专利名称：利用换热器管的装置和方法
技术领域：
本申请涉及换热装置，例如可以用于与被传送通过装置本体内的管形装置的流体进行直燃式换热(向流体供热或从流体吸热)，其中，本体包括另一换热介质、热源或冷源。在一个示例用途中，本技术涉及在管形系统内传送要加热的流体的装置，因此，这些管将来自一个温度系统(例如装置的外部)的流体传送至装置的相对不同(例如更高)温度部分中，例如送入燃烧室区域，以便加热流体。在另一示例实施例中，本技术涉及烃裂化炉。
背景技术：
在换热装置中，管相互流体连通，并用于传送流体通过装置，用于加热或冷却被传送的流体。在某些用途中，可能希望将位于装置的相对极端的热区域中的一个或更多个管与位于装置内或装置外的相对不那么极端的热区域中的一个或更多个管连接，这样，热膨胀和/或收缩可能使得管之间的接头运动，或者在该接头上施加相对较大应力。例如，在烃蒸汽裂化炉中，管布置成使得供料从燃烧室外部通入和经过燃烧室，然后从燃烧室出来通至骤冷系统。由于在处理中的温度差以及可能地管内的供料的内部压力，管受到热膨胀和热应力。因此，管被布置成尽可能减小在各处的热应力。连接这些管的接头可能特别容易受到应力损坏。因此，想要维持合适性能特征可能是一种挑战。对于接头的完整性，强度和/或防止意外破裂或泄露，可能需要专门的预防措施。这些管形连接件或接头也可能涉及专用连接装置，例如专用连接配件，或者包括冗余连接机制，例如螺纹和焊接。当泄露可能特别危险时，例如有起火或有毒物质释放的危险时，可能希望将接头定位在装置外壳的范围内，这样，任何可能的泄露都可以在高热区域(例如燃烧室或辐射加热部分)中消耗、氧化或者热解。一种示例换热装置是烃蒸汽裂化炉。蒸汽裂化热解是在乙烯和丙烯生产中使用的主要处理。蒸汽裂化通常在直燃式管形反应器中进行。挥发性烃供料(例如乙烷、石脑油、轻油和粗馏分)在存在蒸汽时将被快速加热，以便生产乙烯、丙烯和其它产品物质。蒸汽裂化处理通常包括将供料流体从低温区域(炉外部)传送至高温区域(炉内部)并通过该高温区域，然后从高温区域出来进入另一低温区域(炉外部)。在这种处理中的一个处理变量是反应器停留时间。例如，当在辐射盘管(例如管或多个管或管形件)中的反应时间保持尽可能短时，较大部分的烃供料被转变成乙烷和丙烷。停留时间的工业标准测量是经过辐射燃烧室中的管以及通向骤冷单元的排出管所需的时间。用于减少停留时间的一种普通方法是通过使用高强度钢，该高强度钢能够承受较高热通量，因此能够使用减小的盘管长度和表面面积。示例材料包括锻造或铸造高合金奥氏体不锈钢。另一普通方法是使用较短长度的炉盘管设计。为了避免超过辐射管热通量和/或温度限制，当盘管长度减小时，并行地使用较大数目的较小直径盘管，原因是较小直径盘管具有比较大直径管更大的表面面积-容积比。关于冶金的限制阻碍了炉停留时间的进一步减少。通常用于乙烯炉的辐射盘管和非燃烧绝热区域的奥氏体钢具有高达1100-1150°C的合理高温强度，并可使用已经很好证明的技术来焊接。不过，奥氏体钢的缺点是管和配件的内表面催化积碳沉积(例如积炭)。当生成这样的积炭层时，它绝热化处理气体，这导致管壁温度升高，以便提供足够热量用于进行反应。最终达到管壁温度极限，炉将停止使用以便进行除焦。因此，当给定材料能够在例如高达1100°C的温度下工作时，对于允许的温度升高，炉设计被限制为大约1020°c的“清洁盘管”管壁温度。这种限制约束了盘管中的停留时间可以设计为多短以及在给定几何尺寸的盘管中能够处理多少供料。尽管积焦形成还有其它成因，但是表面催化积炭通常认为是积炭形成的主要原因，特别是对于轻气体供料，例如乙烷。当表面温度升高时，表面催化积炭率增大。因此，奥氏体不锈钢辐射管材料的温度限制和积炭(该积炭至少部分由于在管表面处产生的催化反应而形成)有效组合而防止设计人员将停留时间降低至低于大约0.10秒。这也设定了能够由炉获得的最大乙烯产量的限制。当积炭现象可以消除或大大降低时，炉可以被设计为用于更高的“运行开始”或“清洁壁”管金属温度，因此能够有更短的反应时间和因此更高的产品产量，还可以通过给定的辐射盘管设计而有更高的处理供料速率。