用于過(guò)程流體的傳熱單元的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于過(guò)程流體的傳熱單元
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉援引
[0002]本申請(qǐng)要求2013年8月30日提交的美國(guó)申請(qǐng)N0.14/014,475的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在此通過(guò)引用整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種用于過(guò)程流體的低壓降傳熱單元。
【背景技術(shù)】
[0004]已知石化行業(yè)中的各種催化轉(zhuǎn)換過(guò)程。例如，催化重整烴進(jìn)料流(例如，石腦油進(jìn)料流)以產(chǎn)生芳族化合物(例如苯、甲苯和二甲苯)在美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2012/0277501、2012/0277502、2012/0277503、2012/0277504和 2012/0277505 中有所描述。對(duì)石蠟流進(jìn)行催化脫氫以產(chǎn)生烯烴在美國(guó)專(zhuān)利N0.8282887中有所描述。
[0005]催化重整和催化脫氫過(guò)程是吸熱的，因此必須加入熱量以維持反應(yīng)溫度。美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2012/0275974描述了使用夾層加熱器以維持重整過(guò)程的催化反應(yīng)器中的反應(yīng)溫度。用于加工流體的示例加熱器也可以在美國(guó)專(zhuān)利號(hào)8，176,974和7，954，544中找到。
[0006]來(lái)自催化重整單元的芳烴產(chǎn)量和來(lái)自催化脫氫單元產(chǎn)生的烯烴產(chǎn)量增加，而來(lái)自競(jìng)爭(zhēng)裂化反應(yīng)的不期望的產(chǎn)物的產(chǎn)量下降，同時(shí)降低了工作壓力。因此，使反應(yīng)區(qū)工作壓力最小化是有利的。
[0007]對(duì)于熱敏感過(guò)程例如催化重整和催化脫氫來(lái)說(shuō)，在產(chǎn)物流離開(kāi)反應(yīng)器之前過(guò)程流的熱停留時(shí)間(也稱(chēng)為熱容量)對(duì)所需產(chǎn)物的催化選擇性也很關(guān)鍵。為了防止來(lái)自競(jìng)爭(zhēng)熱裂化反應(yīng)(芳烴或烯烴)的產(chǎn)量損失，熱停留時(shí)間的減少對(duì)反應(yīng)器回路非催化劑容量是關(guān)鍵的。
[0008]因此，在催化重整和催化脫氫過(guò)程中使用的用來(lái)加熱各反應(yīng)器的上游進(jìn)料的加熱器的設(shè)計(jì)可由兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo):壓降和熱停留時(shí)間。雖然總的低操作壓力對(duì)所述過(guò)程的產(chǎn)率有益，但在反應(yīng)器回路中充分利用現(xiàn)有的壓降是更有益的。使用反應(yīng)器回路更上游的現(xiàn)有壓降的損害最小。使用反應(yīng)器回路更上游的更高的壓降以更小的程度降低產(chǎn)率。然而，這減少了上游加熱器中的熱停留時(shí)間(因此熱裂化)，而過(guò)程流通常在上游加熱器中比下游加熱器中更容易熱裂化。
[0009]加熱彎管的熱膨脹和收縮是另一個(gè)設(shè)計(jì)考慮。具體地，加熱彎管必須能夠承受高的過(guò)程溫度和冶金變化以及機(jī)械應(yīng)力。
