JPH0210693B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プロセス流体加熱用燃焼ヒーター
（fired heater）、例えばプロセスヒーターおよび
有触媒および無触媒の両方の加熱管状反応器に関
する。特に、本発明は、その中を導管手段を通つ
て流れるプロセス流体が、好ましくはバーナーで
与えられる放射エネルギーによつて間接的に加熱
される少なくとも１つの放射部を含む型の燃焼ヒ
ーターに関する。

本発明で用いる方法および装置は、エタンまた
はプロパンまたはナフサまたは軽油のような常態
で液体または常態で気体の芳香族および（また
は）脂肪族炭化水素供給原料を熱分解して、アセ
チレン、エチレン、プロピレン、ブタジエンなど
のような飽和度の低い生成物を製造するために特
に好適でありかつ有利である。従つて、炭化水素
熱分解、特にエチレン製造のためのスチームクラ
ツキングに関して本発明を記載しかつ説明する。

炭化水素のスチームクラツキングは、典型的に
は、気化した形または実質的に気化した形の供給
原料を、実質的な量のスチームと混合して、クラ
ツキング炉の適当なコイルへ供給することによつ
て行われる。通常、クラツキング炉の対流部中を
通る多数の平行なコイルまたは管中を反応混合物
を通し、該対流部中で熱燃焼ガスが反応混合物の
温度を上げる。おのおののコイルまたは管は、次
に、クラツキング炉の放射部中を通り、該放射部
中で多数のバーナーが反応体を所望の反応温度に
もたらしかつ所望の反応を起こすに必要な熱を供
給する。

すべてのスチームクラツキングプロセスに於け
る主要な関心事はコークスの生成である。炭化水
素供給原料がスチームクラツキング炉内に広く行
きわたつている加熱条件にかけられるとき、クラ
ツキングコイルを形成している管状部材の内壁に
コークス析出物が生成する傾向がある。かかるコ
クス析出物は管壁から反応体流中への熱流を妨害
するだけでなく、管の閉塞により反応混合物流を
も妨害する。

一時は、反応管の内壁に沿つて滑る炭化水素薄
膜がコークス生成の主原因と考えられていた。こ
の理論によると、管壁と炭化水素プロセス流体の
バルク内の反応温度との間の温度降下の大部分は
この薄膜を横切つて起こることになる。従つて、
管壁温度の上昇を意味する熱流束の増加は、該薄
膜がコークスを生成するのに充分な高温まで薄膜
温度を対応して上昇させることを必要とした。か
くして、反応混合物中へのより少ない熱流束およ
び反応のためのより長い滞留時間を意味するより
低い管壁温度の使用によつてコークスは防がれる
と考えられた。

高い炉容量（furnace capacity）を達成するた
めに、反応管は比較的大きく、例えば内径76.2〜
127mm（３〜5in）であつた。しかし、これら大管
内の流体塊を所要温度に加熱するには、比較的長
い、例えば45.75〜122ｍ（150〜400ft）の燃焼反
応管が所要であり、従つて、炉は、合理的な大き
さの境界内に適合するためコイル管または蛇管を
必要とした。コークス生成ならびに圧力降下の問
題は、これらコイル管の巻き数増加によつて増加
した。また、かかる管の保守および建造費も、例
えば直管に比べて比較的高かつた。

ケミカルウイーク（CHEMICAL WEEK）の
1965年11月13日号に出た論文“エチレン
（ETHYLENE）”には、スチームクラツキング
炉設計に革命を起こした幾つかの基礎的発見が記
載されている。これらの発見の結果、新しい設計
パラメーターが発生し、これらのパラメーターは
今日でも依然として用いられている。

この論文中に記載されているように、研究者達
は、薄膜ではなく、反応気体中の二次反応が管壁
のコークスの原因であることを発見した。しかし
より多くの熱と共により短い滞留時間は一次オレ
フイン生成反応には好ましいが、これら二次コー
クス生成反応には好ましくない。従つて、高い熱
流束温度および高い管壁温度が答として出た。