这样的改进可以通过使用由内表面不会催化积炭的材料来制造的辐射管来实现。此外，当使用的辐射管材料可以在与当前的奥氏体不锈钢相比更高的温度下工作时，盘管长度和停留时间甚至可以被更加缩短，从而导致甚至进一步提闻乙稀广量。为了减少积炭的形成，可以使用抗表面催化积炭的陶瓷管。不过，陶瓷材料和形成氧化铝的一些金属(不是氧化铬层)有相对较低的延展性并且较脆，因此易于产生裂纹和泄露。而且，它们不能在没有开裂或破碎趋势的情况下承受极快的冷却。因此，使用这些材料只是在炉的辐射燃烧室内部可接受，在辐射燃烧室内部，任何泄露都将包含在内衬有耐火材料的外壳板内并被氧化。在炉的辐射部分的外壳板外部，这样的材料使用是不可接受的。在辐射部分外部(辐射部分进口或出口)的任何泄露都可能立即导致起火，因为烃材料在这些位置处的处于高于它的自燃温度的温度。因此，位于辐射燃烧室外部的辐射部分进口和辐射部分出口由延展性更好的材料来构成，例如现有的高合金奥氏体不锈钢，以便减少泄露和起火的危险。将低积炭催化辐射盘管与奥氏体的进口和出口连接是主要挑战。将氧化铝前体焊接在奥氏体不锈钢上(当可能时)经常导致与奥氏体材料的强度相比具有明显降低的高温应力破裂强度的焊接接头。这样的接头不能有足够强度来承受在热解炉的辐射部分内部经历的高温。因此，这些接头可能使用复杂螺纹接头来用于机械强度，同时使用密封焊接来用于气密。由于明显的热膨胀系数差，使得陶瓷与奥氏体不锈钢连接也有较大的工程挑战。这又导致使用并不很好地适用于辐射部分的高温的复杂机械接头或低强度铜焊技术。在一个方面，需要一种换热装置，它便于保持在装置的高热区域外壳内的敏感管接头连接，同时还防止该连接免受可能在操作状态下遇到的任何高温或极端温度的损害，该高温或极端温度可能损坏该连接接头。
还需要一种烃蒸汽裂化炉，该烃蒸汽裂化炉包括辐射管，该辐射管由并不催化形成积炭的材料来制造，所述辐射管可靠和安全地与在辐射燃烧室外部的奥氏体不锈钢进口和/或出口部分连接。
发明内容
本发明的一个或多个实施例涉及换热装置，例如可以用于与通过管形装置传送的流体进行直燃换热(向流体供热或从流体吸热)，或者其它相对高温的用途。在一个示例用途中，本技术涉及用于在管形系统内传送要加热的流体的装置，因此，这些管将流体从一个温度系统(例如装置的外部或从装置的较低温度区域)传送至装置的相对较高温度部分中，例如送入燃烧室区域，以便加热流体。在另一示例实施例中，本技术涉及蒸汽裂化炉。在另一示例用途中，本技术涉及用于连接管系统的一部分的方法，而并不使得关键的管形接头暴露于高温区域的热中和暴露于环境中(在该环境中，泄露可能产生不希望的危险，或者以其它方式而不能容忍在其中存在连接)。在一个实例中，本技术涉及用于使得辐射管与奥氏体不锈钢部件连接的方法和设备，该辐射管具有不容易在管中催化积炭形成。在其它非限定实例中，本技术包括用于使得这些辐射部分管与其它相关管连接的方法和设备。在另一方面，本技术涉及蒸汽裂化设备及其制备方法，包括但不局限于蒸汽裂化炉、蒸汽裂化辐射部分装置、辐射裂化盘管、辐射盘管连接装置和/或相关设备以及用于制备和/或使用它的方法。在其它方面，本技术包括用于使得辐射盘管部件与奥氏体不锈钢部件连接的设备和方法，该辐射盘管部件具有不容易催化内表面积炭形成。在还一方面，本技术包括一种蒸汽裂化炉，例如可以用于生产烯烃，其中，辐射盘管由具有并不催化积炭形成的内表面的材料来制造，该辐射盘管与高强度钢管和/或管部件连接。抗积炭管材料可以包括各种陶瓷和/或金属材料。示例金属材料可以包括但不局限于在它们的内表面上并不形成氧化铁、氧化镍或混合氧化物(包含氧化铁或氧化镍)的金属材料。预计这样的材料优选地可以在蒸汽裂化条件下在盘管的内表面上形成稳定的Al2O3或稳定的SiO2层。在其它实施例中，本技术包括使得连接抗积炭(例如Al2O3或SiO2形成)辐射盘管材料与奥氏体不锈钢进口或出口部分的连接件位于辐射燃烧室外壳的范围内部，但是当盘管处于工作温度时在暴露的辐射燃烧室的外部。