[0010]因此，所需要的是用于過(guò)程流體的改進(jìn)的傳熱單元，其中，所述傳熱單元提供低的壓降而且還提供承受加熱彎管中的熱膨脹/收縮的靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]前述的需求通過(guò)用于過(guò)程流體的傳熱單元來(lái)滿(mǎn)足。所述傳熱單元包括:入口歧管；與入口歧管間隔開(kāi)的出口歧管；以及使入口歧管聯(lián)接到出口歧管的多個(gè)導(dǎo)管，其中，所述導(dǎo)管中的至少一個(gè)以斜角聯(lián)接到出口歧管。
[0012]在傳熱單元的一個(gè)示例中，導(dǎo)管中的至少一個(gè)包括L型彎管。
[0013]在傳熱單元的另一示例中，導(dǎo)管中的至少一個(gè)包括D型彎管。
[0014]在傳熱單元的另一示例中，導(dǎo)管中的至少一個(gè)包括具有多個(gè)大致C形部段的彎管。
[0015]在傳熱單元的另一示例中，導(dǎo)管中的至少一個(gè)以五度和八十五度之間的角度聯(lián)接到出口歧管。
[0016]在傳熱單元的另一示例中，導(dǎo)管中的至少一個(gè)以三十度和六十度之間的角度聯(lián)接到出口歧管。
[0017]在傳熱單元的另一示例中，每一個(gè)導(dǎo)管都以斜角聯(lián)接到出口歧管。
[0018]在傳熱單元的另一示例中，每一個(gè)導(dǎo)管都包括布置在加熱器箱的內(nèi)部空間中的部段，并且其中，至少一個(gè)加熱器布置在加熱器箱的內(nèi)部空間中。
[0019]另一方面，本發(fā)明提供用于過(guò)程流體的L型彎管傳熱單元。該L型彎管傳熱單元包括:入口歧管；與入口歧管間隔開(kāi)的出口歧管；以及聯(lián)接在入口歧管與出口歧管之間的L型彎管。所述L型彎管包括一水平支腿和一豎直支腿，其中水平支腿以斜角聯(lián)接至出口歧管，使其兩者之間形成的流動(dòng)孔限定了長(zhǎng)圓形輪廓。
[0020]在L型彎管傳熱單元的一個(gè)示例中，多個(gè)L型彎管以斜角聯(lián)接到出口歧管。
[0021]在L型彎管傳熱單元的另一示例中，L型彎管布置成相對(duì)于出口歧管成三十度和六十度之間的角度。
[0022]在L型彎管傳熱單元的另一示例中，L型彎管布置成相對(duì)于出口歧管成五度和八十五度之間的角度。
[0023]L型彎管傳熱單元還可以包括布置成大致鄰近L型彎管傳熱單元的底部的加熱器。
[0024]L型彎管傳熱單元可包括布置在加熱器箱的內(nèi)部空間中的部段。
[0025]另一方面，本發(fā)明提供了用于處理流體的D型彎管傳熱單元。所述D型彎管傳熱單兀包括:入口歧管;與入口歧管間隔開(kāi)的出口歧管；以及聯(lián)接在入口歧管與出口歧管之間的D型彎管。該D型彎管包括入口部段和出口部段，并且所述入口部段以斜角聯(lián)接到入口歧管，出口部段以斜角聯(lián)接到出口歧管。
[0026]在D型彎管傳熱單元的一個(gè)示例中，在出口部段與出口歧管之間形成的流動(dòng)孔限定了長(zhǎng)圓形輪廓。
[0027]在D型彎管傳熱單元的一個(gè)示例中，多個(gè)D型彎管以斜角聯(lián)接到入口歧管并且以斜角聯(lián)接到出口歧管。
[0028]在D型彎管傳熱單元的另一示例中，入口部段布置成相對(duì)于入口歧管成三十度和六十度之間的角度，以及出口部段布置成相對(duì)于出口歧管成三十度和六十度之間的角度。
[0029]在D型彎管傳熱單元的另一示例中，D型彎管包括布置在加熱器箱的內(nèi)部空間中的部段。至少一個(gè)加熱器可布置在加熱器箱的內(nèi)部空間中。
[0030]在低壓降加熱器設(shè)計(jì)中，加熱器歧管可占據(jù)總的壓力加熱器的壓降的接近50%。歧管壓降的主要原因是從加熱器管道到加熱器出口和入口的進(jìn)入和離開(kāi)的摩擦損失。
[0031]本發(fā)明提供一種具有降低壓降的L型彎管設(shè)計(jì)的傳熱單元。在傳熱單元的一個(gè)非限制性示例中，通過(guò)L型彎管設(shè)計(jì)使用到加熱器出口歧管的傾斜的進(jìn)口。傾斜的進(jìn)口導(dǎo)致一橢圓形的開(kāi)口通向歧管。這降低了入口速度并且該速度與過(guò)程流體流處于相同方向，導(dǎo)致壓降進(jìn)一步降低。進(jìn)入加熱器出口歧管的傾斜的入口還在L型加熱彎管中提供了更長(zhǎng)的水平臂。這進(jìn)而為加熱彎管提供垂直壓縮和拉伸的更多靈活性。L型彎管的更長(zhǎng)的水平臂可以在垂直運(yùn)動(dòng)中提供更好的靈活性。
