ТРУБЧАТАЯ ПЕЧЬ ДЛЯ КРЕКИНГА
TUBE FURNACE FOR CRACKING

Область техники
Настоящее изобретение относится к трубчатым печам для крекинга, в частности к печам для крекинга для получения этилена, в которых используются элементы, интенсифицирующие теплопередачу.
Предшествующий уровень техники
Промышленный пиролиз углеводородов совершается в трубчатой печи для крекинга. Хорошо известно, что теоретически химическая реакция пиролиза углеводородов является строго эндотермической реакцией, включающей первичную (основную) реакцию и вторичную (побочную) реакцию. Обычно говорят, что первичная реакция относится к реакциям, в которых большие углеводородные молекулы расщепляются на более мелкие молекулы, т.е. происходит дегидрирование линейных углеводородов до разрушения цепочки, а дегидрирование нафтенов и аренов до разрушения кольца, таким образом, в результате первичной (основной) реакции получают этилен, пропилен и подобные вещества.
Вторичная (побочная) реакция относится к реакциям, в которых продукты первичной (основной) реакции, а именно олефины и алкины, подвергаются полимеризации, дегидроконденсации, так же как нафтены и арены подвергаются дегидроконденсации и дегидроциклизации и т.п.
Вторичная (побочная) реакция не только значительно уменьшает количество целевых продуктов, но также приводит к значительному образованию кокса. Кокс налипает на внутренней стенке радиантной трубы. Образование кокса на внутренней стенке радиантной трубы значительно снижает производительность радиантной трубы. Кокс, налипающий на внутреннею стенку радиантной трубы, увеличивает сопротивление теплопередаче и сопротивление потоку реагирующих жидкостей в системе в целом.
Увеличение сопротивления теплопередачи и сопротивления потоку противодействует первичной реакции.
Промышленные печи для крекинга необходимо периодически очищать от кокса. Временной интервал между удалениями кокса называется интервалом непрерывной работы ("run length"). Обычно, в конце интервала непрерывной работы из-за слоя кокса температура металла трубы (ТМТ) стремится превысить максимум (обычно 1125°), допустимый для материала трубы.
Следовательно, если сдерживать коксообразование в печи для крекинга, можно продлить время непрерывной работы и увеличить время работы печи для крекинга.
Чтобы сдерживать коксобразование, необходимо как только возможно ослабить вторичную (побочную) реакцию во время протекания в печи первичной (основной) реакции. Поэтому следует избегать необходимости нагревать продукт первичной реакции свыше допустимой температуры крекинга и сдерживать протекание лишней (побочной) реакции в радиантной трубе. Кроме того, противоположным ограничивающим фактором является то, что более низкое давление способствует первичной реакции, т.к. пиролиз является реакцией, при которой объем увеличивается.
В патенте Китая CN 1133862 С описывается отрезок трубы со скрученной лентой (см. фиг.4 и фиг.5), который встраивается в радиантную трубу через постоянный интервал. Принцип работы отрезка трубы со скрученной лентой можно кратко описать следующим образом. Как известно, процесс передачи тепла в радиантной секции при получении этилена может включать следующие шаги (стадии). Во-первых, газ в топке передает тепло внешней стенке радиантной трубы благодаря радиации (излучению) и конвекции, от внешней стенки тепло передается внутренней стенке и слою кокса, окончательно тепло передается жидкости внутри трубы от внутренней стенки конвекцией.
В соответствии с теорией пограничного слоя Прандтла (Prandtl), когда поток жидкости проходит вдоль поверхности твердой стенки, тонкий слой жидкости вблизи поверхности стенки будет задерживаться на поверхности стенки трубы без скольжения, таким образом, формируется пограничный слой. Поскольку пограничный слой передает тепло благодаря своей проводимости, его тепловое сопротивление весьма высоко, хотя он очень тонок. Затем тепло передается в центр турбулентного потока конвекцией. Согласно приведенному выше анализу наибольшее сопротивление передачи тепла оказывают пограничный слой и слой кокса, осевший на внутренней поверхности стенки трубы.