在还一方面，本技术可以包括换热装置，该换热装置包括:a)本体，该本体形成内部空腔，所述本体包括:第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面确定了所述本体的至少一部分，其中，所述第一表面相对于内部空腔和相对于所述第二表面位于外部，且所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间；b)第一导管，用于将流体传送给所述本体；
c)第二导管，该第二导管与所述第一导管流体连通，其中，所述第二导管至少部分位于所述本体的所述内部空腔中；以及d)在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，所述接头根据在内部空腔中的温度而在第一位置和第二位置之间运动，其中，第一位置和第二位置中的至少一个在所述第一表面和所述第二表面的中间。本技术的其它方面可以包括换热装置，其中:第一导管包括奥氏体不锈钢；以及第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷材料；当第二导管处于至少700°C、至少900°C、至少1000°C或者至少1020°C的管金属温度时，接头位于第一壁和第二壁中间。在一些其它实施例中，第一表面可以是第一壁，而第二表面可以是第二壁。此外，第一壁和第二壁可以由类似的材料形成，或者各自可以由不同材料形成。在还一方面,本技术可以包括一种烃裂化单兀，它包括:a)炉，该炉有由炉外壳和燃烧室壁形成的内部空腔，其中，所述炉外壳相对于所述内部空腔在外部，所述燃烧室壁位于所述炉外壳和内部空腔之间山)第一导管，该第一导管包括奥氏体不锈钢；c)第二导管，该第二导管包括内表面，所述第二导管至少部分位于所述燃烧室内；以及d)在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，根据在内部空腔中的温度，所述接头在第一位置和第二位置之间运动，其中，所述第一位置和所述第二位置中的至少一个在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间。在一些实施例中，当第二导管处于至少700°C的管金属温度时，接头位于燃烧室壁和炉外壳的中间。
图1表示了根据本技术使用“U形”盘管的炉的简化示例实施例。图2表示了根据本技术使用单通盘管的炉的简化示例实施例。
具体实施例方式在换热装置中，可能希望将定位在装置的最热区域中的一个或更多个流体传导管与定位在装置的相对较低温度区域中的一个或更多个管连接。两种管都用于传送流体通过该装置，目的是加热或冷却所传送的流体。连接这些管的接头在接头强度和/或防止从接头意外泄露方面可能特别关键或值得采取专门的预防措施。这样的接头可以包括专用连接装置，例如专用连接配件，或者包括冗余连接机制，例如螺纹和焊接。在泄露可能特别危险(例如有起火危险或有毒性)的很多情况下，可能希望将接头定位在装置外壳的范围内，这样，任何可能的泄露都可以在高热区域(例如燃烧室)内被消耗、氧化或热解。由于热膨胀，要考虑环境条件和工作条件下接头的位置。根据本技术的实施例的装置和方法可以特别由于多种换热装置，包括但不局限于换热器、炉、热解反应器、催化反应器、锅炉、直燃式加热器、以及其它耐火用途。在很多这样的用途中，管中的流体通过换热装置被加热。装置和方法也可以用于冷却处理，例如但不局限于制冷装置或其它换热器(管内的流体通过该换热器被冷却)，它们在后面进一步介绍。在这些用途中，还可能希望将一个或更多个管形连接件限制在装置外壳内，同时还防止该装置直接暴露于冷或相对更凉的装置环境温度。本技术包括并可用于加热和冷却类型的管形换热用途。用于加热管内的流体的一种示例换热装置是烃蒸汽裂化炉。蒸汽裂化热解是在工业中生产乙烯和丙烯时使用的主要处理。蒸汽裂化通常在直燃式管形反应器中进行。挥发性的烃供料(例如乙烷、石脑油、轻油和粗馏分)在存在蒸汽的情况下被快速加热，以便生产乙烯、丙烯和其它产品物质。该处理中的一个处理变量是停留时间。当辐射盘管反应时间尽可能短时，较大部分的烃供料被转变成乙烯和丙烯。用于减少停留时间的一种方法是通过使用能够承受更高热通量的高强度钢，因此能够使用减小的盘管长度和表面面积。示例材料包括但不局限于锻造或铸造高合金奥氏体不锈钢。
