ES2277643T3 - Metodos de redistribucion de flujos termicos en tubos de tratamiento dentro de calentadores de tratamiento, y calentadores de tratamiento que los integran. - Google Patents
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Abstract
Un método para proporcionar una distribución de flujo térmico más igual alrededor de una zona superficial circunferencial exterior de un tubo de tratamiento (14) dentro de un recipiente de tratamiento expuesto al fuego (10), incluyendo dicho recipiente (10) una fuente de combustión (16a) y una pared refractaria (12), siendo ubicado dicho tubo (14) entre dicha fuente de combustión (16a) y la pared refractaria (12), cuyo método comprende, proporcionar, sobre al menos un segmento circunferencial de la zona superficial circunferencial exterior del tubo del tratamiento (14), un recubrimiento (22) de un material que tenga una emisividad térmica elegida y/o una conductividad térmica que sea diferente de la emisividad térmica y/o conductividad térmica de otro segmento circunferencial de la zona superficial circunferencial exterior del tubo de tratamiento (14) para de ese modo transmitir una distribución de flujo térmico más igual alrededor de toda la zona superficial circunferencial exterior del tubo de tratamiento (14) comparada con la distribución de flujo térmico a su alrededor en ausencia del recubrimiento (22), caracterizado en que, la zona superficial del tubo de tratamiento (14) a la cual se aplica el recubrimiento (22) va adyacente a la pared refractaria (12).
Description
Métodos de redistribución de flujos térmicos en
tubos de tratamiento dentro de calentadores de tratamiento, y
calentadores de tratamiento que los integran.
La presente invención se refiere en general a
métodos en los cuales los flujos térmicos en tubos de tratamiento
dentro de calentadores de tratamiento pueden manipularse de manera
que sean más iguales circunferencialmente. Los métodos de la
invención son muy apropiados para su uso en calentadores expuestos
al fuego sensibles al coque empleados en la industria de refinado
de petróleo, tales como unidades de coquización, unidades de vacío,
calentadores de crudos, y similares.
La mayoría de los calentadores u hornos
sensibles al coque, tales como coquizadores, calentadores de vacío
y de crudos, se denominan unidades expuestas al fuego individuales
las cuales emplean una fuente de combustión generalmente en el
centro de una serie de tubos de tratamiento. De ese modo los tubos
de tratamiento normalmente van posicionados muy cerca de la pared
refractaria del calentador lo cual da como resultado una
distribución de flujo térmico circunferencial irregular. Es decir,
segmentos circunferenciales del tubo adyacente al elemento de
combustión del calentador normalmente están más calientes que los
segmentos circunferenciales del tubo adyacentes a la pared
refractaria del recipiente de tratamiento.
El flujo térmico en la parte expuesta al fuego
más caliente del tubo, da como resultado una temperatura más alta
del metal del tubo comparada con la parte de la pared refractaria
del tubo. Una velocidad de deposición de coquización más alta en el
interior del tubo en la parte del mismo expuesta al fuego más
caliente, es el resultado final de dicha deposición de flujo
térmico circunferencial irregular. Además, dicha coquización
circunferencial interna desigual conduce a una prematura caída de
presión elevada desventajosa a través del tubo y/o a una
temperatura elevada desventajosa en el exterior del tubo (es decir,
la coquización en la superficie interna del tubo actúa como un
aislante). Por consiguiente, resultan periodos de marcha
operacionales reducidos de los calentadores expuestos al fuego. Por
ejemplo, una unidad de coquización típica requiere una
descarbonización cada seis a nueve meses, con algunas unidades de
coquización que requieren una descarbonización cada tres meses.
La DE 3338804A divulga un "cuerpo de pantalla
contra la radiación" para un tubo calorífico. El tubo calorífico
va protegido contra tensiones térmicas empleando el "cuerpo de
pantalla contra la radiación" en la zona de mayor absorción de
radiación, es decir, donde el tubo calorífico está más próximo a la
llama.
Además, hay flujos térmicos desiguales los
cuales existen dentro del propio calentador de tratamiento lo cual
puede traducirse en una coquización relativamente irregular de una
sección del tubo a otra. Así, algunos tubos o secciones de tubos
pueden estar más próximos a la fuente de combustión comparados con
otros tubos o secciones de tubos dentro del calentador de
tratamiento. Aquellos tubos más alejados de la fuente de combustión
(p. ej., aquellos tubos próximos a la parte superior del calentador
cuando la fuente de combustión se hallan en la parte inferior del
calentador) puede tener segmentos circunferenciales del tubo que
presenten un menor flujo térmico comparados con segmentos
circunferenciales similares de tubos más próximos a la fuente de
combustión incluso aunque los segmentos circunferenciales estén
orientados de manera que se enfrenten al calor generado por la
fuente de combustión.
