Brevet FR2522126A1 — publié le 19830826

FOUR DE TRAITEMENT THERMIQUE D'HYDROCARBURES La présente invention concerne l'amélioration d'un four de traitement thermique d'hydrocarbures tel que le chauffage, le réformage et le craquage thermique. Un four de traitement thermique pour le réfor- mage et le craquage thermique d'hydrocarbures est équipé d'une pluralité de tubes de chauffage allongés Ces tubes de chauffage comprennent 3 à 5 tubes soudés qui sont fa- briqués par moulage centrifuge et ont 2 à 3 m de longueur (ci-après désignés par tubes non travaillés) -La tempéra- ture des tubes de chauffage est normalement distribuée selon la direction longitudinale et des détériorations, causées par le fluage, sont plus importantes là o la température est la plus élevée Lorsque les tubes non tra- vaillés sont soudés au voisinage d'une position o la température la plus élevée est atteinte, les détériora- tions causées par le fluage, en particulier sur la partie soudée, présentent un problème. Habituellement, on donne aux tubes de chauffa- ge une épaisseur de parois qui est calculée sur la base de la contrainte de la force de fluage du matériau du tu- be à la région de température la plus élevée indépendam- ment de la distribution de températures longitudinales. En d'autres termes, l'épaisseur de la paroi des tubes de chauffage aux portions exposées aux plus faibles tempéra- tures est extrêmement épaisse En raison des températures très élevées rencontrées pendant le réformage et le cra- quage thermique des hydrocarbures, les tubes de chauffa- ge sont habituellement faits en matériaux onéreux tels que de l'acier 25 Cr-20 Ni et 25 Cr-35 Ni et l'épaisseur exces- sive de la paroi entraîne inévitablement le chauffage déraisonnable des tubes. C'est par conséquent un but de l'invention que de fournir un four de traitement thermique pour le trai- tement d'hydrocarbures comprenant des tubes de chauffage de forme rationnelle et par conséquent de faible prix. Le but de la présente invention peut être obte- nu grâce au four de traitement thermique pour le traite- ment d'hydrocarbures décrit ci-après. Un four de traitement thermique qui comprend une chambre de combustion, un brûleur de combustibles si- tué sur la paroi de ladite chambre de combustion, un ori- fice externe d'échappement de gaz et au moins l'un des tubes de chauffage situé à l'intérieur de ladite chambre de combustion, ledit tube de chauffage étant construit de sorte qu'il a des épaisseurs de parois variant selon la direction longitudinale en correspondance avec différentes températures en des points différents de la distribution longitudinale de température sur la surface externe du tube de chauffage. Il est préférable d'ajuster la longueur des tu- bes non travaillés de façon à ce que la partie soudée ne coïncide pas avec la région des températures les plus éle- vées. La figure unique illustre un exemple de distri- bution d'épaisseurs de parois dans la direction longitudi- nale des tubes de chauffage selon l'art antérieur et selon la présente invention, ainsi que la distribution de tempé- ratures de la surface externe dans la direction longitudi- nale. Les épaisseurs de parois longitudinales des tu- bes de chauffage à utiliser dans le four de traitement thermique selon la présente invention sont déterminées se- lon le procédé suivant. Premièrement, la distribution de température longitudinale des tubes de chauffage est calculée sur la base de facteurs tels que le type d'hydrocarbures passant à travers les tubes, le type de diluants utilisés, le taux de flux, la pression, etc, dépendant de la nature du traitement d'hydrocarbures, par exemple le réformage ou le craquage thermique. Deuxièmement, la contrainte permise est calculée sur la base de la force de fluage du matériau du tube qui est déterminée par la vie du modèle et la distribution de température. Troisièmement, l'épaisseur de la paroi nécessaire en des portions variées des tubes de chauffage est calcu- lée selon des règles applicables ou des règles standards. Quatrièmement, le profil du tube de chauffage avec l'épaisseur exigée de la paroi en des portions res- pectives, est défini. On préfère que l'épaisseur de chacun des tubes non travaillés varie de façon continue en suivant fidèle- ment le profil mentionné ci-dessus, mais le diamètre inter- ne de celle-ci devrait être uniforme Il est également pos- sible de ne pas tenir compte de façon raisonnable des ir- régularités mineures dans le profil pour la fabrication simple des tubes non travaillés, ou de faire varier l'épais- seur, de façon non continue, mais petit à petit. Le moulage centrifuge est une méthode préférée pour fabriquer les tubes non travaillés Les tubes de chauffage peuvent être fabriqués en faisant correspondre un profil mâle au profil d'épaisseur qui est utilisé com- me profil femelle Lorsque le profil mâle est utilisé com- me moule, les tubes sont moulés avec un noyau ayant un dia- mètre équivalent au diamètre interne du tube placé à l'in- térieur du moule Comme indiqué ci-dessus, la longueur du moule pour les tubes non travaillés peut être ajustée de façon à ce que la partie soudée des tubes bruts ne coïncide pas avec la région de températures élevées. Le profil d'épaisseur du tube de chauffage dé- pendant du type de traitement d'hydrocarbures effectué dans le