另一普通方法是使用较短长度的炉盘管(管)设计。为了避免超过辐射管热通量和温度限制，当盘管长度减小时，并行地使用较大数目的较小直径盘管(较小直径盘管具有比较大直径管更大的表面面积-容积比)。在工业中的热解炉辐射盘管通常为50-70英尺(15.24-21.34m)的长度，且内径低至1.75-2.25英寸(4.45-5.72cm)，从而提供大约0.20秒的停留时间。这种盘管通常两次通过辐射燃烧室。这样的盘管通常(但不必须)布置成“U形”，它将在关于本技术的实施例的图1中进一步介绍。在商业用途中选择性最高的盘管使用大约35-45英尺(10.67-13.72m)长度的盘管，且内径在1.25-1.75英寸(3.18-4.45cm)的范围内。这样的设计获得低至0.10-0.15秒的停留时间。这样的盘管通常称为“单通”盘管，因为它们单次通过热解炉的辐射加热/反应部分，这将在对于本技术的实施例的图2中进一步介绍。用于减少停留时间的另一普通方法是使用在管的内部具有扩展的传热表面的盘管。通过增加每英尺管长度的有效传热表面积，相同的炉传热功效能够在较短的盘管中实现，同时仍然在辐射管材料的温度限制内。通过使得扩展的内部传热管与“单通”辐射盘管设计相结合，停留时间能够低至0.08-0.11秒。关于冶金的限制阻碍了炉停留时间的进一步减少。通常用于乙烯炉的辐射盘管和非燃烧绝热区域的奥氏体钢有高达1100-1150°C的合理高温强度，并可使用已经很好证明的技术来焊接。不过，奥氏体钢的缺点是管和配件的内表面催化积碳沉积(积炭)的产生。当生成这样的积炭层时，它绝热化处理气体，这导致管壁温度升高，以便提供足够热量用于进行反应。最终达到管壁温度极限，炉将停止使用以便进行除焦。因此，当给定材料能够在例如高达1100°C的温度下工作时，对于允许的温度升高，炉设计被限制为可能1020°C的“清洁盘管”管壁温度。这种限制约束了盘管中的停留时间可以设计为多短以及在给定几何尺寸的盘管中能够处理多少供料。术语“盘管”、“管形件”、“导管”和“管”可以在这里可互换地使用。尽管积炭形成还有其它成因，但是管表面催化积炭通常认为是积炭形成的主要原因，特别是当裂化较轻气体供料例如乙烷时。当表面温度升高时，表面催化积炭率增大。因此，奥氏体不锈钢辐射管材料的温度限制和积炭(该积炭至少部分由于在管表面处产生的催化反应而形成)有效组合而阻止设计人员将停留时间降低至低于大约0.10秒。这也设定了能够由炉获得的最大乙烯产量的限制。当积炭现象被消除或大大降低时，炉可以设计为用于较高的“运行开始”或“清洁壁”管金属温度，因此能够有更短的反应时间和因此更高的产品产量，还可以通过给定的辐射盘管设计而有更高的处理供料速率。这样的改进可以通过使用由内表面不会催化积炭的材料制造的辐射管来实现。此外，当使用的辐射管材料可以在与当前的奥氏体不锈钢相比更高的温度下工作时，盘管长度和停留时间甚至可以更加缩短，从而导致甚至进一步提高乙烯产量。还有，关于蒸汽裂化炉的设计和操作的另一特征是使用稀释蒸汽。供料与稀释蒸汽相组合，之后混合物进入炉的辐射或反应盘管。根据进行处理的进料，稀释蒸汽可以根据辐射供料速率而以0.2-1.0的重量比来使用。稀释蒸汽在蒸汽裂化中至少用于以下三个目的:1)降低在反应盘管中的烃分压，并合适地增加对轻烯烃的选择度；2)降低由于热裂化温度而积炭率，该热裂化温度是与由炉盘管的表面催化形成积炭不同的积炭机制；以及3)蒸汽在辐射盘管中产生小的氧分压，这又帮助奥氏体不锈钢(盘管由该奥氏体不锈钢制造)在管的内部保持氧化铬(Cr2O3)层，并因此减小表面催化积炭形成率。