專(zhuān)利名稱：急冷器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及用來(lái)急冷來(lái)自烴裂化爐的流出物的新的熱交換器即急冷器。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及裂化爐管與急冷器或輸送線換熱器管的之間的管接頭。
在通過(guò)烴原料在蒸汽存在下的熱裂化生產(chǎn)輕烯烴(乙烯、丙烯、丁二烯和丁烯)和相關(guān)的芳族化合物(苯、甲苯、乙苯、二甲苯和苯乙烯)過(guò)程中，裂化反應(yīng)會(huì)因?yàn)榱鸦癄t流出物的迅速冷卻即急冷而中止。急冷時(shí)間是以百分之一秒測(cè)量的并且具有將爐出口組成“凍結(jié)”在其瞬時(shí)值以免烯烴產(chǎn)物被連續(xù)的二次反應(yīng)降解的目的。在市場(chǎng)上根據(jù)待冷卻的裂化氣體的數(shù)量、裂化爐流出物結(jié)垢的趨勢(shì)和將要產(chǎn)生的蒸汽的壓力/溫度條件有多種不同的急冷器設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)的范圍可以從常規(guī)固定管板殼體和管式熱交換器到套管設(shè)計(jì)。
人們知道，對(duì)于任何給定的裂化爐操作條件，可以通過(guò)盡快地降低離開(kāi)裂化爐的氣體的溫度而使得烯烴的收率達(dá)到最大并使得急冷器結(jié)垢達(dá)到最少。這就要求急冷器的位置盡可能地與裂化爐出口接近、使得急冷器入口段的體積達(dá)到最小和使得冷卻段的表面積與體積之比達(dá)到最大。后一要求暗示，多個(gè)小急冷器管比單一的大直徑排布更好。
在先有技術(shù)中有一種稱為SHG輸送線換熱器的急冷器(Schmidt′sche Heissdampf-Gesellschaft mbH)采用了多個(gè)套管的平行排布，其中各急冷管被攜帶水-蒸汽混合物的同心外管所環(huán)繞。通過(guò)水平的扁圓形總管給內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙提供鍋爐水。關(guān)于這一點(diǎn)可以參見(jiàn)德國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)DE2551195。另一采用這種套管排布并帶有外管的扁圓形總管的先有技術(shù)專(zhuān)利是美國(guó)專(zhuān)利4,457,364。該專(zhuān)利公開(kāi)了具有來(lái)自裂化爐的氣體入口和用于裂化爐和急冷器之間的傳遞的兩個(gè)或形成Y字或三支路的三個(gè)分流分支的分配器。正如所述，該冷卻尚未開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)變?cè)谑购罄m(xù)反應(yīng)和不合需要的焦炭沉淀最小化方面是關(guān)鍵性的。還在美國(guó)專(zhuān)利4,457,364中，流過(guò)接頭的橫截面區(qū)基本上是均勻的，以便在整個(gè)分配器中達(dá)到基本上恒定的氣體流速。該分配器也可以在橫截面區(qū)直到分支管的橫截面積之和與入口的橫截面積之和的比為2∶1之處為分支的。
發(fā)明概要在裂化爐出口與通到急冷器管的入口之間的急冷器的入口段或連通管將流體分開(kāi)成多個(gè)分支，并設(shè)計(jì)用來(lái)將入口段停留時(shí)間減少到最小。為了使氣體均勻地分配到在管線內(nèi)排布的多個(gè)急冷管中，將流動(dòng)通道構(gòu)造成首先能有效地將離開(kāi)裂化爐的氣體減速然后將該氣體再加速至急冷器冷卻管速度。更具體地說(shuō)，在接頭中有一個(gè)的錐形分流擴(kuò)散器段將氣體減速然后有一個(gè)逐漸變小的和分支的會(huì)聚段在氣體送入急冷器管的同時(shí)將其再加速。隨著在流動(dòng)方向上的單調(diào)區(qū)(monotonicarea)的變化，橫截面轉(zhuǎn)變是平滑的(空氣動(dòng)力學(xué))，使得動(dòng)壓力得以恢復(fù)，避免了死空間(即流動(dòng)分離區(qū))，并且使壓力損失達(dá)到最小。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是急冷器的側(cè)視圖，其中帶有包含本發(fā)明內(nèi)容的局部剖視圖。
