DE60310101T2

DE60310101T2 - VERFAHREN ZUR NEUVERTEILUNG VON WuRMEFLUSS AN PROZESSROHREN IN PROZESSERHITZERN UND DIESE ENTHALTENDE PROZESSERHITZER

Info

Publication number: DE60310101T2
Application number: DE60310101T
Authority: DE
Inventors: Naiping Strongsville ZHU
Original assignee: Fosbel Intellectual Ltd
Current assignee: Fosbel Intellectual Ltd
Priority date: 2002-08-16
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: DK1546631T3; CA2495286A1; ATE347084T1; DE60310101D1; MXPA05001805A; ES2277643T3; NO20051376L; AU2003253211B2; EP1546631B1; AU2003253211A1; KR20050055714A; JP4429905B2; KR100941358B1; PT1546631E; WO2004017009A1; US6626663B1; JP2005535862A; ZA200501472B; NO20051376D0; EP1546631A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Verfahren, mittels der Wärmeflüsse bei Prozessrohren in Prozesserhitzern so manipuliert werden können, dass sie peripher gleichmäßiger sind. Die Verfahren der Erfindung sind besonders gut für eine Verwendung bei koksempfindlichen beheizten Erhitzern geeignet, die in der Industrie der Erdölraffinierung eingesetzt werden, wie beispielsweise Verkokungsanlagen, Vakuumanlagen, Rohölerhitzern und dergleichen.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die meisten Kokserhitzer oder -öfen, wie beispielsweise eine Verkokungsanlage, Vakuum- und Rohölerhitzer, sind sogenannte einzeln beheizte Anlagen, die eine Verbrennungsquelle im Allgemeinen mittig einer Anordnung von Prozessrohren anwenden. Die Prozessrohre werden so typischerweise eng benachbart der feuerfesten Wand des Erhitzers positioniert, was zu einer ungleichmäßigen peripheren Wärmeflussverteilung führt. Das heißt, Umfangssegmente des Rohres benachbart dem Verbrennungselement des Erhitzers sind typischerweise heißer als das Umfangssegment des Rohres benachbart der feuerfesten Wand des Prozesskessels.
Der Wärmefluss auf der heißeren beheizten Seite des Rohres führt zu einer höheren Rohrmetalltemperatur, verglichen mit der feuerfesten Wandseite des Rohres. Eine höhere Verkokungsablagerungsgeschwindigkeit im Inneren des Rohres an dessen heißerer beheizter Seite ist das unmittelbare Ergebnis einer derartigen ungleichmäßigen peripheren Wärmeflussverteilung. Eine derartige ungleichmäßige innere periphere Verkokung führt ebenfalls zu einem verfrühten nachteilig hohen Druckabfall über das Rohr und/oder zu einer nachteilig hohen Temperatur an der Außenfläche des Rohres (d.h., die Verkokung auf der inneren Rohrfläche wirkt als ein Isolator). Folglich ergibt sich daraus eine reduzierte Betriebslaufdauer für die beheizten Erhitzer. Beispielsweise erfordert eine typische Verkokungsanlage eine Entkohlung aller sechs bis neun Monate, wobei einige Verkokungsanlagen eine Entkohlung aller drei Monate erfordern.
Das DE3338804A offenbart einen „Strahlungsschutzkörper" für ein Wärmerohr. Das Wärmerohr wird vor Wärmespannungen geschützt, indem der „Strahlungsschutzkörper" im Bereich der größten Strahlungsabsorption eingesetzt wird, d.h., wo das Wärmerohr der Flamme am nächsten ist.