しかし、この論文は、炭化水素のクラツキング
によつて消費される熱量がかなり定（約
5100BTU／lbエチレン）であるので、滞留時間
の短縮は単なる（管を通るプロセスガス流の）増
速の問題ではないことを示している。従つて、滞
留時間を短縮すると熱をより迅速に炭化水素中に
注入しなければならないことを示唆している。こ
の熱入力を拡大するために提案された２つの実行
可能な方法は、管の機械的設計を変更して内部容
積当たりの外表面を大きくすることおよび管壁を
通る熱流束の速度を増加させることである。管の
外表面対内部容積の比は、管の直径を小さくする
ことによつて増加されると記載されている。管壁
を通る熱流速の速度の増加は、管をより高い温度
に加熱することによつて達成される。

かくして、エチレンへの選択率を改良する最適
の方法は、伝熱表面積を保持しながらコイル容積
を減少することによることがわかつた。このこと
は、大直径の蛇管コイルの代わりに、該大直径よ
り表面対容積比の大きい多数の小直径管を用いる
ことによつて達成された。上記のコークス化およ
び圧力降下の問題は、プロセス流体が放射箱中
を、アーチからフロアへあるいはフロアからアー
チへ、貫流（once−through）方式で流れるよう
に、平行な貫流（ワンパス）管を用いることによ
つて有効に克服された。管は、典型的には、約
50.8mm（2in）まで、一般に約25.4〜50.8mm（１〜
2in）の内径を有する。管長は約4.575〜15.25ｍ
（15〜50ft）であることができ、約6.1〜12.2ｍ
（20〜40ft）がより好ましい。

従つて、ウオース（Wallace）の米国特許第
3671198号に記載されているような、短い滞留時
間（約0.05〜0.15秒）と高い出口温度〔約787.7〜
926.7℃（1450〜1700〓）に加熱された〕とを有
する、水直径〔約50.8mm（2in）以下の内径〕の
貫流反応管を用いることが最も望ましい。しか
し、この参考文献は当時の技術状態の炉技術に関
する主要な利益の幾つかを代表するが、かかる炉
技術に関する重大な不利益の幾つかをも代表して
いる。

炉の作動中、バーナーによつて放射部で発生さ
れる莫大な量の熱によつて管は膨張する。すなわ
ち熱膨張（thermal growth）する。各管へのプ
ロセス流体流の変化と不均一なコークス化速度と
バーナーから各管への不均一な熱分布とのため、
管の膨張速度は異なる。しかし、コイルは、今
や、共通の入口マニホルドから供給される多数の
平行な小直径管からなりかつ放射部からの反応流
出物は共通の出口マニホルド中に集められるかあ
るいはトランスフアーライン交換器（transfer
line exehanger）へ直接送られるので、管は束縛
される。すなわち、個々の管の間の差動熱膨張
（differential thermal growth）を吸収する設備
はない。個々の管の差動熱膨張によつて生じる熱
応力が過度になり、溶接部を容易に破壊しかつ
（または）コイルをひどくゆがませる可能性があ
る。

ウオーリス（Wallace）の特許に記載されてい
るように、この差動熱膨張は、典型的には、滑車
上に張つた支持ケーブルからなりかつ鈎合重りで
保持された可撓性支持物を各管に設けることによ
つて吸収される。各可撓性支持物は、その対応す
る反応管が受けた熱膨張の全量、典型的には約
152.4〜228.6mm（６〜9in）ぐらいを吸収せねばな
らず、また管をその鉛直位置に支持するためにも
用いられる。この可撓性支持物は、ウオーリスの
特許の第２図に示されているように、反応管の差
動熱膨張を吸収するために、入口マニホルドと反
応管との間に可撓性管相互連結部をも使用する。
この可撓性管相互連結部は、典型的には、放射部
へ外部的に配置された“ピグテール（pigtail）”
として知られている、小直径〔約25.2mm（1in）〕
の長い〔約3.05ｍ（10ft）までの〕可撓性ループ
の形をとる。ピグテールは圧力降下が大きい。従
つて、炉を作動する目的の１つが圧力降下の減少
であるのでピグテールを反応管の出口に使用する
ことはできない。