不幸的是，高稀释蒸汽比率随之带来增加的能量成本，并增加了设备尺寸和水处理设备。对稀释蒸汽比率能够以多低来成功操作的限制大致与增加积炭率和保持管内表面Cr2O3层的增加的难度的因素相关联。具有低催化积炭趋势的材料落入以下两种中的一种内:1)氧化铝前体；以及2)二氧化硅前体和陶瓷。这些材料具有低的表面催化积炭趋势，因为它们能够在盘管内表面上形成稳定的Al2O3或SiO2层。这些层对于催化积炭相对惰性，还提供了抗渗碳性。而且，与Cr2O3层相比，Al2O3层对于较低氧分压保持稳定，因此能够使用较低的稀释蒸汽比率。还由试验可知，陶瓷(石英)管将阻止表面催化积炭形成。特别是，氧化铝前体或二氧化硅前体可以用在奥氏体不锈钢管上，以便降低管中的表面催化积炭，或者降低管氧化(管氧化是高温的现象)。在冷/低温用途中，换热器中的不锈钢管可以使用普通不锈钢与不锈钢焊接。不过，陶瓷材料和一些氧化铝前体有非常低的延展性和较脆，因此于产生裂纹和泄露。而且，这些材料不能在没有开裂或破碎趋势的情况下承受极快的冷却。因此，使用这些材料只是在炉的辐射燃烧室内部可接受，在炉的辐射燃烧室内部，任何泄露都将包含在内衬有耐火材料的外壳板内并氧化。也就是，在炉的辐射部分的外壳板外部使用是不可接受的，因为可能泄露。例如，在辐射部分外部(辐射部分进口或出口)的泄露可能立即导致起火，因为烃材料在这些位置处高于它的自燃温度。因此，位于辐射燃烧室外部的辐射部分进口和辐射部分出口由延展性更好的材料来构成，由例如现有的高合金奥氏体不锈钢构成，以便减少泄露和起火的危险。将高强度或低积炭催化辐射盘管与奥氏体的进口和出口连接成为挑战。将氧化铝前体焊接在奥氏体不锈钢上(当可能时)经常导致与奥氏体材料的强度相比具有明显降低的高温应力破裂强度的焊接接头。这样的接头不能有足够强度来承受在热解炉的辐射部分内部经历的高温。因此，这些接头可能使用复杂的螺纹接头来用于机械强度，同时使用密封焊接来用于气密。术语“接头”与术语“连接件”同意地使用，均属于使得两个管形部件(例如导管或管)的流动通路彼此直接连接成公共流动通路，尽管这种接头可能实际上包括特殊连接装置、连接件的组合以及在两个连接的管形件处或附近彼此相关联的多个连接件。该接头可以包括连接装置、垫圈、接合部、配件、法兰、焊接材料、螺纹、连接器、夹、衬套、轴环、连接器附件、收缩管、绝热装置和/或参与从外部导管(例如进口导管或出口导管，将称为第一导管)向内部导管(例如炉管，将称为第二导管)连接和过渡的其它部件。外部导管可以包括与内部导管基本相同或不同的材料。接头也可以包括两个或更多分离的接头，例如当使得大致“U形”炉导管(例如在蒸汽裂化炉中的U形辐射管)与内部导管和外部导管连接时。在这种情况下，内部导管可以包括与外部导管相同或不同的材料，该外部导管也可以包括与炉导管不同的材料。由于明显的热膨胀系数差，使得陶瓷管形件或内衬陶瓷的管形件与奥氏体不锈钢连接是工程难题。这又可能导致使用复杂的机械接头或低强度铜焊技术，该铜焊技术并不很好地适用于辐射部分的高温。本技术的某些实施例可以包括用于生产乙烯的蒸汽裂化炉，其中:(a)辐射盘管由并不催化积炭形成的材料来制造，或者内表面并不催化积炭形成(这些材料可以是陶瓷或金属，但是它们并不在其内表面上形成氧化铁、氧化镍或混合氧化物(包含氧化铁或氧化镍))。预计这样的材料在蒸汽裂化条件下在盘管的内表面上形成稳定的Al2O3或稳定的SiO2层)；以及(b)在形成辐射盘管材料的Al2O3或SiO2与奥氏体不锈钢的进口和出口部分之间的接头位于辐射燃烧室外壳的范围内，但是在燃烧室的、暴露于辐射热的区域外部(当盘管的金属温度处于工作温度时)，所述操作温度可能包括高达900°C (1652° F)或者甚至12000C (2192° F)的温度，而废气温度更高。尽管采用上述原理的炉理论上可以有蛇形盘管，但是该概念特别适合使用单通辐射盘管或“U形”盘管的炉，这将在后面进一步介绍。使用上述原理的炉可以使用具有普通圆形内部型面的管，或者炉可以使用扩展的内部型面以便提高传热。