CN105229188B - 不同热性能增加熔炉运行时长 - Google Patents

Abstract

一方面，本发明涉及具有布置与未被加热部分毗邻的被加热部分的熔炉。多个直管由第一材料形成并且至少部分地被置于在所述被加热部分中。多个回弯头操作地与所述多个直管联接。所述多个回弯头由第二材料形成并且至少部分地被置于在所述未被加热部分中。所述第一材料显示了比所述第二材料更高的最高温度，因此促进增加所述熔炉的运行时间。所述第二材料显示了比所述第一材料更好的耐磨性能，因此促进所述熔炉的耐磨性。

Description

不同热性能增加熔炉运行时长

对相关应用的交叉引用

本申请要求于2013年3月7日提交的美国临时专利申请61/774,421的优先权，并且通过引用包含了该临时专利申请的全部内容以用于任何目的。

背景。

技术领域

本发明大体上涉及用于精炼操作的装置，并且更具体地，但非限制地，涉及利用加热盘管的延迟焦化操作，所述加热盘管具有由第一材料构造的直管和由第二材料构造的回弯头，其中所述第一材料和所述第二材料显示了不同的热性能，尤其是，但非限制地，设计最高管金属温度。

背景技术

延迟焦化指的是包括在熔炉中加热残油进料到裂解温度的精炼过程，所述残油进料由重的、长链烃分子组成。通常，在所述延迟焦化过程中使用的熔炉包括被布置为多通构造的多个管。加热所述残油进料裂解了所述重的，长链的烃分子，并产生气体、轻质产品和固化焦。所述气体和轻质产品进一步被精炼成不同的液体燃料和气体燃料。 所述固化焦随后被压碎并且作为燃料源被出售。

在所述延迟焦化过程中，固化焦在所述多个管的内表面上形成。这个现象被称为“结垢”。固化焦是绝缘体并且导致形成多个管的材料温度（在这里指的是“管金属温度”）在操作中逐步增加。例如，干净的管可能需要例如945°F的管金属温度以加热所述残油进料到900°F。相比而言，结垢的管可能需要显著更高的管金属温度以加热所述残油进料到900°F。在使用一段时间后，所述多个管最终达到设计最高管金属温度。正如在本文中所使用的那样，术语“设计最高管金属温度”指的是所述多个管的最高安全操作温度。在所述设计最高管金属温度以上，热应力可能是导致所述多个管的磨损和疲劳的原因之一，由此使得所述熔炉操作不安全。在达到所述设计最高管金属温度时，所述多个管必须被清洗以去除所述固化焦。清洗将使所述多个管回到与干净的管有关的管金属温度状态。

清洗所述多个管通常涉及机械清洗、蒸汽-空气脱焦、清刮、或在线剥落中的至少一个。在线剥落涉及去除包括多个管的结垢的通路使其不再工作并且热冲击所述多个管。所述多个管在规定的时间长度内快速地被加热（膨胀）并冷却（收缩）。在冷却过程中，所述结垢的管收缩从而导致在其中积累的固化焦的一部分脱离。所述固化焦被冲洗出所述结垢的管并且在焦炭鼓中被加工。在线剥落的优势是每次仅仅一个通路被剥落，进而允许剩余通路正常的运行。然而，在线剥落的功效在它每次被执行时都可能会降低。

清刮涉及使具有金属钉和粗砂的泡沫或塑料“清管器”穿过所述管。当所述清管器穿过所述结垢的管时，所述清管器旋转并且从所述结垢的管的内表面上刮掉所述固化焦。蒸汽-空气脱焦涉及在较高温度下使蒸汽-空气混合物循环通过所述多个管。来自所述蒸汽-空气混合物的空气被用来燃烧来自所述多个管的所述内表面的所述固化焦，同时来自所述蒸汽-空气混合物的蒸汽保证所述燃烧温度不超过所述设计最高管金属温度。

在大多数情况下，在清洗过程中，所述多个管构成的一个通路至少必须去除而不能接收所述残油进料。在某些情况下，所述整个熔炉必须停止工作。这导致生产力的降低和利润的损失。因此，设计所述熔炉使在清洗之间的时间周期最大化是非常重要的。

转让给Great Southern Independent有限责任公司的美国专利7,670,462涉及一种用于在线清洗黑油加热管和延迟焦化加热管的系统和方法。高压水充量在正常过程操作中被喷射通过所述加热管，以防止所述加热管结垢和停工。所述水充量经历强烈的沸腾和蒸发。所述强烈的沸腾引起在所述加热管之内的刷洗作用。进一步，所述水充量流过所述加热管，接着更热的过程流体流过所述加热管，这导致了所述加热管的膨胀和收缩，这种膨胀和收缩引起冲击作用。

