температурное распределение в секции существенно выравнивается.

На Фиг.7-9 представлены соответственно примеры осуществления четырехходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению с шестого по восьмой. Отличия этих примеров осуществления от пятого примера осуществления соответствуют отличиям примеров осуществления со второго по четвертый от первого примера осуществления соответственно и могут быть очевидны для специалистов в данной области техники. Поэтому подробное описание не приведено.

Шестиходовой радиантный змеевик

На Фиг.10 представлен первый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению, который может быть установлен, например, в печи 10 для этиленового крекинга, изображенной на Фиг.1. Как показано на Фиг.10, вдоль направления потока текучей среды змеевик разделен на первую трубу 1, вторую трубу 2, третью трубу 3, четвертую трубу 4, пятую трубу 5 и шестую трубу 6. Первая труба 1, т.е. впускная труба, представляет собой Y-образную разветвленную трубу с разными диаметрами ответвлений, в то время как последняя труба, т.е. шестая труба 6, представляет собой выпускную трубу. Трубы соединены друг с другом соединительными элементами 21-25.

Для лучшего понимания температуры стенок трубы для первой трубы 1, второй трубы 2, третьей трубы 3, четвертой трубы 4, пятой трубы 5 и шестой трубы 6 обозначены Т1, Т2, Т3, Т4, Т5 и Т6 соответственно. Очевидно, что при проведении реакции крекинга, температуры труб постепенно повышаются в направлении потока, то есть Т1<Т2<Т3<Т4<Т5<Т6.

Как показано на Фиг.10, трубы расположены в пространстве в следующей последовательности: первая труба 1, четвертая труба 4, пятая труба 5, вторая труба 2, третья труба 3 и шестая труба 6. Таким образом, распределение температуры в радиантной секции 11 слева направо представляет собой Т1, Т4, Т5, Т2, Т3 и Т6. Учитывая соотношение Т1<Т2<Т3<Т4<Т5<Т6, такое расположение может эффективно выравнивать неравномерное распределение температуры в радиантной секции 11. В то же самое время, поскольку между пятой трубой 5 и шестой трубой 6 расположены вторая труба 2 и третья труба 3, обмен тепловым излучением между пятой трубой 5 и шестой трубой 6, имеющими относительно высокие температуры, отсутствует. Следовательно, расположение согласно настоящему изобретению может дополнительно снижать температуры поверхности радиантного змеевика, увеличивая, таким образом, срок его службы и рабочий цикл крекинг-печи.

Как и в первом примере осуществления четырехходового радиантного змеевика, показанного на Фиг.2, каждый из соединительных элементов 21, 23 и 25 в нижней части радиантной секции 11 сконструирован в виде комбинированного соединительного элемента, состоящего из U-образного углового соединения и двух S-образных угловых соединений, расположенных на противоположных внешних сторонах U-образного углового соединения соответственно. Таким образом, термическое напряжение, возникающее между двумя последовательно соединенными трубами, может быть скомпенсировано комбинированным соединительным элементом, что позволяет избежать изгибания и частичного перегрева труб в результате термического напряжения. Таким образом, могут быть дополнительно увеличены срок службы радиантного змеевика и рабочий цикл печи.

Следует отметить, что в этом примере осуществления соединительные элементы 22, 24 в верхней части радиантной секции 11 представляют собой обычные угловые соединения. Тем не менее, как указано выше, специалист в данной области техники должен понимать, что настоящее изобретение включает вариант, в котором соединительные элементы 22, 24 обычного углового соединения также могут быть изготовлены в виде комбинированного соединительного элемента, состоящего из U-образного углового соединения и S-образных угловых соединений.

В этом примере осуществления все шесть труб шестиходового радиантного змеевика расположены в центральной плоскости Р радиантной секции. Передний конец первого S-образного углового соединения 42 комбинированного соединительного элемента 21, находящийся в центральной плоскости Р и соединяющийся с первой трубой 1, направлен к дальней части радиантной секции, т.е. верхней части, через центральную плоскость Р изображения, и его дальний конец присоединен к одному из концов U-образного углового соединения 41 комбинированного соединительного элемента 21. Из дальней части радиантной секции U-образное угловое соединение 41 проходит под углом через центральную плоскость Р к передней части радиантной секции, т.е. нижней части центральной плоскости Р изображения, и другой его конец присоединяется ко второму S-образному угловому соединению 43 комбинированного соединительного элемента 21. Второе S-образное угловое соединение 43 направлено к центральной плоскости Р, а его направленный вниз выступ параллелен выступу первого S-образного углового соединения 42, и его дальний конец соединяется с передним концом, т.е. нижним концом второй трубы 2, который расположен в центральной плоскости Р. Вторая труба 2 соединяется с третьей трубой 3 через соединительный элемент 22, расположенный в центральной плоскости Р. Соединение третьей трубы 3 с шестой трубой 6, включающее соединительные элементы, аналогично описанному выше, и при этом направленные вниз выступы всех S-образных угловых соединений параллельны друг другу. Таким образом, три S-образных угловых соединения соответственно расположены в передней части и дальней части радиантной секции. Такое расположение позволяет более равномерно распределять температуру в радиантной секции 11 и, в то же самое время, адекватно компенсировать термические деформации. Таким образом, температуры поверхности труб могут быть дополнительно понижены, а срок службы радиантного змеевика и рабочий цикл печи для этиленового крекинга могут быть увеличены.