而且，使用上述原理的炉可以使用“有翅片”或者非圆形内部或外部型面的管。在“U形”盘管的情况下，两个接头(不管接头包括相同还是不同的材料)都可以位于燃烧室内部，或者在燃烧室顶板(弓形)外壳末端(例如炉的主外壁或结构(在蒸汽裂化领域中通常称为炉外壳)可以在本文中定义为第一壁，用于参引目的)的内部，但是可以通过内部或第二壁(例如弓形绝热系统，它确定了第二壁的至少一部分)与来自燃烧室的直接辐射相屏蔽。通常，这样的绝热系统为12-14英寸(30.48-35.56cm)厚)。恰好在离开燃烧室之后，辐射盘管通常被支承/锚固在出口支腿上。这种支承可以例如通过直接位于辐射燃烧室紧下游的骤冷换热器来提供。因为盘管的出口支腿的膨胀超过进口支腿，因此随着盘管加热至工作温度，进口支腿上的不同材料接头向下运动。该接头位置可以设计成这样，即使随着这种向下运动，在盘管处于工作状态时仍然防止接头免受:直接福射。当为单通(向上流动)盘管时，在辐射盘管出口处的不同材料接头也可以位于弓形绝热件内，与“U形”盘管情况类似。不过，在辐射盘管进口处的不同材料接头位于大致炉底板区域中。在辐射部分出口附近被支承/锚固的单通盘管通常在30-40英尺(9.14-12.19m)长的范围内，并当从环境温度被加热至工作温度时膨胀8-10英寸(20.32-25.4cm)的范围。因此，当炉处于环境温度时，不同材料接头定位成高于底板绝热件(也通常12-14英寸(30.48-35.56cm)厚)顶部大约4_6英寸(10.16-15.24cm)。这样，当炉加热至工作温度时，不同材料接头向下生长，并且随着它进入底板绝热区域而免受直接辐射，因为。本领域有经验的设计人员能够在考虑了他/她的具体辐射盘管的工作温度的知识以及使用的具体辐射管材料的热膨胀系数的情况下选择用于接头的所需环境温度位置。实例下面的表格介绍了单通炉的性能影响:
权利要求
1.一种换热装置，包括: a)本体，该本体形成内部空腔，所述本体包括: 第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面限定所述本体的至少一部分，其中，所述第一表面相对于内部空腔并相对于所述第二表面位于外部，且所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间； b)第一导管，用于将流体传送给所述本体； c)第二导管，该第二导管与所述第一导管流体连通，其中，所述第二导管至少部分位于所述本体的所述内部空腔中；以及 d)在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，所述接头根据在内部空腔中的温度而在第一位置和第二位置之间运动，其中，第一位置和第二位置中的至少一个在所述第一表面和所述第二表面的中间。
2.根据权利要求1所述的换热装置，其中: 所述第一导管包括奥氏体不锈钢；以及 所述第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷材料； 当所述第二导管处于至少1100°C的管金属温度时，所述接头位于所述第一表面和所述第二表面中间。
3.根据权利要求1所述的换热装置，还包括:所述第一表面是第一壁，所述第二表面是第二壁，所述换热装置还包括在所述第一壁和所述第二壁的中间的耐火材料。
4.根据权利要求1所述的换热装置，其中:所述第二导管由这样的材料形成，该材料包括氧化铝前体、陶瓷和它们的组合中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的换热装置，其中:所述接头包括在所述第一导管和所述第二导管之间的焊接部。
6.根据权利要求1所述的换热装置，其中:当所述第二导管处于20°C的管金属温度时，所述接头在所述本体的所述内部空腔内。
7.根据权利要求1所述的换热装置，其中:所述第二导管包括在所述第二导管的内表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层包括少于5wt%的镍、铁或它们的混合物。