转让给D-COK, LP的美国专利申请公开2007/0158240涉及一种用于炼焦器的在线剥落的系统和方法。离线加热管子被添加到在线炼焦加热管子。当在线管子将被剥落时，流动被转移到所述离线管子，因此允许所述炼焦器加热器的完整操作。

发明内容

本发明大体上涉及精炼操作。一方面，本发明涉及具有布置在与未被加热部分毗邻的被加热部分的熔炉。多个直管由第一材料形成并且至少部分地被置于在所述被加热部分中。多个回弯头操作地与所述多个直管联接。所述多个回弯头由第二材料形成并且至少部分地被置于在所述未被加热部分中。所述第一材料显示了比所述第二材料更高的设计最高管金属温度，因此促进增加所述熔炉的运行时间。所述第二材料显示了比所述第一材料更高的耐磨性能，因此促进所述熔炉的耐磨性。

另一方面，本发明涉及一种制造加热过程盘管的方法。所述方法包括由第一材料形成多个直管并且由第二材料形成多个回弯头。所述多个直管与所述多个回弯头接合。所述多个直管和所述多个回弯头在熔炉之内被定向成使得所述多个直管至少部分地被置于在被加热部分之内并且所述多个塞集管至少部分地被置于在未被加热部分之内。所述第一材料显示了比所述第二材料更高的设计最高管金属温度，因此促进增加所述熔炉的运行时间。所述第二材料显示了比所述第一材料更高的耐磨性能，因此促进所述熔炉的耐磨性。

附图说明

通过结合附图参照下面的具体实施方式，可以获得对于本发明的所述方法和系统更加全面的理解，其中：

图1是根据示范性实施例的精炼系统的示意图；

图2A是根据示范性实施例的熔炉的平面图；

图2B 是熔炉管的剖视图，其示出了在熔炉管中固化焦的积累；

图3是根据示范性实施例的用于制造加热盘管的过程的流程图。

具体实施方式

参照所述附图，本发明的不同的实施例现在将更加完整的被描述。然而，本发明可以以很多不同的形式实施，并且不应该解释为局限于在本文中陈列的实施例，相反，所述实施例被提供以便本公开将是彻底的和完整的，并且将为本领域的技术人员完整地传达本发明的范围。

图1是根据示范性实施例的精炼系统的示意图。精炼系统100包括常压蒸馏单元102、真空蒸馏单元104、和延迟焦化单元106。在典型的实施例中，所述常压蒸馏单元102接收原油原料120。水和其他污染物通常在所述原油原料120进入所述常压蒸馏单元102之前被从所述原油原料120中去除。所述原油原料120在常压下被加热到，例如，大约650°F到大约700°F之间的温度范围。在大约650°F-700°F以下沸腾的轻质材料122被捕获并且在其他地方被加工以生产，例如，燃气，石脑油、汽油、喷气燃料、以及柴油燃料。在大约650°F-700°F以上沸腾的更重的材料123（有时称为“常压渣油”）从所述常压蒸馏单元102的底部被去除并且被运送到所述真空蒸馏单元104。

仍然参照图1，所述更重的材料123进入所述真空蒸馏单元104并且在极低气压下被加热到例如在大约700°F到大约800°F之间的温度范围。在大约700°F-800°F以下沸腾的轻质组分125被捕获并且在其他地方被加工以生产，例如，汽油和沥青。在大约700°F-800°F以上沸腾的残油进料126 （有时称为“减压渣油”）从所述真空蒸馏单元104的底部被去除并且被运送到所述延迟焦化单元106。

仍然参照图1，根据示范性实施例，所述延迟焦化单元106包括熔炉108和焦炭鼓110。所述残油进料126被预热并且被送到所述熔炉108中，在所述熔炉108中所述残油进料126被加热到例如在大约900°F到大约940°F之间的温度范围。加热后，所述残油进料126被送到所述焦炭鼓110中。所述残油进料126在预定周期时间内被保持在例如在大约25psi 和大约 75psi之间的压力范围下直到所述残油进料126分离成烃蒸气和固化焦128。在典型的实施例中，所述预定周期时间大约是10小时到大约24小时。所述残油进料126的分离被称为“裂变”。所述固化焦128在所述焦炭鼓110的底部130处开始积累。

仍然参照图1，根据示范性实施例，在所述固化焦128在所述焦炭鼓110中达到预定水平后，所述固化焦128必须被从所述焦炭鼓110中去除，例如通过机械或水力方法。所述固化焦128从所述焦炭鼓110的去除被称为，例如“切割”、“焦炭切割”或“脱焦”。所述残油进料126的流从所述焦炭鼓110转移到至少一个第二焦炭鼓112。然后所述焦炭鼓110被用蒸汽处理以去掉剩余未裂解的烃类。在所述焦炭鼓110例如通过注水被冷却后，所述固化焦128通过例如机械或水力方法被去除。所述固化焦128通过所述焦炭鼓110的所述底部130落下，并且在焦炭坑114中被回收。然后所述固化焦128从炼油厂运出以供给焦炭市场。在不同的实施例中，在所述焦炭鼓110的脱焦过程中所述残油进料126的流可以被转移到所述至少一个第二焦炭鼓112，因此保持所述精炼系统100的连续操作。

