用于過程流體的傳熱單元的制作方法
【專利說明】用于過程流體的傳熱單元
[0001]相關(guān)申請的交叉援引
[0002]本申請要求2013年8月30日提交的美國申請N0.14/014,475的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容在此通過引用整體并入本文。
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)換過程。例如，催化重整烴進料流(例如，石腦油進料流)以產(chǎn)生芳族化合物(例如苯、甲苯和二甲苯)在美國專利申請公開號2012/0277501、2012/0277502、2012/0277503、2012/0277504和 2012/0277505 中有所描述。對石蠟流進行催化脫氫以產(chǎn)生烯烴在美國專利N0.8282887中有所描述。
[0005]催化重整和催化脫氫過程是吸熱的，因此必須加入熱量以維持反應溫度。美國專利申請公開號2012/0275974描述了使用夾層加熱器以維持重整過程的催化反應器中的反應溫度。用于加工流體的示例加熱器也可以在美國專利號8，176,974和7，954，544中找到。
[0006]來自催化重整單元的芳烴產(chǎn)量和來自催化脫氫單元產(chǎn)生的烯烴產(chǎn)量增加，而來自競爭裂化反應的不期望的產(chǎn)物的產(chǎn)量下降，同時降低了工作壓力。因此，使反應區(qū)工作壓力最小化是有利的。
[0007]對于熱敏感過程例如催化重整和催化脫氫來說，在產(chǎn)物流離開反應器之前過程流的熱停留時間(也稱為熱容量)對所需產(chǎn)物的催化選擇性也很關(guān)鍵。為了防止來自競爭熱裂化反應(芳烴或烯烴)的產(chǎn)量損失，熱停留時間的減少對反應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程中使用的用來加熱各反應器的上游進料的加熱器的設(shè)計可由兩個標準來指導:壓降和熱停留時間。雖然總的低操作壓力對所述過程的產(chǎn)率有益，但在反應器回路中充分利用現(xiàn)有的壓降是更有益的。使用反應器回路更上游的現(xiàn)有壓降的損害最小。使用反應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間(因此熱裂化)，而過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設(shè)計考慮。具體地，加熱彎管必須能夠承受高的過程溫度和冶金變化以及機械應力。
[0010]因此，所需要的是用于過程流體的改進的傳熱單元，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]前述的需求通過用于過程流體的傳熱單元來滿足。所述傳熱單元包括:入口歧管；與入口歧管間隔開的出口歧管；以及使入口歧管聯(lián)接到出口歧管的多個導管，其中，所述導管中的至少一個以斜角聯(lián)接到出口歧管。
[0012]在傳熱單元的一個示例中，導管中的至少一個包括L型彎管。
[0013]在傳熱單元的另一示例中，導管中的至少一個包括D型彎管。
[0014]在傳熱單元的另一示例中，導管中的至少一個包括具有多個大致C形部段的彎管。
[0015]在傳熱單元的另一示例中，導管中的至少一個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，導管中的至少一個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，每一個導管都以斜角聯(lián)接到出口歧管。
[0018]在傳熱單元的另一示例中，每一個導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孔限定了長圓形輪廓。
[0020]在L型彎管傳熱單元的一個示例中，多個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示例中，在出口部段與出口歧管之間形成的流動孔限定了長圓形輪廓。
[0027]在D型彎管傳熱單元的一個示例中，多個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入和離開的摩擦損失。
[0031]本發(fā)明提供一種具有降低壓降的L型彎管設(shè)計的傳熱單元。在傳熱單元的一個非限制性示例中，通過L型彎管設(shè)計使用到加熱器出口歧管的傾斜的進口。傾斜的進口導致一橢圓形的開口通向歧管。這降低了入口速度并且該速度與過程流體流處于相同方向，導致壓降進一步降低。進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的水平臂。這進而為加熱彎管提供垂直壓縮和拉伸的更多靈活性。L型彎管的更長的水平臂可以在垂直運動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)計的益處和改進靈活性。D型彎管通過具有分別進入和離開入口及出口歧管的傾斜進口 /出口來實現(xiàn)壓降的進一步降低。此外，D型彎管提供了加熱彎管中的垂直運動的更好的靈活性。
[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)處更大的開口(因此更低的摩擦損失)和更少的湍流(通過相同的流動方向)以及對垂直運動的更多靈活性而提供了壓降的降低。通過傾斜(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，因為在出口處具有更高的設(shè)計速度。壓力降低的益處在低壓降加熱器設(shè)計中更為突出。該設(shè)計也可用于較高壓降的加熱器設(shè)計。然而，降低加熱器壓降帶來的產(chǎn)率益處可能較小。
[0034]因此，本發(fā)明的優(yōu)點是為過程流體提供低壓降的傳熱單元。
[0035]本發(fā)明的另一優(yōu)點是在壓降影響產(chǎn)物產(chǎn)率的工藝中為過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)點將在考慮了下面的詳細說明、附圖和所附的權(quán)利要求后更好地理解。
【附圖說明】
[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)明的一個實施例的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)明的一個實施例的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)明的一個實施例的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)明的一個實施例的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