Если бы сопротивление пограничного слоя можно было уменьшить, эффективность передачи тепла резко возросла. Отрезок трубы со скрученной лентой, описанный в CN 1133862 C, является средством реализации этого положения. Отрезок трубы со скрученной лентой, установленный в радиантной трубе, будет приводить к изменению потока жидкости от прямолинейного к турбулентному. В связи с этим, жидкость будет с силой приливать к стенке трубы, а пограничный слой будет разрушаться и утончатся. В результате сопротивление теплопередаче вблизи пограничного слоя уменьшится и теплопередача возрастет.
В заявленном изобретении отрезок трубы со скрученной лентой относится к элементам, интенсифицирующим теплопередачу, к которым относятся все элементы, устанавливаемые в радиантной трубе и способные приводить к изменению потока жидкости от прямолинейного к турбулентному и таким образом разрушать и утончать пограничный слой. Эти элементы не ограничиваются только отрезком трубы со скрученной лентой.
Хотя теплопередача между радиантной трубой и жидкостью внутри нее может быть интенсифицирована при установке отрезка трубы со скрученной лентой или подобного элемента, это не обязательно приведет к улучшению. Причина в том, что при установке элемента в радиантной трубе будет соответственно увеличено падение (снижение) давления в трубе. Как упоминалось выше, чрезмерное снижение давления является препятствием крекингу.
Из-за снижения давления в трубе отрезки трубы со скрученной лентой не могут быть установлены в возможно большем количестве. Заявленное изобретение направлено на разрешение этого противоречия, т.е. устанавливать некоторое количество отрезков труб со скрученной лентой, чтобы максимизировать теплопередачу и сдерживать коксообразование как можно дольше, значительно увеличивая обработку сырья и продлевая время безостановочной работы до очистки кокса.
Раскрытие изобретения
Заявленное изобретение предназначено для трубчатой печи для крекинга, в частности, используемой для получения этилена, включающей конвекционную секцию и (или) двойную радиантную секцию(и), по меньшей мере, с однопроходной радиантной трубой, выполненной с, по меньшей мере, одним элементом, интенсифицирующим передачу тепла. Указанный, по меньшей мере, один элемент, интенсифицирующий передачу тепла, является первым элементом, интенсифицирующим передачу тепла, который установлен в радиантной трубе в интервале от 10D до 25D вверх по течению от экстремальной точки нагрева металла первого прохода радиантной трубы, где D является внутренним диаметром радиантной трубы с элементом, интенсифицирующим теплопередачу.
Предпочтительна установка второго элемента, интенсифицирующего передачу тепла, который установлен вниз по течению от первого элемента, интенсифицирующего передачу тепла, на расстоянии менее Y - дистанции максимального действия первого элемента, интенсифицирующего передачу тепла, предпочтительно в интервале от 0,7 Y до 1,0 Y.
Предпочтительна установка третьего элемента, интенсифицирующего передачу тепла, вниз по течению от второго элемента, интенсифицирующего передачу тепла, на расстоянии менее Y - дистанции максимального действия второго элемента, интенсифицирующего передачу тепла, предпочтительно в интервале от 0,7 Y до 1,0 Y.
Предпочтительна установка четвертого элемента, интенсифицирующего передачу тепла, вниз по течению от третьего элемента, интенсифицирующего передачу тепла, на расстоянии менее Y - дистанции максимального действия третьего элемента, интенсифицирующего передачу тепла, предпочтительно в интервале от 0,7 Y до 1,0 Y.
Предпочтительно, чтобы элементом, интенсифицирующим передачу тепла, был отрезок трубы со скрученной лентой.
Предпочтительно, чтобы величина коэффициента скрутки отрезка трубы со скрученной лентой (который является отношением осевой длины скрученной ленты при угле скрутки 180 (к внутреннему диаметру трубы) находился в диапазоне от 2 до 3.