[0032]本發(fā)明還提供了一種具有D型彎管的傳熱單元以集成低壓降設(shè)計(jì)的益處和改進(jìn)靈活性。D型彎管通過(guò)具有分別進(jìn)入和離開(kāi)入口及出口歧管的傾斜進(jìn)口 /出口來(lái)實(shí)現(xiàn)壓降的進(jìn)一步降低。此外，D型彎管提供了加熱彎管中的垂直運(yùn)動(dòng)的更好的靈活性。
[0033]本發(fā)明證明了優(yōu)選地使用從加熱器導(dǎo)管到歧管的傾斜連接，以及更優(yōu)選地在出口歧管連結(jié)處使用傾斜連接。這由于連結(jié)處更大的開(kāi)口(因此更低的摩擦損失)和更少的湍流(通過(guò)相同的流動(dòng)方向)以及對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)的更多靈活性而提供了壓降的降低。通過(guò)傾斜(成角)的連接降低的壓降在出口歧管連結(jié)處可能比入口連接處更多，因?yàn)樵诔隹谔幘哂懈叩脑O(shè)計(jì)速度。壓力降低的益處在低壓降加熱器設(shè)計(jì)中更為突出。該設(shè)計(jì)也可用于較高壓降的加熱器設(shè)計(jì)。然而，降低加熱器壓降帶來(lái)的產(chǎn)率益處可能較小。
[0034]因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是為過(guò)程流體提供低壓降的傳熱單元。
[0035]本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是在壓降影響產(chǎn)物產(chǎn)率的工藝中為過(guò)程流體提供傳熱單元。
[0036]本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將在考慮了下面的詳細(xì)說(shuō)明、附圖和所附的權(quán)利要求后更好地理解。
【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的U型彎管傳熱單元的端視圖。
[0038]圖2是圖1的U型彎管傳熱單元的透視圖。
[0039]圖3是現(xiàn)有技術(shù)的L型彎管的傳熱單元的透視圖。
[0040]圖4是圖3的L型彎管傳熱單元的側(cè)視圖。
[0041]圖5是圖3的L型彎管傳熱單元的端視圖。
[0042]圖6是圖3的L型彎管傳熱單元的俯視圖。
[0043]圖7是圖3的L型彎管傳熱單元的出口歧管的側(cè)視圖。
[0044]圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的L型彎管傳熱單元的透視圖。
[0045]圖9是圖8的L型彎管傳熱單元的側(cè)視圖。
[0046]圖10是圖8的L型彎管傳熱單元的端視圖。
[0047]圖11是圖8的L型彎管傳熱單元的俯視圖。
[0048]圖12是圖8L型彎管傳熱單元的出口歧管的側(cè)視圖。
[0049]圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的L型彎管傳熱單元的透視圖。
[0050]圖14是圖13的L型彎管傳熱單元的側(cè)視圖。
[0051]圖15是圖13的L型彎管傳熱單元的端視圖。
[0052]圖16是圖13的L型彎管傳熱單元的俯視圖。
[0053]圖17是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的L型彎管傳熱單元的透視圖。
[0054]圖18是圖17的L型彎管傳熱單元的側(cè)視圖。
[0055]圖19是圖17的L型彎管傳熱單元的端視圖。
[0056]圖20是圖17的L型彎管傳熱單元的俯視圖。
[0057]圖21是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的D型彎管傳熱單元的透視圖。
[0058]圖22是圖21的D型彎管傳熱單元的側(cè)視圖。
[0059]圖23是圖21的D型彎管傳熱單元的端視圖。
[0060]圖24是圖21的L型彎管傳熱單元的俯視圖。
[0061]圖25是