尽管所述残油进料126的裂解主要发生在所述焦炭鼓110之内，但是早期裂解经常发生在所述熔炉108的多个部分之内。早期裂解导致所述熔炉108结垢，因此迫使周期性清洗所述熔炉108。通常与很多精炼操作有关的增加的进料速率导致了所述熔炉108快速污垢的可能性。在很多情况下，所述熔炉108的生产力的任何增加都导致整个所述精炼系统100的产量增加。

为此，已经努力由具有更高设计最高管金属温度的材料构造所述熔炉108。例如，奥氏体材料诸如，例如，TPS47H，具有比通常使用的铁素体材料诸如，例如，9Cr-1Mo，高大约200°F的设计最高管金属温度；然而与铁素体材料相比，奥氏体材料相当地更软，并且经常经历过度磨损和侵蚀。这样的磨损和侵蚀能导致所述熔炉108的过早失效，进而导致生产损失及昂贵的维修。因此，需要一种熔炉108的设计，该设计利用具有足够强度的材料防止所述熔炉108的过早磨损，但是在连续的清洁之间允许更长的操作时间。

图2A是根据示范性实施例的熔炉的平面图。图2B是熔炉管的剖面图，其示出了在其中的固化焦的积累。参照图2A和2B，熔炉200包括被布置为多个流通路204的加热过程盘管202。在不同的实施例中，所述熔炉200可以是，例如，延迟焦化加热器、原油加热器、真空加热器、科学计算可视化断路加热器、或用于在精炼操作中加热流体的任何其他适当的设备。所述多个流通路204包括与多个回弯头208和多个塞集管209相连的多个直管206。在典型的实施例中，所述多个回弯头208是带有重后壁的锻造的或铸造的180°弯头，所述弯头在一个端部连接所述多个直管206的两个直管。在某些实施例中，利用本发明原理的熔炉可以在所述直管206的两个端部都包括回弯头。所述多个塞集管209是铸造的并且被置于在所述多个直管206的相对端部，并且连接所述多个直管209的两个直管。所述多个回弯头208和所述多个塞集管209被置于在所述熔炉200的被加热部分210的外面。因此，在典型的实施例中，所述多个回弯头208和所述多个塞集管209的管金属温度将不会超过容纳在其中的流体212的温度。所述多个直管206位于所述熔炉200的所述被加热部分210之内。因此，由于在直管中积累的所述固化焦128的隔热作用，所述多个直管206的管金属温度将比容纳在其中的所述流体212的所述温度高。在典型的实施例中，干净的直管206的最高管金属温度大约是1030°F。

仍然参照图2A和2B，在所述熔炉200的操作过程中，所述多个直管206的所述管金属温度由于固化焦在其中的积累按每天大约1.5°F的速率升高。对于由铁素体材料诸如，例如，9Cr-1Mo构造的直管206，当所述多个直管206的所述管金属温度达到，例如，大约1250°F或更高时，在线剥落过程就开始。正如前面所讨论的那样，在线剥落需要从操作中去除所述多个流通路204中的至少一个流通路。在所述多个直管206中利用奥氏体材料诸如，例如，TP347H允许额外的200°F的温度升高。这个额外的温度升高相当于在清洗之间大约额外130天的操作，由此提高了生产力和利润。 然而，由于奥氏体材料的所述相对柔软度，所述多个回弯头208和所述多个塞集管209在剥落过程中尤其容易受到过度磨损和侵蚀。这导致所述多个回弯头208和所述多个塞集管209的过早失效。

仍然参照图2A和2B，在典型的实施例中，所述加热过程盘管202包括所述多个直管206和所述多个回弯头208和所述多个塞集管209。所述多个直管206由奥氏体材料诸如，例如，TP347H构造，所述多个回弯头208和所述多个塞集管209由铁素体材料诸如，例如，9Cr-1Mo构造。所述多个回弯头208和所述多个塞集管209通过连接过程诸如，例如，焊接，与所述多个直管206连接。正如前面所提及的，由所述奥氏体材料构造的所述多个直管206位于所述熔炉200的所述被加热部分210之内并且由所述铁素体材料构造的所述多个回弯头208和所述多个塞集管209位于所述熔炉200的所述被加热部分210的外面。通过将所述多个回弯头208和所述多个塞集管209放置在所述被加热部分210的外面，所述多个回弯头208和所述多个塞集管209不太可能达到与所述铁素体材料有关的设计最高管金属温度。因为所述铁素体材料比所述奥氏体材料更硬，这样的配置允许有更长运行时间的益处，而没有与所述多个回弯头208和所述多个塞集管209的过早失效有关的问题。