Por consiguiente, sería muy deseable si a los
tubos de tratamiento o segmentos de tubos dentro de los recipientes
expuestos al fuego se les pudiera dotar de una distribución de
flujo térmico circunferencial más uniforme. También sería deseable
que el flujo térmico dentro del calentador de tratamiento pudiera
ser distribuido más igualmente en virtud de la provisión de tubos
y/o secciones de tubos diferentes con una distribución de flujo
térmico circunferencial diferente predeterminada, pero localmente
esencialmente uniforme. Por lo tanto la presente invención va
dirigida a satisfacer dichas necesidades.
La presente invención va dirigida hacia un
método para proporcionar una distribución de flujo térmico más
igual alrededor de una superficie circunferencial de un tubo de
tratamiento dentro de un recipiente de tratamiento expuesto al
fuego, de acuerdo con la reivindicación 1. En al menos un segmento
circunferencial de al menos una sección superficial circunferencial
exterior del tubo de tratamiento, se ha provisto un recubrimiento
de un material que tiene una emisividad y/o conductividad térmica
elegida la cual es diferente de la emisividad térmica y/o
conductividad térmica de otro segmento circunferencial de la misma
sección superficial circunferencial exterior del tubo de
tratamiento, caracterizado en que, la zona superficial del tubo de
tratamiento al cual se aplica el recubrimiento se halla adyacente a
la pared refractaria, de tal manera que se establezca una
conductancia térmica más igual alrededor de toda la sección
superficial circunferencial exterior comparada con la conductancia
térmica a su alrededor en ausencia del recubrimiento, traduciéndose
de ese modo en una distribución de flujo térmico más igual
circunferencialmente sobre la sección del tubo.
Estos y otro aspectos y ventajas se harán más
evidentes tras otorgarle una consideración cuidadosa a la siguiente
descripción detallada de las realizaciones ejemplares preferentes de
los mismos.
En lo sucesivo se hará referencia a los dibujos
que se acompañan, en donde números de referencia iguales a través
de las diversas Figuras indican elementos estructurales iguales, y
en donde;
La Figura 1 es una vista esquemática en sección
transversal de una unidad de coquización expuesta al fuego
individual que incluye tubos de tratamiento de acuerdo con la
presente invención; y
La Figura 2A es una vista esquemática en sección
transversal aumentada de una técnica la cual puede emplearse
juntamente con la presente invención.
Las Figuras 2B-2D son vistas
esquemáticas en sección transversal aumentadas de una técnica
preferida actualmente para trasmitir una distribución de flujo
térmico circunferencial más uniforme a tubos de tratamiento de
acuerdo con la presente invención.
La Figura 1 que se acompaña representa
esquemáticamente un calentador de tratamiento expuesto al fuego 10,
tal como una unidad de coquización expuesta al fuego individual. En
este sentido, el calentador 10 incluye paredes refractaria 12 a los
efectos de reducir al mínimo las pérdidas de calor del recipiente, y
cierto número de tubos de tratamiento (algunos de los cuales son
identificados por la referencia numérica 14) dispuestos adyacentes
a las paredes 12. Una unidad calefactora 16 va dispuesta de manera
que proporcione una fuente de calor tal como se muestra
esquemáticamente mediante la llama 16a. Así, como puede verse a
partir de la Figura 1, aquellas porciones de los tubos 14 que son
expuestas directamente a la llama 16a están más calientes comparadas
con aquellas porciones de los tubos 14 que van inmediatamente
adyacentes a la pared refractaria 12 conduciendo de ese modo a los
problemas tratados brevemente más arriba.
Las Figuras 2B-2D que se
acompañan representan esquemáticamente técnicas preferidas de
acuerdo con la presente invención de manera que transmitan una
distribución de flujo térmico circunferencial más uniforme a los
tubos 14. En la Figura 2A, se muestra un tubo de tratamiento
representativo 14 con un depósito de óxido circunferencial 20 en su
superficie exterior. Por supuesto el propio óxido 20 puede
proporcionar un flujo térmico reducido. Así, una zona
circunferencial (indicada mediante la representación en línea de
trazos y la referencia numérica 20a) del depósito de óxido 20a
puede ser eliminado del tubo 14 adyacente a la pared refractaria 12.