これらのピグテールは、反応管の入口に使用し
た場合、臨界的なバーナー配置を著しく妨害する
可能性がある。滞留時間および圧力降下の減少を
制限する主な束縛の１つは許容管金属温度であ
る。管金属温度を現代冶金学の許容範囲内に保つ
ためには、バーナーの熱放出が最高の所で最低の
プロセス流体温度になるように反応流体流を配備
することが望ましい。このためにはバーナーをコ
イルの入口に配置しなければならない。すなわ
ち、フロアからアーチ（天井）へのプロセス流体
流ではバーナーをフロアに配置し、アーチからフ
ロアへのプロセス流体流ではアーチに配置する。
かくして、コイルの入口にピグテールを配置する
ことは、ピグテールが保守のためまたはプロセス
変化のために炉に近づくことを妨害するので、望
ましくない。例えば、日常の保守のためまたは取
換えのため定期的にバーナーを引き出さねばなら
ない。また、例えば、バーナーへの空気予熱を与
えるようにバーナーを調節することが望ましいこ
ともあり得る。途中にピグテールがあると、これ
らの仕事が著しく困難でかつ厄介になる。

ピグテールは放射管を構造上支持することがで
きない可撓性材料でできているので、別個の管支
持物が必要となり、炉の全体的費用が増す。ま
た、少量のコークス化が起こる温度で長い小直径
管を用いることも、コークス化問題が起こる機会
を増すことになる。かかる問題が起こると、ピグ
テールは清掃が非常に困難なので、炉装置からコ
ークスを除去するためにピグテールを切断しなけ
ればならない可能性が極めて大きい。さらに、ピ
グテールはスチームクラツキングプロセスで発生
する極度の熱で亀裂が極めて生じやすい材料でで
きており、しばしば取換えねばならない可能性が
ある。

本発明によれば、プロセス流体加熱用の燃焼ヒ
ーターはその中を通つて伸びている少なくとも１
コイル（列）のワンパス（single−pass）放射管
を有する少なくとも１つの放射部を含み、放射管
の少なくとも１つは放射部間の差動熱膨張を吸収
する“食違い（offset）”を構成するために曲げ
られている。この食違いを有する各管は、プロセ
ス流体入口マニホルドをもつ管の可撓性連結のた
めに通常所要なピグテールの除去を可能にする。
また、対流部管を放射管へ連結するクロスオーバ
ー管の撓みによる全体的なコイル膨張の吸収を与
えることによつて、各放射管の熱膨張の吸収およ
び各放射管の支持の両方のために通常所要な滑
車／鈎合重り装置を除去することができ、あるい
は放射管の支持という専用機能を例えばより簡単
でより安価な滑車／可変荷重ばね装置で代用でき
る点で、極めて単純化することができる。本発明
の燃焼ヒーターは、ウオーリスの特許に記載され
ているような単一放射部あるいは（例えば）米国
特許第3182638号および第3450506号記載のような
複数の放射部のいずれかを利用することができ
た。

上記のピグテールの代わりにかかる食違い管
（offset tube）を用いることによつて、管内でコ
ークス化が起こるための全体的な機会が減少され
る。また、たとえコークス化が起こつたとして
も、ピグテールのコークス化部の切り取り
（cutting out）とは反対に、普通にはコークスを
管から吹き出すことができる。さらに、本発明の
食違い管の使用は、炉バーナーのまわりの密集
（congestion）を少なくするという顕著な利益を
与える。かくして、バーナーの保守およびプロセ
ス変化はより容易に行われる。

本発明の他の好ましい態様によれば、コイルの
全熱膨張は“フローテイング（floating）”入口
マニホルドの設置によつて調節される。すなわ
ち、コイルの入口マニホルドは、該コイルの全熱
膨張に応答して動き、かつ、従つて該全熱膨張の
少なくとも大部分を吸収することができるような
方法で支持される。入口マニホルドは、コイル中
の各放射管に堅固に連結されていると共に、好ま
しくは、少なくとも１つのクロスオーバー管、す
なわち炉の対流部からその放射部へプロセス流体
を送る管にも堅固に連結されている。かくして、
入口マニホルドは、放射管とクロスオーバー管の
両方によつて適当に支持されているので、一般
に、その対応するコイルの全熱膨張に応答して、
クロスオーバー管の撓みによつて自由に動く。