Предпочтительно, чтобы расстояние Y было около 50D-60D.
Предпочтительно, чтобы радиационная труба являлась бы двухпроходной, причем один проход был бы выполнен из одной трубы, а второй проход включал бы две трубы, а первый, второй, третий и четвертый элементы, интенсифицирующие передачу тепла, были бы выполнены в виде отрезков со скрученными лентами внутри и установлены только в двух трубах второго прохода.
Предпочтительно, чтобы радиационная труба являлась бы двухпроходной, причем первый проход был бы выполнен из одной трубы, а второй проход - из двух труб, а первый, второй, третий и четвертый элементы, интенсифицирующие передачу тепла, были бы выполнены в виде отрезков со скрученными лентами внутри и установлены и в трубе первого и трубах второго проходов.
Предпочтительно, чтобы радиационная труба являлась бы двухпроходной, причем первый проход был бы выполнен из одной трубы, а второй проход - из четырех труб, а первый, второй, третий и четвертый элементы, интенсифицирующие передачу тепла, были бы выполнены в виде отрезков со скрученными лентами внутри и установлены только в трубах второго прохода.
Предпочтительно, чтобы радиационная труба являлась бы двухпроходной, причем первый проход был бы выполнен из одной трубы, а второй проход - из четырех труб, а первый, второй, третий и четвертый элементы, интенсифицирующие передачу тепла, были бы выполнены в виде отрезков со скрученными лентами внутри и установлены и в трубах первого и второго проходов.
Предпочтительно, чтобы радиационная труба являлась двухпроходной, причем один проход был бы выполнен из одной трубы, а другой проход - из двух труб или четырех труб.
Заявленное изобретение позволяет достичь следующие технические результаты.
1. Путем оптимального расположения элементов, интенсифицирующих передачу тепла в радиантной трубе, обеспечивается достижение наилучшего увеличения теплопередачи для заданного числа элементов, интенсифицирующих передачу тепла.
2. Вследствие установки в радиантной трубе элементов, интенсифицирующих теплопередачу, таких как отрезок трубы со скрученной лентой, пограничный слой утончается и его тепловое сопротивление уменьшается. Таким образом, заявленное изобретение позволяет значительно улучшить эффективность теплопередачи печи для крекинга при получении этилена и минимизировать склонность к коксообразованию, соответственно, производительность печи для крекинга для получения этилена увеличивается и возрастает время непрерывной работы.
3. Использование печи для крекинга для получения этилена в соответствии с заявленным изобретением позволяет увеличить производительность печи на 5-7%, а время непрерывной работы на 39-100%.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 схематично изображена печь крекинга для получения этилена с двухпроходной радиантной трубой типа 2-1 или типа 4-1.
На Фиг.2 схематично изображены радиантные трубы, установленные в печи крекинга, представленной на фиг.1, в которых в каждом проходе каждой трубы установлены два элемента, интенсифицирующие передачу тепла, причем используются радиантные трубы типа 2-1.
На Фиг.3 схематично изображены радиантные трубы, установленные в печи крекинга, представленной на фиг.1, в которых в каждом проходе каждой трубы установлены четыре элемента, интенсифицирующие передачу тепла, причем используются радиантные трубы типа 2-1.
На Фиг.4 схематично изображены радиантные трубы, установленные в печи крекинга, представленной на фиг.1, в которых в каждом проходе каждой трубы установлены два элемента, интенсифицирующие передачу тепла, причем используются радиантные трубы типа 4-1.
На Фиг.5 показано продольное сечение трубы со скрученной лентой, используемой в заявленном изобретении.
На Фиг.6 показано поперечное сечение трубы со скрученной лентой, используемой в заявленном изобретении.