Es sind ebenfalls ungleichmäßige Wärmeflüsse zu verzeichnen, die im Prozesserhitzer selbst auftreten, was zu einer relativ ungleichmäßigen Verkokung von einem Rohrabschnitt zum anderen führen kann. Daher können einige Rohre oder Rohrabschnitte näher an der Verbrennungsquelle sein, verglichen mit anderen Rohren oder Rohrabschnitten im Prozesserhitzer. Jene Rohre, die weiter von der Verbrennungsquelle entfernt sind (beispielsweise jene Rohre in der Nähe der Oberseite des Erhitzers, wenn sich die Verbrennungsquelle am Erhitzerboden befindet), können Umfangssegmente des Rohres aufweisen, die einen geringeren Wärmefluss zeigen, verglichen mit vergleichbaren Umfangssegmenten der Rohre, die näher an der Verbrennungsquelle sind, selbst wenn auch die Umfangssegmente so ausgerichtet sind, dass sie zu der von der Verbrennungsquelle erzeugten Wärme hin liegen.
Es wäre daher in starkem Maß wünschenswert, wenn bei Prozessrohren oder Rohrsegmenten innerhalb der beheizten Kessel eine gleichmäßigere periphere Wärmeflussverteilung bewirkt werden könnten. Es wäre ebenfalls wünschenswert, wenn der Wärmefluss im Prozesserhitzer gleichmäßiger infolge dessen neu verteilt werden könnte, dass unterschiedliche Rohre und/oder Rohrabschnitte mit einer vorgegebenen abweichenden, aber lokal im Wesentlichen gleichmäßigen peripheren Wärmeflussverteilung bereitgestellt werden. Es ist daher so, dass die vorliegende Erfindung auf die Erfüllung derartiger Forderungen ausgerichtet ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer gleichmäßigeren Wärmeflussverteilung um eine äußere Umfangsfläche eines Prozessrohres innerhalb eines beheizten Prozesskessels entsprechend Patentanspruch 1. Auf mindestens einem Umfangssegment mindestens eines äußeren Umfangsflächenabschnittes des Prozessrohres wird eine Beschichtung aus einem Material mit einem ausgewählten thermischen Emissionsvermögen und/oder einer Wärmeleitfähigkeit bereitgestellt, die vom thermischen Emissionsvermögen und/oder der Wärmeleitfähigkeit eines anderen Umfangssegmentes des gleichen äußeren Umfangsflächenabschnittes des Prozessrohres abweicht, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich des Prozessrohres, auf den die Beschichtung aufgebracht wird, der feuerfesten Wand benachbart ist. In einer derartigen Weise wird eine gleichmäßigere Wärmeleitfähigkeit um eine Gesamtheit des äußeren peripheren Oberflächenabschnittes des Prozessrohres bewirkt, verglichen mit der Wärmeleitfähigkeit dort herum bei Nichtvorhandensein der Beschichtung, wodurch sich eine gleichmäßigere Wärmeflussverteilung peripher am Rohrabschnitt ergibt.
Diese und weitere Aspekte und Vorteile werden offensichtlicher, nachdem die folgende detaillierte Beschreibung von deren bevorzugten Ausführungsbeispielen sorgfältig betrachtet wurde.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN
Hierin nachfolgend bezieht man sich auf die beigefügten Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszahlen durchgehend über die verschiedenen Fig. gleiche konstruktive Elemente kennzeichnen, und die zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung einer einzeln beheizten Verkokungsanlage mit Prozessrohren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung; und
2A eine vergrößerte schematische Schnittdarstellung eines Verfahrens, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung angewandt werden kann;
2B–2D vergrößerte schematische Schnittdarstellungen eines gegenwärtig bevorzugten Verfahrens, um bei den Prozessrohren eine gleichmäßigere periphere Wärmeflussverteilung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu bewirken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die beigefügte 1 zeigt schematisch einen beheizten Prozesserhitzer 10, wie beispielsweise eine einzeln beheizte Verkokungsanlage. In dieser Hinsicht umfasst der Erhitzer 10 feuerfeste Wände 12 für den Zweck des Minimierens des Wärmeverlustes vom Kessel und eine Anzahl von Prozessrohren (von denen einige durch die Bezugszahl 14 gekennzeichnet sind), die benachbart den Wänden 12 angeordnet sind. Eine Erhitzeranlage 16 ist vorhanden, um so eine Wärmequelle bereitzustellen, wie es schematisch durch die Flamme 16a gezeigt wird. Wie aus 1 gesehen werden kann, sind daher jene Abschnitte der Rohre 14 heißer, die direkt der Flamme 16a ausgesetzt sind, verglichen mit jenen Abschnitten der Rohre 14, die unmittelbar benachbart der feuerfesten Wand 12 sind, wodurch es zu Problemen kommt, die vorangehend kurz diskutiert wurden.