圖2是圖1的急冷器沿2-2線的截面視圖。
圖3是與連接并通過(guò)扁圓形總管的管子接頭的透視圖。
圖4是圖1中的急冷器的部分橫截面端視圖。
優(yōu)選實(shí)施方案的描述參見(jiàn)圖1，急冷器10包括數(shù)個(gè)套管熱交換器元件12，該元件又包括被外管16環(huán)繞的攜帶裂化爐流出物氣體的內(nèi)管14。兩管之間的環(huán)隙攜帶冷卻劑水/蒸汽混合物。管14和16的底端連接到扁圓形總管18上，而上端連接到扁圓形總管20上。
圖3詳細(xì)地描述了管子與扁圓形總管的連接。內(nèi)管14完全通過(guò)總管，而外管16卻終止于總管中并與總管的內(nèi)部相通。如圖1所示，冷卻水通過(guò)冷卻劑入口連接件22和24供給到底部總管18中，它流過(guò)底部總管，進(jìn)入管子之間的環(huán)隙空間，流入上部總管20中。冷卻劑(這里是加熱蒸汽/水混合物)從總管20流出通過(guò)出口連接件26和28。向上流過(guò)管道14的冷卻氣體流入上部出口腔30通過(guò)出口32排出。
盡管可以采用其它排布，本發(fā)明用16管排布來(lái)加以說(shuō)明，這可從圖2清楚地看出。該圖示出了兩個(gè)扁圓形總管18，每個(gè)總管連接八個(gè)管組，互相連結(jié)。每個(gè)扁圓形總管上有兩個(gè)水入口連接件，標(biāo)為22，22a，24和24a。兩個(gè)總管18相互連接并通過(guò)例如焊接的方式與周?chē)陌?4連接起來(lái)。板34的四周是用來(lái)安裝入口連通管(下文將加以描述)的法蘭。上部扁圓形總管20是用類(lèi)似方法安裝的，包括用來(lái)將法蘭40連接到上部出口腔30上的法蘭38。
本發(fā)明的急冷器可以最有利地用于采用較多低容量裂化盤(pán)管的裂化爐(未示出)中。例如這樣的裂化爐可以具有24個(gè)盤(pán)管，每個(gè)盤(pán)管高12米(40英尺)，每個(gè)盤(pán)管都是由四個(gè)套在一個(gè)10厘米內(nèi)徑(4英寸)的出口管中的5厘米(2英寸)內(nèi)徑的管子形成。來(lái)自四個(gè)這樣的盤(pán)管的流出物可以在單一的本發(fā)明的急冷器中急冷。所示的本發(fā)明的實(shí)施方案將來(lái)自各裂化爐盤(pán)管和出口管(四個(gè)裂化爐入口管)的流出物送入四個(gè)急冷器管子中。急冷器有十六個(gè)急冷器管，因而可以操作四個(gè)裂化爐盤(pán)管(十六個(gè)入口管)。
在急冷器底端的入口腔42包括一個(gè)形成壓力邊界的容器即桶44。圍繞著該入口腔容器的邊緣的法蘭46用通過(guò)螺栓48與法蘭36相連。所述容器中裝有高溫耐火材料50，它的中間有本發(fā)明的形狀獨(dú)特的內(nèi)部氣體通道52，54，56和58。這些氣體通道是通過(guò)位置適當(dāng)?shù)奶畛淞闲纬傻?，在耐火材料定位之后再將其去除。例如，可以將填充料溶解或從耐火材料中燒掉?；蛘邭怏w通道可以鑄造形成或者由金屬例如高鎳鉻合金形成，如圖4的53所示。在這種情況下，只需將耐火材料倒在所形成的通道周?chē)憧伞?br> 在本發(fā)明所述的實(shí)施方案中，各氣體通道52，54，56和58分叉為四個(gè)分支60，62，64和66。各分支連接到單一的急冷管14上。