На фиг.10 видно, что конструкция шестиходового радиантного змеевика показанного типа очень компактна, что является преимуществом при монтаже больших крекинг-печей.

Ниже описаны другие примеры осуществления шестиходовых радиантных змеевиков согласно настоящему изобретению. Во избежание повторов, ниже рассмотрены только признаки, компоненты или функции, отличающиеся от описанных выше, а описание одинаковых или аналогичных признаков, компонентов или функций опущено.

На Фиг.11 представлен второй пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. Второй пример осуществления в целом аналогичен первому примеру осуществления, за исключением того, что первая труба 1 представляет собой традиционную неразветвленную трубу постоянного диаметра, а не разветвленный змеевик с разными диаметрами ответвлений.

На Фиг.12 представлен третий пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. В этом примере осуществления соединительный элемент 25, соединяющий последние две трубы, т.е. пятую трубу 5 и шестую трубу 6, представляет собой традиционное U-образное угловое соединение, а не комбинированный соединительный элемент, показанный на Фиг.10. Соединительный элемент 25 также расположен в центральной плоскости Р радиантной секции. Показанное расположение конструкционно проще, чем в первом примере осуществления, и может быть легко получено при небольших производственных затратах, что делает его подходящим для некоторых специальных крекинг-печей.

На Фиг.13 представлен четвертый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. Четвертый пример осуществления в целом аналогичен третьему примеру осуществления, за исключением того, что первая труба 1 представляет собой традиционную неразветвленную трубу с постоянным диаметром, а не разветвленную трубу с разными диаметрами ответвлений.

На Фиг.14 представлен пятый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению, который, в общем, аналогичен первому примеру осуществления. Тем не менее, несмотря на то, что первая труба 1, т.е. впускная труба, размещена на одной из внешних сторон радиантного змеевика, шестая труба 6 не находится на другой внешней стороне змеевика, как в первом примере осуществления, а расположена в пространстве, находящемся вблизи от первой трубы 1. Как показано на Фиг.14, трубы расположены в пространстве радиантной секции 11 в следующем порядке: первая труба 1, шестая труба 6, третья труба 3, вторая труба 2, пятая труба 5 и четвертая труба 4. Таким образом, температуры труб в радиантной секции 11 распределены следующим образом: Т1, Т6, Т3, Т2, Т5 и Т4. Кроме того, первая труба 1, третья труба 3 и шестая труба 6 размещены в дальней части радиантной секции, в то время как вторая труба 2, четвертая труба 4 и пятая труба 5 размещены в передней части радиантной секции. Учитывая соотношение Т1<Т2<Т3<Т4<Т4<Т5<Т6 и пространственное расположение труб, такое расположение может иметь те же преимущества, что и расположение первого примера осуществления, а также обеспечивать получение компактной конструкции. Кроме того, поскольку шестая труба 6, имеющая самую высокую температуру, расположена вблизи первой трубы 1, имеющей самую низкую температуру, температурное распределение в секции существенно выравнивается.

На Фиг.15-17 представлены примеры осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению с шестого по восьмой соответственно. Отличия примеров осуществления с шестого по восьмой от пятого примера осуществления соответствуют отличиям примеров осуществления со второго по четвертый от первого примера осуществления соответственно и должны быть очевидны для специалиста в данной области техники. Поэтому подробное описание не приведено.

На Фиг.18 представлен девятый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. В этом примере осуществления трубы расположены в пространстве в следующем порядке: первая труба 1, шестая труба 6, вторая труба 2, третья труба 3, пятая труба 5 и четвертая труба 4. Другими словами, по сравнению с пятым примером осуществления, вторая труба 2 и третья труба 3 поменялись местами друг с другом в пространстве. Таким образом, шестая труба 6, имеющая самую высокую температуру, расположена между двумя трубами 1, 2, имеющими самую низкую температуру, то есть температурное распределение существенно выравнивается. Следует отметить, что при таком расположении направленный вниз выступ первого S-образного углового соединения 42 последнего соединительного элемента 25 не параллелен выступам других S-образных угловых соединений.

