[發明專利]管道系統

有效

• 申請號: 200780016920.0
• 申請日: 2007-03-12
• 公開（公告）號: CN101454075A
• 公開（公告）日: 2009-06-10
• 發明（設計）人: 科林·G·卡羅;菲利普·L·伯奇;威廉·塔利斯
• 申請（專利權）人: 螺旋技術有限公司
• 主分類號: B01J8/06
• 分類號: B01J8/06;C10G9/20;C10G9/16;F17D1/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 宋 莉

技術領域

本發明涉及管道系統(piping)，且更具體而言涉及用于裂化爐的管道系統。所述管道系統可具有特定的幾何結構。本發明還延伸至具有這種特定幾何結構的管道系統的各種其它的用途。?

背景技術

裂化爐(cracking?furnace)具體地在乙烯的生產中使用。在乙烯的蒸汽裂化過程(steam?cracking?process)中，將烴原料用蒸汽稀釋，然后通過將其經過爐中的管子(通常稱為“爐盤管(furnace?coil)”)而迅速地加熱至高溫。高溫使得烴原料分解。然后，使輸出的蒸汽驟冷以防止產物的再結合，所述輸出的蒸汽含有來自熱解管(pyrolysis?tube)中熱解反應的烴的廣泛混合物再加上原料的未反應組分。然后可將經冷卻的蒸汽通過一系列的蒸餾和其它分離操作進行處理，其中分離了裂化操作的各種產物。?

已知的裂化爐有許多問題。由于流經爐中管子的原料和蒸汽的停留時間非常短(幾十秒)，爐子和管子必須保持在非常高的溫度下以便實現必需的快速加熱以實現熱解。因此，需要大量的燃料以加熱爐子。?

此外，爐子中的管子的非常高的溫度導致焦碳沉積在管子內側上。這種焦化特別不受歡迎，因為管子內側上的焦炭層的存在減少了從爐子到原料的傳熱，并因此影響產率。這還增加熱解管中的壓降，雖然通常認為該因素不如對傳熱的影響顯著。?

如果焦炭沉積足夠嚴重，通常必需使爐子周期性地停止使用(通常每20～60天)以允許對管子除焦(例如通過蒸汽清洗)。由于各個爐子占據了非常大的資本投資，因而期望將這種停工期保持為最小。?

發明內容

根據本發明，提供了一種裂化爐，其具有至少一個穿過該爐子的熱解管，其中所述熱解管形成為使得其具有至少一部分(portion)，該部分的中心?線在三維上彎曲。?

已經發現，當流體流過中心線在三維上彎曲的管道部分時，其沿著管道“打漩(swirl)”(即，其運動的分量環繞管道的中心線)。該“旋流(swirl?flow)”與常規流動相比具有許多優點。?

利用旋流，改進了管道的橫截面上的混合。另外，由于這種混合，跨越管道的流動的速度分布與常規管道中的流動相比更加均勻(或者更鈍)，并且旋流流體往往起到沖刷管道壁的柱塞作用。此外，與直的管道相比，靠近管道壁的流動速度增加，使得邊界層厚度降低，這在本質上改善了從管壁至管道內流體的傳熱。?

當應用于爐中的熱解管時，改進的混合特別地合適，因為其在流動的中心部分(core)內的流體中以及在管壁處的流體和中心部分內的流體之間提供了顯著的質量、動量和熱量傳遞。因此，改進了從熱解管壁到其中流動的原料的傳熱。這種改進的傳熱能夠實現最終產品的更高產率，或者能夠用較少的爐燃料消耗來實現相同的產率。在經常的情形，即傳熱為爐子的產能限制因素的情況中，這種改進的傳熱還有效地增加爐子的產能。?

此外，旋流可減少焦化。上述改進的傳熱允許用較低的熱解管壁溫度進行熱解反應，而這種降低的溫度將導致減少的焦化。此外，壁附近較高的流動速度減少了任何焦炭沉積的機會(因為焦炭更可能被旋流沖走)，并且還往往除去任何已沉積在管壁上的焦炭。由于焦炭沉積的減少將增加爐子需要除焦之前可以使用的時長，從而增加爐子的生產率，因此旋流在熱解管中的用處是極其顯著的。?

優選地，熱解管的內表面為基本上光滑的，且可例如用低摩擦涂層涂覆，這種涂層是已知的。優選避免表面凹凸如膛線(rifling)，因為這會導致潤濕周長長度的增加并因此傾向于增加流阻。已知常規熱解管(直的或者僅在二維上彎曲的)具有膛線并且這可促進靠近管子內表面的旋流。然而，這是相對局部的近壁效應，其使得中心部分處的流動交叉混合在中心部分即便有也是非常少的。因此，未獲得本發明的改進的傳熱優點。在直的或者二維彎曲的有膛線的管子中，中心線相應地為直的或者沿著二維曲線。?

在優選的形式中，熱解管形成為使得其具有至少一部分，該部分的中心線形成為多圈螺旋。如果管子的中心線形成為多圈螺旋(其在三維上彎曲)，則旋流將沿著管子持續，并且將持續獲得優點。

旋流在中心線在三維上彎曲的管區域(section)中迅速地建立。上述旋流的優點可在某些情況下通過中心線在短距離上在三維上彎曲的熱解管部分而實現。然而，如果管子然后回復為具有直的中心線的普通區域，則旋流將逐漸消失并為普通的流動所替代。因此，優選地，大部分熱解管在其穿過爐子時具有在三維上彎曲的中心線。例如，爐內超過50％，優選地超過75％，更優選超過90％程度的管子可具有三維彎曲的中心線。?