Осуществление изобретения
В заявленном изобретении в качестве элемента, интенсифицирующего теплопередачу, может быть использован отрезок трубы со скрученной лентой, установленной внутри этого отрезка трубы (далее отрезок трубы со скрученной лентой), описанный в CN1133862C и показанный на фиг.5 и фиг.6. Величина коэффициента скрутки (который является отношением осевой длины скрученной ленты при угле скрутки 180° к внутреннему диаметру) предпочтительна в диапазоне от 2 до 3, а в примерах принимается равным 2,5.
Элементы, интенсифицирующие теплопередачу, установленные в радиантной трубе, могут направлять текущие прямо обрабатываемые материалы по спирали, таким образом, обрабатываемые материалы, проходящие внутри трубы со скрученной лентой, с силой приливают к внутренней поверхности трубы. Поэтому поверхностный слой на внутренней поверхности трубы со скрученной лентой нарушается и его толщина становиться много меньше, что, в свою очередь, делает много меньшим тепловое сопротивление поверхностного слоя потока. Соответственно, эффективность передачи тепла трубы со скрученной лентой увеличивается.
До того, как обрабатываемые материалы проходят через трубу со скрученной лентой, они протекают в цилиндрическом потоке, тангенциальная скорость которого почти нулевая, а сразу, при протекании через трубу со скрученной лентой, тип потока резко изменяется и тангенциальная скорость обрабатываемых материалов резко увеличивается.
После прохождения обрабатываемыми материалами трубы со скрученной лентой, тангенциальная скорость обрабатываемых материалов падает и стремится к нулю вдоль оси трубы. Термин «максимально эффективная длина» отрезка трубы со скрученной лентой означает длину радиантной трубы, измеряемую от точки начала прохода обрабатываемых материалов через трубу со скрученной лентой до точки, в которой тангенциальная скорость обрабатываемых материалов снова становится нулевой. Так для трубы со скрученной лентой с коэффициентом кручения от 2 до 3 максимально эффективная дистанция приблизительно составляет от 50 D до 60 D, где D - внутренний диаметр радиантной трубы. В примере используется труба со скрученной лентой с коэффициентом кручения, равным 2,5, и углом скрутки, равным 180°.
В предшествующем уровне техники, без использования элементов, интенсифицирующих теплопередачу в радиантной секции печи крекинга, радиантная труба всегда имеет некоторый температурный профиль с несколькими экстремальными точками. Эти экстремальные точки характеризуются максимальной температурой металлической стенки радиантной трубы.
Вообще, каждый проход трубы имеет экстремальную точку, например, в радиантной трубе типа 2-1, ее первый проход имеет одну экстремальную точку, второй проход трубы также имеет одну экстремальную точку, но местонахождение экстремальных точек в двух проходах трубы различно. Обычно, позиции экстремальных точек являются фиксированными для печей крекинга с определенной структурой. На всех заводах, использующих печи крекинга, можно определить соответствующие позиции экстремальных точек печей крекинга.
В соответствии с печью крекинга заявленного изобретения первый отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в интервале от 0 до 40 D, предпочтительно между 10 и 25 D до точки максимальной температуры нагрева металла каждой радиантной трубы; второй отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается вниз по потоку от первого, на расстоянии менее чем «максимально эффективная дистанция Y» первого отрезка трубы со скрученной лентой, предпочтительно на расстоянии от 0,7 Y до 1,0 Y; третий отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается вниз по потоку от второго на расстоянии менее чем «максимально эффективная дистанция Y» второго отрезка трубы со скрученной лентой, предпочтительно на расстоянии от 0,7 Y до 1,0 Y; установку четвертого отрезка трубы производят по такому же правилу.
Кроме того, расположение последнего отрезка трубы со скрученной лентой на каждом проходе не должно быть меньше 40 D от конца каждого прохода трубы, чтобы удовлетворять требованиям механической прочности. Когда отрезок трубы со скрученной лентой не может быть установлен в конце радиантной трубы, а другие параметры, особенно падение давления, соответствуют требуемым, отрезок трубы со скрученной лентой может также быть установлен до первого отрезка трубы со скрученной лентой.