На Фиг.19-21 представлены примеры осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению с десятого по двенадцатый соответственно. Отличия примеров осуществления с десятого по двенадцатый от девятого примера осуществления соответствуют отличиям примеров осуществления со второго по четвертый от первого примера осуществления соответственно и могут быть очевидны для специалистов в данной области техники. Поэтому подробное описание не приведено.

На Фиг.22 представлен тринадцатый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. В этом примере осуществления трубы расположены в пространстве в следующем порядке: первая труба 1, вторая труба 2, третья труба 3, шестая труба 6, четвертая труба 4 и пятая труба 5. При такой конструкции соединительный элемент 21, соединяющий первую трубу 1 и вторую трубу 2, представляет собой традиционное угловое соединение, которое, вместе с другими двумя соединительными элементами 22, 24, расположено в центральной плоскости Р радиантной секции. Расположение труб с третьей по шестую аналогично расположению, показанному на Фиг.8. Конструкция тринадцатого примера осуществления может быть сравнительно легко смонтирована.

Четырнадцатый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению, показанный на Фиг.23, отличается от тринадцатого примера осуществления, показанного на Фиг.22, только тем, что первая труба 1 представляет собой неразветвленную традиционную трубу с постоянным диаметром.

Пятнадцатый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению, показанный на Фиг.24, отличается от тринадцатого примера осуществления, показанного на Фиг.22, только тем, что расположение труб с третьей по шестую аналогично расположению, показанному на Фиг.9.

Шестнадцатый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению, показанный на Фиг.25, отличается от пятнадцатого примера осуществления, показанного на Фиг.24, только тем, что первая труба 1 представляет собой неразветвленную традиционную трубу с постоянным диаметром.

На Фиг.26 представлен семнадцатый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. В этом примере осуществления трубы расположены в пространстве в следующем порядке: первая труба 1, третья труба 3, вторая труба 2, шестая труба 6, четвертая труба 4 и пятая труба 5. При такой конструкции все три соединительных элемента 21, 23 и 25, расположенные в нижней части радиантной секции, представляют собой комбинированные соединительные элементы. По конструкционным соображениям, направленный вниз выступ второго S-образного углового соединения 43 соединительного элемента 23, соединяющего третью трубу 3 и четвертую трубу 4, не параллелен выступам других S-образных угловых соединений. Как и описанные выше конструкции, представленное расположение обеспечивает преимущества, обусловленные снижением температуры поверхности труб, и продлевает срок службы радиантного змеевика и рабочий цикл печи для этиленового крекинга.

Восемнадцатый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению, показанный на Фиг.27, отличается от семнадцатого примера осуществления, показанного на Фиг.26, только тем, что первая труба 1 представляет собой неразветвленную традиционную трубу с постоянным диаметром.

Девятнадцатый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению, показанный на Фиг.28, отличается от семнадцатого примера осуществления, показанного на Фиг.26, только тем, что соединительный элемент 25, соединяющий последние две трубы, т.е. пятую трубу 5 и шестую трубу 6, представляет собой U-образное угловое соединение, расположенное в центральной плоскости Р.

Двадцатый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению, показанный на Фиг.29, отличается от девятнадцатого примера осуществления, показанного на Фиг.28, только тем, что первая труба 1 представляет собой неразветвленную традиционную трубу с постоянным диаметром.

На Фиг.30 представлен двадцать первый пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. В этом примере осуществления как первая труба 1, так и вторая труба 2 представляют собой Y-образные разветвленные трубы с разными диаметрами ответвлений. Трубы расположены в пространстве в следующем порядке: первая труба 1, вторая труба 2, третья труба 3, пятая труба 5, четвертая труба 4 и шестая труба 6.

Как показано на Фиг.30, в этом примере осуществления расположение труб с первой по третью аналогично расположению, представленному на Фиг.10, в то время как расположение труб с третьей по шестую аналогично расположению, представленному на Фиг.2. Направленные вниз выступы всех S-образных угловых соединений параллельны друг другу, и направленные вниз выступы всех U-образных угловых соединений также параллельны друг другу.