对本领域的技术人员而言，这样的布置的优势将是明显的。例如，通过由所述奥氏体材料构造所述多个直管206，所述熔炉200能在清洗之间操作大约额外的130天，由此提高了生产力和利润。另外，由所述铁素体材料构造所述多个回弯头208和所述多个塞集管209减少了所述多个回弯头208和所述多个塞集管209的磨损和侵蚀。然而，通过将所述多个回弯头208和所述多个塞集管209放置在所述被加热部分210的外面，所述熔炉200的操作不受与所述铁素体材料有关的较低设计最高管金属温度的限制。

图3是根据示范性实施例的制造加热过程盘管的过程的流程图。过程300在步骤302处开始。在步骤304处，多个直管由奥氏体材料形成。在步骤306处，多个回弯头和多个塞集管由铁素体材料形成。在步骤308处，所述多个直管、所述多个回弯头和所述多个塞集管通过连接过程诸如，例如，焊接，端部到端部地连接在一起。根据示范性实施例，在利用焊接材料时必须注意，所述焊接材料不但兼容所述铁素体材料、所述奥氏体材料而且兼容可能被置于其中的任何流体。就是说，所述焊接材料必须不能引起所述铁素体材料或所述奥氏体材料的腐蚀。此外，所述焊接材料必须适应所述铁素体材料和所述奥氏体材料之间的热膨胀差异。

仍然参照图3，在步骤310处，所述过程加热盘管以这样的方式被固定在熔炉中，即所述多个直管被固定在所述熔炉的被加热部分之内，并且所述多个回弯头和所述多个塞集管被置于在所述被加热部分的外面。所述过程300在步骤312处结束。这样的布置在保证所述多个回弯头不会过早磨损或失效同时，允许在连续的清洗之间所述加热盘管更长的操作时间。

尽管本发明的所述方法和系统的不同的实施例已经结合附图被说明并且在前面具体实施方式中被描述，但是应理解的是本发明不受限于在此公开的实施例，而是在不离开如在本文中公开的本发明的精神情况下，本发明能有无数的重新布置、修改和替换。

Claims (17)

1.一种熔炉，其包括：

被加热部分；

未被加热部分，其被置于与所述被加热部分毗邻；

多个直管，其由第一材料形成并且至少部分地被置于在所述被加热部分中；

多个回弯头，其操作地与所述多个直管联接，所述多个回弯头由第二材料形成并且至少部分地被置于在所述未被加热部分中；

其中所述第一材料显示了比所述第二材料更高的设计最高管金属温度，由此促进增加所述熔炉的运行时间；并且

其中所述第二材料显示了比所述第一材料更好的耐磨性能，从而促进所述熔炉的耐磨性。

2.根据权利要求1所述的熔炉，其包括与所述多个直管联接的多个塞集管，所述多个塞集管由所述第二材料形成。

3.根据权利要求2所述的熔炉，其中，所述多个塞集管至少部分地被置于在所述未被加热部分中。

4.根据权利要求1所述的熔炉，其中，所述第一材料是奥氏体材料。

5.根据权利要求1所述的熔炉，其中，所述第二材料是铁素体材料。

6.根据权利要求1所述的熔炉，其中，所述第一材料是TP347H。

7.根据权利要求1所述的熔炉，其中，所述第二材料是9Cr-1Mo。

8.根据权利要求1所述的熔炉，其中，所述多个回弯头是180度弯头。

9.一种制造加热过程盘管的方法，所述方法包括：

由第一材料形成多个直管；

由第二材料形成多个回弯头；

接合所述多个直管到所述多个回弯头；

在熔炉中将所述多个直管和所述多个回弯头定向成使得所述多个直管至少部分地被置于在被加热部分之内并且所述多个塞集管至少部分地被置于在未被加热部分之内；

其中，所述第一材料显示了比所述第二材料更高的最高温度，由此促进增加所述熔炉的运行时间；并且

其中所述第二材料显示了比所述第一材料更好的耐磨性能，从而促进所述熔炉的耐磨性。

10.根据权利要求9所述的方法，其包括由所述第二材料形成多个塞集管。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述接合包括接合所述多个直管的相对端部到所述多个回弯头。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述形成多个回弯头包括形成多个180度弯头。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一材料是奥氏体材料。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二材料是铁素体材料。

15.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一材料是TP347H。

16.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二材料是9Cr-1Mo。

17.根据权利要求9所述的方法，其中，所述由所述第二材料形成所述多个回弯头和所述多个塞集管强化了所述多个回弯头和所述多个塞集管，以防御过早磨损。