Расстояние между этим отрезком трубы со скрученной лентой и первым отрезком трубы со скрученной лентой должен быть меньше чем «максимально эффективная дистанция Y» этого отрезка трубы со скрученной лентой, предпочтительно на расстоянии от 0,7 Y до 1,0 Y. Если радиантная труба выполнена с несколькими проходами, каждый проход трубы должен следовать такому же правилу. Однако нет необходимости в точно такой же позиции отрезка трубы со скрученной лентой. Кроме того, общее количество отрезков труб со скрученными лентами должно быть согласовано с другими параметрами, особенно с падением давления.
В заявленном изобретении отрезки труб со скрученной лентой размещают в самых эффективных местах печи крекинга. Однако это не означает, что во всех таких местах следует устанавливать отрезок трубы со скрученной лентой, и также это не означает, что отрезки труб не могут быть установлены в других местах.
Заявленное изобретение будет описано далее посредством примеров с большей детализацией. Однако заявленное изобретение не ограничивается этими примерами.
Объем заявленного изобретения представлен в формуле изобретения.
Пример 1
Печь крекинга для получения этилена с двухпроходными трубами типа 2-1 (см. Фиг.1) включает: цилиндрический резервуар 1 для хранения пара под высоким давлением, конвекционную секцию 2, радиантные (радиационные) трубы 3, форсунки 4, радиантную (радиационную) секцию 5, охлаждающий бойлер 6. Производительность этилена составляет 100000 тонн в год. В качестве материала для крегинга используется лигроин.
Количество отрезков труб со скрученной лентой определяется в соответствии с разницей между перепадом давления в радиантной трубе в конце ее безостановочной работы и допустимым перепадом давления. Два элемента, интенсифицирующих теплопередачу, установлены в каждом проходе радиантной трубы, т.е. каждая радиантная труба снабжена всего шестью элементами 7, интенсифицирующими теплопередачу (см. фиг.2), причем элементом, интенсифицирующим теплопередачу, является отрезок трубы со скрученной лентой (см. фиг.5).
Проект А: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 25 диаметрах первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы (ТМТ-tube metal temperature), а именно на расстоянии 25 D. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 30 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 25 диаметрах второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы, а именно на расстоянии 25 D. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 30 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы.
Проект В: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 45 диаметрах первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 10 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 45 диаметрах второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 10 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы.
Проект С: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 40 диаметрах первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 15 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 40 диаметрах второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 15 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект D: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 35 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 20 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 35 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 20 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект Е: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 30 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 25 диаметрах вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 30 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 25 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект F: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 20 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 35 диаметрах вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 20 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 35 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект G: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 15 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 40 диаметрах вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 15 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 40 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект Н: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 10 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 45 диаметрах вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 10 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 45 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект I: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 5 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 50 диаметрах вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 5 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 50 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Приведенные выше проекты объединены в таблице 1 различных местоположений отрезка трубы со скрученной лентой каждого проекта.
Таблица 1
Местоположений отрезка трубы со скрученной лентой в первом проходе
Местоположений отрезка трубы со скрученной лентой во втором проходе
Вверх против течения от максимальной ТМТ
Вниз по течению от максимальной ТМТ
Вверх против течения от максимальной ТМТ
Вниз по течению от максимальной ТМТ
Проект А
25
30
25
30
Проект В
45
10
45
10
Проект С
40
15
40
15
Проект D
35
20
35
20
Проект Е
30
25
30
25
Проект F
20
35
20
35
Проект G
15
40
15
40
Проект Н
10
45
10
45
Проект I
5
50
5
50
Из сравнения рабочих параметров печи для крекинга с отрезками труб со скрученной лентой в соответствии с различными проектами (см. Таблицы 2 и 3), при одинаковых условиях работы, обнаруживается, что печи для крекинга во всех девяти проектах останавливаются из-за того, что температура стенки радиантной трубы становится выше, чем максимальная ТМТ, при этом падение давления в радиантной трубе находится в допустимых пределах (не достигает рабочего предела). Результаты, достигаемые в проектах А, F, G, Н, много лучше, чем в других (самый лучший в А), т.к. непрерывная работа этих печей длится существенно дольше. В таблицах SOR (start of run) означает начало работы печи для крекинга, a EOR (end of run) означает окончание работы печи для крекинга.