На Фиг.31 представлен двадцать второй пример осуществления шестиходового радиантного змеевика согласно настоящему изобретению. Он отличается от двадцать первого примера осуществления только тем, что расположение труб с третьей по шестую аналогично расположению, представленному на Фиг.3.

На Фиг.32 представлена конструкция из четырехходовых радиантных змеевиков согласно настоящему изобретению, в которой все трубы по существу расположены, как показано на Фиг.4. В этом случае два комплекта змеевиков соединены друг с другом, образуя конструкцию типа 2-2-2-2.

Кроме того, каждый соединительный элемент, соединяющий трубы в нижней части радиантной секции, представляет собой комбинированный соединительный элемент, состоящий из U-образного углового соединения и S-образных угловых соединений. Тем не менее, как показано на правой половине изображения (левый чертеж), эти комбинированные соединительные элементы 21, 23 на виде сбоку образуют гладкую замкнутую кривую. Такая конфигурация позволяет соединительным элементам более эффективно компенсировать термические напряжения, возникающие в радиантной секции.

Кроме того, как показано на левом чертеже, два соединительных элемента, расположенных в верхней части радиантной секции и представляющие собой обычные угловые соединения, не расположены в центральной плоскости Р радиантной секции. Напротив, соединительные элементы расположены в двух плоскостях, зеркально-симметричных друг другу относительно центральной плоскости Р, и образуют между собой угол. Такая конфигурация удобна с механической точки зрения для подвешивания радиантного змеевика.

Конструкция, показанная на Фиг.33, аналогична конструкции, показанной на Фиг.32, за исключением того, что каждое из ответвлений первой трубы 1 представляет собой Y-образную разветвленную трубу с разными диаметрами ответвлений. Все трубы по существу сконструированы, как показано на Фиг.2, и представляют собой комбинацию двух комплектов труб, объединенных друг с другом с образованием конструкции типа 4-2-2-2.

На Фиг.34 представлена конструкция из шестиходовых радиантных змеевиков, в которой каждая труба по существу имеет конструкцию, показанную на Фиг.10. Система включает комбинацию двух комплектов труб, образующих конструкцию типа 4-2-2-2-2-2. Тем не менее, направленный вниз выступ S-образной трубы перпендикулярен центральной плоскости Р.

На Фиг.35 представлена конструкция из шестиходовых радиантных змеевиков, в которой каждая труба по существу имеет конструкцию, показанную на Фиг.11. Система включает комбинацию двух комплектов труб, образующих конструкцию типа 2-2-2-2-2-2.

Следует отметить, что, несмотря на то, что во всех примерах осуществления, рассмотренных выше, первая труба 1 в каждом случае расположена на одной из внешних сторон многоходового радиантного змеевика, первая труба 1 также может быть помещена в середину многоходового радиантного змеевика, как и последняя труба 4 или 6.

Приведенное выше описание настоящего изобретения содержит примеры четырех- и шестиходовых радиантных змеевиков. Тем не менее, очевидно, что конструкции, рассматриваемые в настоящем описании, также могут быть применены для изготовления восьмиходовых, десятиходовых радиантных змеевиков и радиантных змеевиков, имеющих еще большее количество ходов. Специалист в данной области техники может сконструировать такие варианты после прочтения настоящего описания.

Очевидно, что в непоказанных примерах осуществления все трубы могут представлять собой комбинации двух комплектов труб, т.е. образовывать конструкцию типа 2-2-2-2. В некоторых других, не показанных примерах осуществления, может быть использована конструкция типа 4-2-2-2 или комбинация большего количества комплектов труб.

Кроме того, несмотря на то, что вышеизложенное изобретение описано на примере одного комплекта радиантного змеевика или двух комплектов радиантных змеевиков, устанавливаемых в крекинг-печи, следует понимать, что в зависимости от конкретных требований, в одной крекинг-печи может быть установлено большее количество комплектов радиантных змеевиков. В том случае, когда в одной крекинг-печи установлено более одного комплекта радиантного змеевика, они могут быть установлены последовательно. В альтернативном варианте комплекты радиантных змеевиков могут быть смонтированы в виде разветвленных трубопроводов. В этом случае последняя труба должна быть помещена на одну сторону змеевика, и змеевики должны быть расположены зеркально-симметрично.

Несмотря на то, что изобретение подробно описано с помощью некоторых примеров осуществления, специалист в данной области техники должен понимать, что в некоторые элементы/компоненты/конструкции настоящего изобретения могут быть внесены различные изменения и модификации, не выходящие за пределы области настоящего изобретения. В частности, там, где это возможно, элементы, описанные в одном из примеров осуществления, могут быть случайным образом скомбинированы с элементами, описанными в других примерах осуществления. Предполагается, что настоящее изобретение включает все изменения и модификации при условии, что они соответствуют пунктам формулы изобретения и их эквивалентам.