每個(gè)氣體通道都包括第一分流錐形擴(kuò)散器部分68，接著是包含支路的會(huì)聚部分70。錐形分流部分68可以在圖1和4的兩個(gè)視圖中看出。會(huì)聚部分不那么容易看出，因?yàn)樵摬糠珠_(kāi)始時(shí)在一個(gè)平面上分流(圖1)分出支路，而在另一平面上會(huì)聚(圖4)。這一在一個(gè)平面上的分流而在另一平面上會(huì)聚的組合的凈效果是流動(dòng)區(qū)的平滑或單調(diào)會(huì)聚。避免了會(huì)引起旋渦和焦化的不連續(xù)性。因此，在錐形擴(kuò)散器中氣體先被減速，然后被再加速至急冷器管速。平滑的再加速起著避免流動(dòng)分離的作用，從而在為各急冷器管提供均勻流動(dòng)分布的同時(shí)使得在死區(qū)中形成的焦炭達(dá)到最小。作為一個(gè)具體的實(shí)例，對(duì)于2.25的流動(dòng)區(qū)比，各入口管的內(nèi)徑可以是10.16cm(4英寸)，擴(kuò)散器的出口的內(nèi)徑可以是15.24cm(6英寸)。對(duì)于0.56的流動(dòng)區(qū)比，15.24cm(6英寸)最大直徑隨后被會(huì)聚到四個(gè)5.7cm(2.25英寸)的管子上。
由于流動(dòng)是在沒(méi)有死區(qū)的情況下再加速的，所以各管子入口處的焦炭沉積達(dá)到最少。即使焦炭沉積在管子里面，均勻流動(dòng)分布之間的偏差也明顯降低。這是使用空氣動(dòng)力學(xué)有效分流/會(huì)聚通道而不使用常規(guī)輸送線換熱器入口或者美國(guó)專(zhuān)利4,457,364所述的分流分叉或恒定區(qū)的優(yōu)點(diǎn)。在后一種情況下，Y字型或三分支的流動(dòng)分離與對(duì)輸送線換熱器管的不均勻分配是很可能發(fā)生的。使用本發(fā)明的分流/會(huì)聚通道的結(jié)果是均勻分布和焦化趨勢(shì)降低，因而提高了收率并增加了運(yùn)轉(zhuǎn)周期。
權(quán)利要求
1.用來(lái)將來(lái)自裂化爐盤(pán)管的裂化氣送入急冷器的熱交換管中的連接裝置，所述連接裝置包含眾多的流動(dòng)通路，每一個(gè)通路都包括一個(gè)分散錐形入口擴(kuò)散器通道，接著是分叉為多個(gè)個(gè)體出口通道的出口段，每一個(gè)所述出口通道為所述熱交換管之一送料，所述出口段的構(gòu)型應(yīng)使得橫截面流動(dòng)區(qū)域在流動(dòng)方向上均勻減小，從而形成了總體會(huì)聚的出口段。
2.如權(quán)利要求1所述的連接裝置，其中所述出口段包括至少四個(gè)出口通道。
3.如權(quán)利要求1所述的連接裝置，其中所述連接裝置含有陶瓷絕緣材料，并且所述通路是在所述陶瓷材料中形成的。
4.如權(quán)利要求3所述的連接裝置，其中在所述陶瓷材料中的所述通路帶有金屬襯里。
5.如權(quán)利要求1所述的連接裝置，其中所述入口通道與所述出口通道之一的直徑比為2∶1。
全文摘要
一種用來(lái)急冷來(lái)自裂化爐的流出物的急冷器或輸送線換熱器，它在裂化爐管與將流體分成多個(gè)分支的急冷器之間有一個(gè)入口連接件。流動(dòng)通道的結(jié)構(gòu)能先將氣體減速然后將其再加速。它包括一個(gè)錐形擴(kuò)散器段和隨后的逐漸變小和分支的會(huì)聚段。橫截面的平滑轉(zhuǎn)變避免了死空間(即流動(dòng)分離區(qū))，并且使壓力損失達(dá)到最小。
文檔編號(hào)F28F9/00GK1149310SQ95193229
公開(kāi)日1997年5月7日 申請(qǐng)日期1995年5月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月24日
發(fā)明者J·V·阿班諾, K·M·森達(dá)蘭, H·A·赫爾曼 申請(qǐng)人:Abb拉默斯環(huán)球有限公司, Shg舍克有限公司