Таблица 2
Различия проектов
Проект А
Проект В
Проект С
SOR
EOR
SOR
EOR
SOR
EOR
Расход материала (т/ч)
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
Отношение пара к нефти
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Температура на выходе змеевика СОТ (°C)
830
830
830
830
830
830
Что влияет на длительность безостановочной работы
ТМТ
ТМТ
ТМТ
Длительность непрерывной работы (день)
56
41
44
Таблица 3
Различия проектов
Проект D
Проект Е
Проект F
SOR
EOR
SOR
EOR
SOR
EOR
Расход материала (т/ч)
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
Отношение пара к нефти
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Температура на выходе змеевика (°С)
830
830
830
830
830
830
Что влияет на длительность безостановочной работы
ТМТ
ТМТ
ТМТ
Длительность безостановочн. работы (день)
46
48
54
Таблица 4
Различия проектов
Проект G
Проект H
Проект I
SOR
EOR
SOR
EOR
SOR
EOR
Расход материала (т/ч)
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
Отношение пара к нефти
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Температура на выходе змеевика (°С)
830
830
830
830
830
830
Что влияет на длительность безостановочной работы
ТМТ
ТМТ
ТМТ
Длительность безостановочной работы (день)
52
49
42
Пример 2
Печь крекинга для получения этилена с двухпроходными трубами типа 4-1 (см. Фиг.1) включает: цилиндрический резервуар 1 для хранения пара под высоким давлением, конвекционную секцию 2, радиантные трубы 3, форсунки 4, радиантную секцию 5, охлаждающий бойлер 6. Производительность этилена составляет 100000 тонн в год. Радиантная труба 3 для этого примера является двухпроходной радиантной трубой типа 4-1. В качестве материала для крегинга используется лигроин.
Количество отрезков труб со скрученной лентой определяется в соответствии с разницей между перепадом давления в радиантной трубе в конце ее непрерывной работы и допустимым перепадом давления. Два элемента 7, интенсифицирующих теплопередачу, установлены в каждом проходе радиантной трубы, т.е. каждая группа радиантных труб снабжена всего десятью элементами 7, интенсифицирующими теплопередачу (см. фиг.2), причем элементом, интенсифицирующим теплопередачу, является отрезок трубы со скрученной лентой (см. фиг.5).
Проект А: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 25 диаметров радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы (ТМТ - tube metal temperature), а именно на расстоянии 25D. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 30 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 25 диаметрах второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы, а именно на расстоянии 25D. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 30 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы.
Проект В: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 45 диаметрах первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 10 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 45 диаметрах второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 10 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы.
Проект С: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 40 диаметрах первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 15 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 40 диаметрах второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 15 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект D: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 35 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 20 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 35 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 20 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект Е: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 30 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 25 диаметрах вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 30 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 25 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект F: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 20 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 35 диаметрах вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 20 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 35 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект G: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 15 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 40 диаметрах вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 15 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 40 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект Н: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 10 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 45 диаметрах вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 10 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 45 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Проект I: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 5 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 50 диаметрах вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 5 диаметров второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 50 диаметров вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
Приведенные выше проекты объединены в таблице 5 различных местоположений отрезка трубы со скрученной лентой каждого проекта.