Die beigefügten 2B–2D zeigen schematisch bevorzugte Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, um so bei den Rohren 14 eine gleichmäßigere periphere Wärmeflussverteilung zu bewirken. In 2A wird ein repräsentatives Prozessrohr 14 mit einer peripheren Zunderablagerung 20 auf seiner Außenfläche gezeigt. Der Zunder 20 kann natürlich selbst einen verminderten Wärmefluss bewirken. Daher kann ein peripherer Bereich (der durch die Strichliniendarstellung und die Bezugszahl 20a angegeben wird) der Zunderablagerung 20 vom Rohr 14 benachbart der feuerfesten Wand 20 entfernt werden. Das Entfernen der Zunderablagerung 20a kann mittels irgendeines geeigneten Verfahrens zustande gebracht werden. Beispielsweise kann das Sandstrahlverfahren, das in der gemeinsam in Besitz befindlichen mit angemeldeten U.S. Patentanmeldung Nr. 10/219943 beschrieben wird, angewandt werden, um so selektiv den peripheren Bereich der Zunderablagerung 20a zu entfernen und dadurch das blanke Metall des darunterliegenden Rohres 14 freizulegen.
Wenn der periphere Bereich der Zunderablagerung 20a entfernt ist, kann eine Beschichtung 22 aufgebracht werden, wie in 2B gezeigt wird. in dieser Hinsicht ist die Beschichtung 22 ein Material, das wegen seiner Emissionsvermögens- und/oder Wärmeleitfähigkeitseigenschaften ausgewählt wird, um so eine gewünschte Wärmeleitfähigkeit (beispielsweise in Form der Wänneübertragung pro Flächeneinheit durch die Rohrwand) um den gesamten peripheren Oberflächenbereich des Rohres 14 zu erreichen.
Wie es hierin verwendet wird, bedeutet das Emissionsvermögen (E) eines Materials, dass man sich auf eine einheitslose Zahl bezieht, die auf einer Skala zwischen Null (vollständige Energiereflexion) und 1,0 (ein perfekter „schwarzer Körper", der zu einer vollständigen Energieabsorption und Wiederausstrahlung in der Lage ist) gemessen wird. Entsprechend der vorliegenden Erfindung bedeutet ein relativ hohes Emissionsvermögen (E), dass man sich auf Beschichtungsmaterialien mit einem Emissionsvermögen von größer als etwa 0,80, und im Allgemeinen zwischen etwa 0,90 und etwa 0,98 bezieht. Ein relativ niedriges Emissionsvermögen bedeutet daher, dass man sich auf Beschichtungsmaterialien mit einem Emissionsvermögen von weniger als etwa 0,80, im Allgemeinen weniger als etwa 0,75 (beispielsweise zwischen etwa 0,15 und etwa 0,75) bezieht. Ein niedriges Emissionsvermögen von zwischen etwa 0,45 und etwa 0,75 kann gleichfalls angewandt werden. Daher kann der Bereich des Emissionsvermögens von Beschichtungsmaterialien, der in der Praxis der vorliegenden Erfindung zur Anwendung gebracht werden kann, von etwa 0,15 bis etwa 0,98 betragen und wird von den spezifischen Anforderungen abhängig sein, die für einen spezifischen Prozesskessel erforderlich sind.