Изобретение относится к печи для этиленового крекинга, имеющей многоходовой радиантный змеевик и включающей по меньшей мере одну радиантную секцию, которая включает установленные в дне горелки и/или установленные в боковых стенках горелки и по меньшей мере один многоходовой радиантный змеевик, расположенный в продольном направлении радиантной секции. При этом многоходовой радиантный змеевик представляет собой змеевик, выбранный из группы, состоящей из радиантных змеевиков, имеющих от четырех до десяти ходов, и в многоходовом радиантном змеевике по меньшей мере одна из труб расположена в пространстве рядом с трубой, не соединенной последовательно с этой по меньшей мере одной из труб. Предлагаемое изобретение позволяет дополнительно снижать температуру поверхности радиантного змеевика и, следовательно, увеличивать срок службы радиантного змеевика и рабочий цикл крекинг-печи. 15 з.п. ф-лы, 36 ил.

1. Печь для этиленового крекинга, имеющая многоходовой радиантный змеевик, включающая по меньшей мере одну радиантную секцию, которая включает установленные в дне горелки и/или установленные в боковых стенках горелки и по меньшей мере один многоходовой радиантный змеевик, расположенный в продольном направлении радиантной секции,
где многоходовой радиантный змеевик представляет собой змеевик, выбранный из группы, состоящей из радиантных змеевиков, имеющих от четырех до десяти ходов; и
в многоходовом радиантном змеевике по меньшей мере одна из труб расположена в пространстве рядом с трубой, не соединенной последовательно с этой по меньшей мере одной из труб.

2. Печь для этиленового крекинга по п. 1, в которой последние две трубы многоходового радиантного змеевика расположены в пространстве не рядом друг с другом.

3. Печь для этиленового крекинга по п. 1 или 2, в которой первая труба и последняя труба расположены соответственно на противоположных внешних сторонах многоходового радиантного змеевика.

4. Печь для этиленового крекинга по п. 1 или 2, в которой по меньшей мере одна из первой и последней трубы не находится на внешней стороне многоходового радиантного змеевика.

5. Печь для этиленового крекинга по п. 1 или 2, в которой каждая из труб расположена в центральной плоскости радиантной секции.

6. Печь для этиленового крекинга по п. 1 или 2, в которой трубы соединены друг с другом соединительными элементами.

7. Печь для этиленового крекинга по п. 6, в которой по меньшей мере один из соединительных элементов в нижней части радиантной секции представляет собой комбинированный соединительный элемент, состоящий из U-образного углового соединения и двух S-образных угловых соединений, расположенных соответственно на противоположных сторонах U-образного углового соединения.

8. Печь для этиленового крекинга по п. 7, в которой на противоположных относительно центральной плоскости радиантной секции сторонах установлено одинаковое количество S-образных угловых соединений.

9. Печь для этиленового крекинга по п. 8, в которой направленные вниз выступы всех S-образных угловых соединений параллельны друг другу.

10. Печь для этиленового крекинга по п. 8, в которой по меньшей мере одно S-образное угловое соединение имеет направленный вниз выступ, непараллельный выступам других S-образных угловых соединений.

11. Печь для этиленового крекинга по п. 8, в которой два S-образных угловых соединения, присоединенных к двум концам U-образного углового соединения, имеют направленные вниз выступы, параллельные друг другу.

12. Печь для этиленового крекинга по п. 7, в которой все U-образные угловые соединения в комбинированных соединительных элементах имеют направленные вниз выступы, параллельные друг другу.

13. Печь для этиленового крекинга по п. 7, в которой соединительные элементы, форма которых отличается от формы комбинированного соединительного элемента, размещены в центральной плоскости радиантной секции.

14. Печь для этиленового крекинга по п. 1 или 2, в которой первая труба представляет собой разветвленную трубу, имеющую различные диаметры ответвлений, или как первая, так и вторая труба представляют собой разветвленные трубы, имеющие различные диаметры ответвлений.

15. Печь для этиленового крекинга по п. 6, в которой соединительные элементы в нижней части радиантной секции образуют на виде сбоку замкнутую, по существу, гладкую кривую.

16. Печь для этиленового крекинга по п. 1, включающая два или более комплектов радиантных змеевиков, в которых соединительные элементы, находящиеся в верхней части радиантной секции, расположены в симметричных плоскостях, пересекающих под углом центральную плоскость радиантной секции, и зеркально симметричны друг другу.