Таблица 5
Местоположений отрезка трубы со скрученной лентой в первом проходе
Местоположений отрезка трубы со скрученной лентой во втором проходе
Вверх против течения от максимальной ТМТ
Вниз по течению от максимальной ТМТ
Вверх против течения от максимальной ТМТ
Вниз по течению от максимальной ТМТ
Проект А
25
30
25
30
Проект В
45
10
45
10
Проект С
40
15
40
15
Проект D
35
20
35
20
Проект Е
30
25
30
25
Проект F
20
35
20
35
Проект G
15
40
15
40
Проект Н
10
45
10
45
Проект I
5
50
5
50
Из сравнения рабочих параметров печи для крекинга с отрезками труб со скрученной лентой в соответствии с различными проектами (см. Таблицы 6, 7 и 8), при одинаковых условиях работы, обнаруживается, что результаты, достигаемые в проектах А, F, G, Н, много лучше (самый лучший в F), чем в других. Это происходит потому, что максимальная температура радиантной трубы очевидно уменьшалась с момента начала работы печи (SOR). ТМТ уменьшалось с момента SOR чрезвычайно, что приводит к увеличению «зазора» между ТМТ с момента SOR и ТМТ (1125°) в момент окончания работы печи (EOR), соответственно длительность безостановочной работы печи для крекинга увеличивается.
Таблица 6
Различия проектов
Проект A
Проект B
Проект C
SOR
EOR
SOR
EOR
SOR
EOR
Расход материала (т/ч)
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
Отношение пара к нефти
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Температура на выходе змеевика COT (°C)
830
830
830
830
830
830
Максимальная TMT в момент SOR (°C)
базовая
+13
+10
Таблица 7
Различия проектов
Проект D
Проект Е
Проект F
SOR
EOR
SOR
EOR
SOR
EOR
Расход материала (т/ч)
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
Отношение пара к нефти
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Температура на выходе змеевика СОТ (°С)
830
830
830
830
830
830
Максимальная ТМТ в момент SOR (°С)
+8
+2
-2
Таблица 8
Различия проектов
Проект G
Проект Н
Проект I
SOR
EOR
SOR
EOR
SOR
EOR
Расход материала (т/ч)
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
Отношение пара к нефти
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Температура на выходе змеевика СОТ (°С)
830
830
830
830
830
830
Максимальная ТМТ в момент SOR(°С)
0
+2
+8
Пример 3
Печь крекинга для получения этилена с двухпроходными трубами типа 2-1 (см. Фиг.1) включает: цилиндрический резервуар 1 для хранения пара под высоким давлением, конвекционную секцию 2, радиантные трубы 3, форсунки 4, радиантную секцию 5, охлаждающий бойлер 6. Производительность этилена составляет 60000 тонн в год. В качестве материала для крегинга используется лигроин.
Количество отрезков труб со скрученной лентой определяется в соответствии с разницей между перепадом давления в радиантной трубе в конце ее безостановочной работы и допустимым перепадом давления. Два интенсифицирующих теплопередачу элемента 7 установлены в каждом проходе радиантной трубы, т.е. каждая группа радиантных труб снабжена всего шестью элементами 7, интенсифицирующими теплопередачу (см. фиг.2), причем элементом, интенсифицирующим теплопередачу, является отрезок трубы со скрученной лентой (см. фиг.5).
Проект А: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 25 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы (ТМТ - tube metal temperature), а именно на расстоянии 25 D. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 30 диаметрах первого прохода радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 25 диаметрах второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы, а именно на расстоянии 25 D. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 30 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы.
Проект В: в первом проходе радиантной трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 45 диаметрах первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 60 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 45 диаметрах второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 60 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла радиантной трубы.
Из сравнения печей для крекинга по проектам А и В видно, что длительность безостановочной работы увеличивается на много процентов при постоянной нагрузке (см. таблицу 9).
Когда производительность печи для крекинга увеличивается на 7% в сравниваемых печах для крекинга по двум различным проектам, то видно, что время непрерывной работы печи для крекинга по проекту А, в соответствии с заявленным изобретением, длится дольше, чем по проекту В, при одинаковых других условиях (см. таблицу 10).