Wie erkannt werden kann, wird die Zunderablagerung 20 eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit, aber ein relativ hohes Emissionsvermögen zeigen. Als solche wird die Beschichtung 22 so ausgewählt, dass sie im Wesentlichen einen gleichmäßigeren Wärmefluss um den gesamten Umfang des Rohres 14 herum bewirkt. Somit sind die Unterschiede beim Emissionsvermögen und/oder der Wärmeleitfähigkeit eines peripheren Bereiches des Rohres 14, verglichen mit einem anderen peripheren Bereich (beispielsweise wie zwischen dem Bereich der Zunderablagerung 20 und der Beschichtung 22), so, dass der gesamte periphere Wärmefluss (Wärmeleitfähigkeit) im Durchschnitt gleichmäßiger gemacht wird, wenn man die Tatsache betrachtet, dass ein Bereich bei Verwendung heißer sein kann, verglichen mit einem anderen Bereich (d.h., unterschiedlichen Wärmebedingungen bei Benutzung ausgesetzt wird). In der Praxis wird bevorzugt, dass die Unterschiede beim Emissionsvermögen eines peripheren Bereiches des Rohres 14, verglichen mit einem anderen peripheren Bereich des Rohres, mindestens etwa 5 % betragen können und typischerweise mindestens etwa 10 % oder mehr (beispielsweise ein Unterschied des Emissionsvermögens von zwischen etwa 15 % und etwa 50 %).
Es wird erkannt werden, dass innerhalb der gewünschten Zielstellung, um den gesamten Umfang des Rohres 14 einen gleichmäßigeren Wärmefluss zu bewirken, und/oder einen gleichmäßigeren Wärmefluss in der Prozesserhitzerumgebung per se zu bewirken, eine Vielzahl von Verfahren zur Anwendung gebracht werden kann. Beispielsweise kann eine Beschichtung 24 mit relativ hohem Emissionsvermögen oder niedrigem Emissionsvermögen zusätzlich auf die feuerfeste Wand 12 benachbart der Beschichtung 22 aufgebracht werden, wie in 2C gezeigt wird. Zusätzlich kann der Zunder 20 entfernt werden, und es kann eine Beschichtung 26, die die gewünschten Emissionsvermögens- und/oder Leitfähigkeitseigenschaften besitzt, auf die heiße Seite des Rohres 14 aufgebracht werden, wie in 2D gezeigt wird.
Es wird erkannt werden, dass es innerhalb der Umgebung des Prozesserhitzers 10 erforderlich sein kann, ein oder mehrere Rohre und/oder Längsrohrabschnitte bereitzustellen, die einen unterschiedlichen Wärmefluss zeigen, verglichen mit einem oder mehreren anderen Rohren und/oder Rohrabschnitten innerhalb des Erhitzers 10. Einzeln werden jedoch derartige Rohre und/oder Rohrabschnitte jeweils am meisten bevorzugt einen im Wesentlichen gleichmäßigen Wärmefluss peripher in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigen, wie es vorangehend beschrieben wurde. Jedoch wird das Bereitstellen von vorgewählten unterschiedlichen peripheren Wärmeflüssen der Rohre und/oder Rohrabschnitte, die nichtsdestoweniger einzeln im Wesentlichen gleichmäßig sind, gestatten, dass der Wärmefluss innerhalb der Umgebung des Erhitzers 10 gleichmäßiger neu verteilt wird.
Die Beschichtungsdicken auf den Rohren sind nicht kritisch, werden aber in Abhängigkeit vom gewünschten resultierenden Wärmefluss und/oder dem speziellen Material variieren, das die Beschichtung bildet. Daher können Beschichtungsdicken von etwa 1 bis etwa 60 mil für eine bestimmte Rohranwendung geeignet sein, wobei Beschichtungsdichten typischerweise größer als etwa 75 % sind, spezieller 90 % oder größer.