8.根据权利要求1所述的换热装置，其中:所述第二导管金属材料包括在所述第二导管的内表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层包括少于lwt%的镍，并且所述氧化物层包括少于2wt%的铁。
9.根据权利要求8所述的换热装置，其中:所述第二导管的所述内表面包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钇和氧化铯中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的换热装置，其中:当所述第二导管处于至少700°C的管金属温度时，所述接头在所述第一表面和所述第二表面的中间。
11.根据权利要求1所述的换热装置，其中:所述第一位置在所述第一表面和所述第二表面的中间，以及第二位置在所述本体的所述内部空腔内。
12.—种烃裂化单元，包括: a)炉，该炉有由炉外壳和燃烧室壁形成的内部空腔，其中，所述炉外壳相对于所述内部空腔在外部，所述燃烧室壁位于所述炉外壳和内部空腔之间； b)第一导管，该第一导管包括奥氏体不锈钢；C)第二导管，该第二导管包括内表面，所述第二导管至少部分位于所述内部空腔内；以及 d)在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，根据内部空腔中的温度，所述接头在第一位置和第二位置之间运动，其中，所述第一位置和所述第二位置中的至少一个在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间。
13.根据权利要求12所述的裂化单元，还包括:在所述内部空腔中的辐射热源，当所述接头在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间时，所述第二导管的所述管金属温度为至少1000。。。
14.根据权利要求12所述的裂化单元，其中:所述第二导管包括辐射管，用于裂化与蒸汽混合的烃进料。
15.根据权利要求12所述的裂化单元，还包括:对流部分，该对流部分与所述第一导管热连通。
16.根据权利要求12所述的裂化单元，还包括:在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间的耐火材料。
17.根据权利要求12所述的裂化单元，其中:所述第二导管有内径，该内径提供小于0.20秒的炉停留时间。
18.根据权利要求12所述的裂化单元，其中:所述第二导管由这样的材料形成，该材料包括氧化铝前体、陶瓷和它们的组合中的至少一种。
19.根据权利要求12所述的裂化单元，其中:所述接头包括在所述第一导管和所述第二导管之间的焊接部。
20.根据权利要求19所述的裂化单元，其中:当所述第二导管处于20°C的管金属温度时，所述接头在所述本体的所述内部空腔内。
21.根据权利要求19所述的裂化单元，其中:所述第二导管包括在所述第二导管的内表面上的氧化物层，其中，所述氧化物层包括少于5wt%的镍、铁或它们的混合物。
22.根据权利要求21所述的裂化单元，其中:所述第二导管的所述内表面包括氧化铝、氧化硅、氧化锆、氧化钇和氧化铯中的至少一种。
23.根据权利要求12所述的裂化单元，其中:当所述接头在所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间时，所述第二导管处于至少1100°c的管金属温度。
24.根据权利要求12所述的裂化单元，其中:所述第二导管包括单通盘管、U形盘管、蛇形盘管和多通盘管中的至少一种。
25.根据权利要求12所述的裂化单元，其中:所述第二导管包括非圆形内部型面。
26.根据权利要求12所述的裂化单元，其中:所述接头的所述位置被构造成根据热变化而在(i)所述炉外壳和所述燃烧室壁的中间的第一位置以及(ii)在所述炉的所述内部空腔内的第二位置之间运动。