Из таблиц 9 и 10 следует, что время безостановочной работы печи для крекинга по проекту А, в соответствии с заявленным изобретением, длится дольше, чем для печи для крекинга по проекту В, при постоянной производительности, даже если производительность печи по проекту А увеличивается на 7%.
Таблица 9
Различия проектов
Проект В
Проект А
SOR
EOR
SOR
EOR
Расход материала (т/ч)
25.6
25.6
25.6
25.6
Отношение пара к нефти
0.7
0.7
0.7
0.7
Температура на выходе змеевика СОТ (°С)
830
830
830
830
Что влияет на длительность безостановочной работы
ТМТ
ТМТ
Длительность непрерывной работы (день)
40
60
Таблица 10
Различия проектов
Проект В
Проект А
SOR
EOR
SOR
EOR
Расход материала (т/ч)
27
27
27
27
Отношение пара к нефти
0.7
0.7
0.7
0.7
Температура на выходе змеевика СОТ (°С)
830
830
830
830
Что влияет на длительность безостановочной работы
ТМТ
ТМТ
Длительность безостановочной работы (день)
35
54
Пример 4
Печь крекинга для получения этилена с двухпроходными трубами типа 2-1 (см. Фиг.1) включает: цилиндрический резервуар 1 для хранения пара под высоким давлением, конвекционную секцию 2, радиантные трубы 3, форсунки 4, радиантную секцию 5, охлаждающий бойлер 6, причем радиантные трубы включают 48 групп труб типа 2-1. Ее производительность этилена составляет 100000 тонн в год. В качестве материала для крегинга используется лигроин.
Как показано на фиг.2, четыре элемента 7, интенсифицирующие теплопередачу, установлены в радиантной трубе 3 по направлению течения флюида, при этом элементом, интенсифицирующим теплопередачу, является отрезок трубы со скрученной лентой, показанный на фиг.5.
В трубе первого прохода отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается на расстоянии 25 диаметров первого прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы (ТМТ - tube metal temperature). Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 30 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла первого прохода радиантной трубы. Во втором проходе трубы отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 25 диаметрах второго прохода радиантной трубы вверх по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы. Другой отрезок трубы со скрученной лентой устанавливается в 30 диаметрах радиантной трубы вниз по течению от экстремальной точки температуры металла второго прохода радиантной трубы.
«До улучшения» - означает использование конвенционной печи крекинга без элемента, интенсифицирующего теплопередачу, «после улучшения» означает использование печи крекинга, снабженной элементом, интенсифицирующим теплопередачу, как заявлено. Из сравнения параметров двух печей для крекинга, работающих при одинаковых условиях, видно, что длительность безостановочной работы существенно увеличивается и несколько уменьшается расход топлива после оснащения печи для крекинга отрезком трубы со скрученной лентой.
Таблица 4
Различия проектов
Проект G
Проект Н
Проект I
SOR
EOR
SOR
EOR
SOR
EOR
Расход материала (т/ч)
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
41.2
Отношение пара к нефти
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
0.5
Температура на выходе змеевика СОТ (°С)
830
830
830
830
830
830
Что влияет на длительность непрерывной работы
ТМТ
ТМТ
ТМТ
Длительность безостановоч. работы (день)
52
49
42
Таблица 11
Различия проектов
До улучшения
После улучшения
SOR
EOR
SOR
39-й день
EOR
Расход материала (кг/ч)
46
41.2
46.0
41.2
41.2
Отношение пара к нефти
0.75
0.75
0.75
0.75
0.75
Расход топлива (кг/ч)
Топочные форсунки
7140
7672.9
6724.4
7202.0
7178.5
Стеновые форсунки
1650
1687.8
1650.0
1700.0
1650
Суммарный SUM
8790
9360.7
8374.4
8902
8828.5
Длительность непрерывной работы (день)
38
56