Während die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wird, was gegenwärtig als die praktischste und bevorzugte Ausführung betrachtet wird, soll verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführung beschränkt werden soll, sondern, dass es im Gegenteil beabsichtigt ist, verschiedene Abwandlungen und gleichwertige Anordnungen einzuschließen, die innerhalb des Bereiches der als Anhang beigefügten Patentansprüche eingeschlossen sind.

Claims

Verfahren zur Bereitstellung einer gleichmäßigeren Wärmeflussverteilung um einen äußeren Umfangsflächenbereich eines Prozessrohres (14) innerhalb eines beheizten Prozesskessels (10), wobei der Kessel (10) eine Verbrennungsquelle (16a) und eine feuerfeste Wand (12) aufweist, wobei das Rohr (14) zwischen der Verbrennungsquelle (16a) und der feuerfesten Wand (12) angeordnet ist, das die folgenden Schritte aufweist: auf mindestens einem Umfangssegment des äußeren Umfangsflächenbereiches des Prozessrohres (14) Bereitstellen einer Beschichtung (22) aus einem Material mit einem ausgewählten thermischen Emissionsvermögen und/oder einer ausgewählten thermischen Wärmeleitfähigkeit, die vom thermischen Emissionsvermögen und/oder von der thermischen Wärmeleitfähigkeit eines anderen Umfangssegmentes des äußeren Umfangsflächenbereiches des Prozessrohres (14) abweichend sind, um dadurch eine gleichmäßigere Wärmeflussverteilung um ein Ganzes des äußeren Umfangsflächenbereiches des Prozessrohres (14) zu bewirken, verglichen mit der Wärmeflussverteilung dort herum bei Nichtvorhandensein der Beschichtung (22), dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich des Prozessrohres (14), auf den die Beschichtung (22) aufgebracht wird, der feuerfesten Wand (12) benachbart ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Unterschied beim Emissionsvermögen mindestens 5 zwischen dem mindestens einen Umfangssegment und dem anderen Umfangssegment beträgt.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Unterschied beim Emissionsvermögen mindestens etwa 10 % beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das mindestens eine Umfangssegment eine Beschichtung (22) aufweist, die ein hohes Emissionsvermögen von mindestens etwa 0,80 zeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das mindestens eine Umfangssegment mit einem Material beschichtet ist, das ein relativ hohes Emissionsvermögen von etwa 0,80 oder größer aufweist, und bei dem das andere Umfangssegment mit einem Material beschichtet ist, das ein relativ niedriges Emissionsvermögen von weniger als etwa 0,80 aufweist, vorausgesetzt, dass das relativ hohe und niedrige Emissionsvermögen um etwa 5 % abweichen.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das relativ hohe und niedrige Emissionsvermögen um etwa 10 % abweichen.
Beheizter Prozesskessel (10), der eine Verbrennungsquelle (16a), eine feuerfeste Wand (12) und ein Prozessrohr (14) aufweist, wobei das Prozessrohr (14) zwischen der Verbrennungsquelle (16a) und der feuerfesten Wand (12) angeordnet ist, wobei das Prozessrohr (14) auf mindestens einem Umfangssegment seines äußeren Umfangsflächenbereiches mit einer Beschichtung (22) aus einem Material versehen ist, das ein ausgewähltes thermisches Emissionsvermögen und/oder eine ausgewählte thermische Wärmeleitfähigkeit aufweist, die vom thermischen Emissionsvermögen und/oder von der thermischen Wärmeleitfähigkeit eines anderen Umfangssegmentes des äußeren Umfangsflächenbereiches des Prozessrohres (14) abweichend sind, um dadurch eine gleichmäßigere Wärmeflussverteilung um ein Ganzes des äußeren Umfangsflächenbereiches des Prozessrohres (14) zu bewirken, verglichen mit der Wärmeflussverteilung dort herum bei Nichtvorhandensein der Beschichtung (22), dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenbereich des Prozessrohres (14), auf den die Beschichtung (22) aufgebracht wird, der feuerfesten Wand (12) benachbart ist.