tube est difficile à définir de façon générale. La température peut s'élever de valeurs relativement faibles à des valeurs extrêmement élevées dans la région allant de l'orifice interne à 20 à 40 % de la longueur totale du tube L'épaisseur du tube dans cette région de- vrait ainsi être augmentée à partir du minimum jusqu'au maximum pour correspondre à cette élévation de tempéra- ture. Dans le cas de réformage ou de craquage thermi- que d'hydrocarbures qui élève la température de surface externe des tubes de chauffage, l'acier 25 Cr-20 Ni, 25 Cr 35 Ni et les aciers analogues sont utilisés comme ma- tériaux de tubes de chauffage Lorsque la température de surface externe est relativement basse, les tubes de chauf- fage peuvent être faits en acier 1 à 9 Cr, 0,5 à 3 Mo, en acier au carbone ou analogues. Le four de traitement thermique selon la présen- te invention peut être utilisé pour des traitements diffé- rents d'hydrocarbures variés tels que des hydrocarbures gazeux (par exemple méthane), du naphta, de l'huile légè- re, de l'huile lourde et analogues. Des traitements différents comprennent: trai- tement thermique d'hydrocarbures à une température rela- tivement basse, réformage d'hydrocarbures avec utilisation de vapeur, oxydation partielle d'hydrocarbures et craqua- ge thermique d'hydrocarbures En d'autres termes, le four de traitement thermique selon la présente invention peut être largement utilisé pour les traitements au cours des- quels la température de surface externe des tubes de chauf- fage tombe dans la gamme de 300 à 1 1000 C La pression est de O à 96,78 x 105 Pa ( 100 kg/cm 2) de la pression de jau- ge Les tubes de chauffage peuvent être remplis d'un ca- talyseur approprié, selon le but. Comme exemple, l'application du four selon l'in- vention au réformage à la vapeur, de naphta, sera décrite en se référant à la figure jointe Dans la figure, la' courbe 3 montre la distribution de température longitudi- nale calculée sur la surface externe des tubes de chauffa- ge dans lesquels le réformage à la vapeur de naphta est effectué A partir de ceci, le profil longitudinal repré- senté comme la courbe 2 de l'épaisseur de la paroi des tu- bes de chauffage peut être obtenu La ligne droite 1 re- présente le profil longitudinal de l'épaisseur de la pa- roi des tubes de chauffage classiques qui est uniforme. L'épaisseur maximum du profil représenté sur la courbe 2 correspond à l'épaisseur des tubes de chauffage classi- ques Comme il résulte de la figure, les tubes de chauf- fage utilisés dans l'invention nécessitent moins de maté- riaux, la différence en quantité correspondant à la sur- face définie par la ligne droite 1 et la courbe 2 Les calculs indiquent que le matériau exigé pour fabriquer les tubes de chauffage selon l'invention peut être ré- duit à 80 % de la quantité exigée dans l'art antérieur. Comme les tubes de chauffage de la présente in- vention, le four de traitement thermique pour le traite- ment d'hydrocarbures varie dans son épaisseur longitudi- nale selon la distribution de températures sur la surfa- ce externe, cela nécessite une plus petite quantité de matériaux comparativement aux tubes de chauffage classi- ques, et ainsi il en résulte une économie Si l'on consi- dère que ces tubes de chauffage doivent être remplacés après 9 périodes de temps et qu'ils sont utilisés en plu- ralité pour chaque unité de 9 fours de traitement, il est évident que l'économie au niveau de la quantité de maté- riaux est extrêmement avantageuse De plus, en soudant les tubes non travaillés aux portions éloignées de la région de températures élevées, les dommages dus au fluage sur la partie soudée peuvent être réduits La fiabilité et la stabilité des tubes de chauffage peuvent être grandement améliorées, ce qui est avantageux en termes de procédé et de maintenance. 2522 126 REVENDICATIONS 1 Four de traitement thermique pour le traite- ment d'hydrocarbures comprenant une chambre de combustion, un brûleur de combustibles, situé sur la paroi, un orifi- ce externe d'échappement de gaz et au moins un tube de chauffage équipé sur ladite chambre de combustion, ledit tube de chauffage étant construit de sorte à avoir des épaisseurs de parois variant selon la direction longitu- dinale en accord avec des températures différentes, en des points différents de la distribution longitudinale de températures sur la surface externe. 2 Four de traitement thermique selon la reven- dication 1, dans lequel lesdits tubes de chauffage compren- nent une pluralité de tubes non travaillés soudés ensemble, la longueur desdits tubes non travaillés étant ajustée de façon à ce que la partie soudée desdits tubes non travail- lés ne coïncide pas avec la région de températures élevées sur la surface externe des tubes de chauffage. 3 Four de traitement thermique selon la reven- dication 1, dans lequel l'épaisseur de la paroi en des points différents sur la surface externe des tubes de chauffage dans la direction longitudinale est déterminée sur la base d'une contrainte acceptable, aux températures desdits points. 4 Four de traitement thermique selon la reven- dication 1, dans lequel l'épaisseur de la paroi des tubes de chauffage varie graduellement du minimum au maximum, dans la région allant de l'orifice interne à 20 à 40 % de la longueur totale du tube de chauffage.