La eliminación del depósito de óxido 20a puede ser llevada a cabo
por medio de cualquier técnica apropiada. Por ejemplo, puede
emplearse la técnica del chorro de arena descrita en la Solicitud de
Patente U.S. Nr. 10/219943 co-pendiente poseída en
común, de manera que elimine selectivamente la zona circunferencial
del depósito de óxido 20a y de ese modo ponga al descubierto el
metal de la capa subyacente 14.
Con la zona circunferencial de depósito de óxido
20a eliminada, puede aplicarse un recubrimiento 22 tal como se
muestra en la Figura 2B. En este sentido, el recubrimiento 22 es un
material el cual es elegido por su emisividad y/o propiedades de
conductividad térmica de manera que alcance una conductancia térmica
deseada (p.ej., en términos de transferencia calorífica por unidad
de superficie a través de la pared del tubo) alrededor de toda la
zona de superficie circunferencial del tubo 14.
Tal como se ha usado aquí, la emisividad (E) de
un material se ha querido decir que se refiere a un número sin
unidad de medida medido sobre una escala entre cero (reflexión de
energía total) y 1.0 (un perfecto "cuerpo negro" capaz de
absorción re-radiación de energía total). Según la
presente invención, una emisividad (E) relativamente alta quiere
decirse que se refiere a materiales de recubrimiento que tienen una
emisividad de más de alrededor 0,80, y normalmente entre alrededor
de 0,90 hasta alrededor de 0,98. Por lo tanto, una emisividad
relativamente baja quiere decirse que se refiere a materiales de
recubrimiento que tienen una emisividad de menos de alrededor de
0,80, normalmente menos de alrededor de 0,75 (p. ej., entre
alrededor de 0,15 hasta alrededor de 0,75). Del mismo modo pueden
emplearse emisividades bajas de entre alrededor de 0,45 hasta
alrededor de 0,75. Así, la gama de emisividades de materiales de
recubrimiento que pueden emplearse en la práctica de la presente
invención puede ser desde alrededor de 0,15 hasta alrededor de 0,98
y dependerá de los requisitos específicos requeridos para un
recipiente de tratamiento específico.
Como puede apreciarse, el depósito de óxido 20
presentará una conductividad térmica relativamente baja, pero una
emisividad relativamente alta. El recubrimiento 22 como tal se elige
de manera que proporcione esencialmente un flujo térmico más
uniforme alrededor de toda la circunferencia del tubo 14. De ese
modo, las diferencias en la emisividad y/o conductividad térmica
(conductancia térmica) se hacen más uniformes por termino medio
cuando se tiene en consideración el hecho de que una zona puede
estar más caliente en uso comparada con otra zona (p. ej., en uso
se somete a condiciones térmicas diferenciales). Es la práctica, es
preferible que las diferencias de emisividad de una zona
circunferencial del tubo sea al menos de alrededor del 5% y
típicamente al menos de alrededor 10% o más (p. ej., una diferencia
de emisividad de entre alrededor de un 15% hasta alrededor de un
50%).
Se apreciará que, dentro del fin deseado de
transmitir un flujo térmico más uniforme alrededor de toda la
circunferencia del tubo 14 y/o de proporcionar un flujo térmico más
uniforme dentro del propio entorno del calentador de tratamiento,
puede emplearse una diversidad de técnicas. Por ejemplo, tal como
se muestra en la Figura 2C, sobre la pared refractaria 12
adyacente al recubrimiento 22 puede aplicarse adicionalmente un
recubrimiento 24 de una E-relativamente alta o una
E-relativamente baja. Adicionalmente, el óxido 20
puede eliminarse y sobre la parte caliente del tubo 14 tal como se
muestra en la Figura 2D puede aplicarse un recubrimiento 26 que
posea propiedades deseadas de emisividad y/o de conductividad.
Se apreciará que dentro del entorno del
calentador de tratamiento 10 puede ser necesario proporcionar uno
o más tubos y/o secciones de tubo longitudinales que presenten un
flujo térmico diferente comparado con uno o más de otros tubos y/o
secciones de tubo dentro del calentador 10. No obstante,
individualmente, dichos tubos y/o secciones de tubo presentará cada
uno más preferentemente un flujo térmico esencialmente uniforme
circunferencialmente de acuerdo con la presente invención tal como
se ha descrito con anterioridad. No obstante, proporcionando flujos
térmicos diferentes preseleccionados de tubos y/o de secciones de
tubo los cuales sin embargo individualmente sean esencialmente
uniformes permitirán que el flujo térmico dentro del entorno del
calentador 10 sea redistribuido más uniformemente.