27.一种用于制备换热单元的方法，包括: a)提供本体，该本 体包括在其中的内部空腔，所述本体还包括第一表面和第二表面，所述第二表面限定在所述本体中的所述内部空腔，所述第一表面相对于第二表面并相对于所述内部空腔位于外部，而所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间； b)提供第一导管，所述第一导管的至少一部分相对于所述第一表面处于外部；C)提供第二导管，将所述第二导管定位成与所述第一导管流体连通，且所述第二导管至少部分位于在所述本体的所述内部空腔中；以及 d)定位所述第一导管和所述第二导管之间的接头，且所述接头根据在内部空腔中的温度而在第一位置和第二位置之间运动，其中，所述第一位置和所述第二位置中的至少一个在(i)所述第一表面和所述第二表面的中间或(ii)在所述本体的所述内部空腔内，其中，所述位置至少部分取决于所述内部空腔中的温度。
28.根据权利要求27所述的方法，其中:所述换热单元是蒸汽裂化炉。
29.根据权利要求27所述的方法，其中:所述第一导管包括奥氏体不锈钢，所述第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷内部表面。
30.根据权利要求27所述的方法，其中:当所述第二导管处于至少700°C的管金属温度时，所述第一导管和所述第二导管之间的所述接头在所述第一表面和所述第二表面的中间。
31.一种用于在蒸汽裂化单元中裂化烃的方法，包括: a)提供蒸汽裂化炉本体，该蒸汽裂化炉本体包括在所述本体中的内部空腔，所述本体还包括第一表面和第二表面，所述第二表面限定在所述本体中的所述内部空腔，所述第一表面相对于所述第二表面并相对于所述内部空腔位于外部，而所述第二表面位于所述内部空腔和所述第一表面之间； b)提供第一导管，该第一导管包括奥氏体不锈钢，所述第一导管的至少一部分相对于所述第一表面处于外部； c)提供第二导管，该第二导管包括并不催化积炭形成的金属或陶瓷材料，将所述第二导管定位成与所述第一导管流体连通，且所述第二导管至少局部定位在所述本体的所述内部空腔中； d)将所述第一导管和所述第二导管之间的接头定位在第一位置或第二位置中的一个处，其中，所述第一位置和第二位置中的至少一个处于所述第一表面和所述第二表面的中间，所述第一位置和所述第二位置至少部分取决于在所述内部空腔中的温度； e)将所述第二导管加热至至少700°C的管金属温度；以及 f)沿通过所述第一导管、通过所述接头和通过所述第二导管的流体通路来供给烃进料。
32.根据权利要求31所述的方法，还包括:通过所述第二导管以足以提供小于0.2秒的裂化停留时间的流量来供给烃和蒸汽的混合物。
33.根据权利要求31所述的方法，还包括:在所述接头处使得所述第一导管与所述第二导管熔合。
全文摘要
在一个方面，本技术包括一种换热装置，它包括a)本体，该本体形成内部空腔，所述本体包括第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面确定了所述本体的至少一部分，其中，所述第一表面相对于内部空腔和相对于所述第二表面位于外部，且所述第二表面位于所述内部空腔外部，位于所述第一表面内部；b)第一导管，用于将流体传送给所述本体；c)第二导管，该第二导管与所述第一导管流体连通，其中，所述第二导管至少局部位于所述本体的所述内部空腔中；以及d)在所述第一导管和所述第二导管之间的接头，其中，所述接头根据在内部空腔中的温度而在第一位置和第二位置之间运动，其中，第一位置和第二位置中的至少一个在所述第一表面和所述第二表面的中间。
文档编号F28D7/06GK103189707SQ201180019604
公开日2013年7月3日 申请日期2011年3月23日 优先权日2010年4月19日
发明者D·B·斯派塞, J·P·琼斯 申请人:埃克森美孚化学专利公司