Los espesores del recubrimiento de los tubos no
son críticos pero variarán en función del flujo térmico resultante
deseado y/o del material particular que forma el recubrimiento. Así,
espesores de recubrimiento de desde alrededor de 1 hasta alrededor
de 60 mils. pueden resultar apropiados para la aplicación de un tubo
dado, con densidades de recubrimiento que típicamente sean mayores
de alrededor de 75%, más específicamente 90% o superiores.
Si bien la invención ha sido descrita en
conexión con lo que en este momento se considera que es la
realización más práctica y preferente, se sobrentenderá que la
invención no debe ser limitada a la realización divulgada, sino por
el contrario, está destinada a abarcar diversas modificaciones y
disposiciones equivalentes incluidas dentro del alcance de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (7)
1. Un método para proporcionar una distribución
de flujo térmico más igual alrededor de una zona superficial
circunferencial exterior de un tubo de tratamiento (14) dentro de
un recipiente de tratamiento expuesto al fuego (10), incluyendo
dicho recipiente (10) una fuente de combustión (16a) y una pared
refractaria (12), siendo ubicado dicho tubo (14) entre dicha fuente
de combustión (16a) y la pared refractaria (12), cuyo método
comprende, proporcionar, sobre al menos un segmento circunferencial
de la zona superficial circunferencial exterior del tubo del
tratamiento (14), un recubrimiento (22) de un material que tenga una
emisividad térmica elegida y/o una conductividad térmica que sea
diferente de la emisividad térmica y/o conductividad térmica de
otro segmento circunferencial de la zona superficial circunferencial
exterior del tubo de tratamiento (14) para de ese modo transmitir
una distribución de flujo térmico más igual alrededor de toda la
zona superficial circunferencial exterior del tubo de tratamiento
(14) comparada con la distribución de flujo térmico a su alrededor
en ausencia del recubrimiento (22), caracterizado en que, la
zona superficial del tubo de tratamiento (14) a la cual se aplica
el recubrimiento (22) va adyacente a la pared refractaria (12).
2. El método de la reivindicación 1, en el que
la diferencia de emisividad es al menos de un 5% entre dicho al
menos un segmento circunferencial y dicho otro segmento
circunferencial.
3. El método de la reivindicación 2, en el que,
la diferencia de emisividad es al menos alrededor de un 10%.
4. El método de cualquier reivindicación
precedente, en el que, dicho al menos un segmento circunferencial
tiene un recubrimiento (22) el cual presenta una emisividad alta de
al menos alrededor de 0,80.
5. El método de la reivindicación 1, en el que,
dicho al menos un segmento va recubierto con un material que tiene
una emisividad relativamente alta de alrededor de 0,80 o superior, y
en el que, dicho otro segmento circunferencial va recubierto con un
material que tiene una emisividad relativamente baja de menos de
alrededor de 0,80, siempre que dichas emisividades relativamente
alta y baja difieran en alrededor de un 5%.
6. El método de la reivindicación 5, en el que,
dichas emisividades relativamente alta y baja difieren en alrededor
de un 10%.
7. Un recipiente de tratamiento expuesto al
fuego (10) que incluye una fuente de combustión (16a), una pared
refractaria (12) y un tubo de tratamiento (14), estando ubicado
dicho tubo de tratamiento (14) entre dicha fuente de combustión
(16a) y la pared refractaria (12), yendo provisto el tubo de proceso
(14) sobre al menos un segmento circunferencial de su zona
superficial circunferencial exterior con un recubrimiento (22) de un
material que tiene una emisividad térmica y/o conductividad
térmica elegida la cual es diferente de la emisividad térmica y/o
conductividad térmica de otro segmento circunferencial de la zona
superficial circunferencial exterior del tubo de tratamiento (14)
para de ese modo transmitir una distribución de flujo térmico más
igual alrededor de toda la zona superficial circunferencial
exterior del tubo de tratamiento (14) comparada con la distribución
de flujo térmico a su alrededor en ausencia del recubrimiento (22),
caracterizado en que, la zona superficial del tubo de
tratamiento (14) a la cual se aplica el recubrimiento (22) se va
adyacente a la pared refractaria (12).
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