圧力降下およびコークス化を最小にすることな
らびにコイル内の管の間隔を最小にすることのよ
うな、最適な作動および設計を考えるために、放
射管の上記食違い構造は、好ましくはほぼまつす
ぐで、相互連結管部によつて互いに他から横方向
および縦方向に食違つた第１放射管部と第２放射
管部の形をとらねばならない。結果として、相互
連結管部と第１管部および第２管部のおのおのと
の間の相互連結点に於て、相互連結角度が定義さ
れる。各放射管が差動熱膨張を吸収できるように
するのはこれらの相互連結角であり、第１管部お
よび第２管部が膨張するとき、これらの角が変化
する。任意の与えられた管には好ましくはただ２
つだけの曲りがあり、かくしてただ２つだけの角
がある。

構造上および作動上の考慮に基づいて、各管の
相互連結角は少なくとも約10゜でなければならな
い。これより小さい角では、管はその曲がる能力
の多くを失うだろう。勿論、与えられた列内のす
べての放射管が本発明に従つて曲つていることが
好ましい。作動効率を最適にするため、管は互い
にできるだけ近接して、但し、燃焼ヒーターの作
動中に接触しないような方法で配置されなければ
ならない。従つて、相互連結角は約75゜以下でな
ければならない。これより大きい角では、炉の作
動中に相隣る管が接触する可能性がある。横方向
に測定して、食違いの最大長さはそれぞれの管の
全長の約10％まででなければならず、好ましくは
約５％まででなければならない。

与えられた放射管の相互連結角は同じであつて
も異なつていてもよい。このことは隣りの管の角
にもあてはまるが、１つの列内のすべての管は、
それぞれの食違いに於ておよびお互いに関して両
方ともに、ほぼ同じ相互連結角を有していて相互
に平行な管を与えることが好ましい。いずれにし
ても、１列（コイル）内のすべての管が共通平
面、最も好ましくはコイルの平面（通常“コイル
平面”と称する）内で食違つていることがより好
ましい。このことは、一般にコイルの両側に配置
されているバーナーの列の方へいずれかの管が移
動する機会を少なくし、かくして管がその冶金学
的限界を越える温度に加熱される機会を少なくす
る。このことは、また、個々の管の熱膨張を均等
化する傾向もある。

また、本発明によれば、コイル平面内で曲げら
れた各管はコイル平面からある方向にに少なくと
も部分的に反らされる（bowed）こともできる。
かくして、各管は、その全長の一部にわたつて、
あるいはその全範囲にわたつて反らされることが
できる。上述したように放射管の列がコイル平面
内で曲げられているにも拘らず、作動中、各管は
コイル平面からある方向に膨張または歪曲する傾
向が依然としてある。相隣る管が交差する路に沿
つて歪曲すると、管は作動中互いに接触する可能
性があり、あるいは一方の管が他の管をバーナー
の隣接列から妨害する（“遮蔽効果”として知ら
れている）可能性があり、共に望ましくない結果
を生じる。コイル平面から予め選択された方向へ
管を反らせること（bowing）により、管がその
方向に歪曲することを保証することができる。列
内のすべての曲り管をコイル平面から同じ方向に
（すなわちコイル平面から同じ角度で）反らせる
ことにより、すべての管が炉の作動中に同じ方向
に歪曲し、かくして“遮蔽効果”、“接触”または
管の不均一加熱を防止することが合理的に保証さ
れる。列内の曲り管がすべてコイル平面に対して
垂直の方向に反らされることが好ましい。反り
（bow）の量は全管長の約10％ぐらい高くするこ
とができる。最低は１内管径ぐらい低くすること
ができ、例えば内径50.8mm（2in）の管では、約
50.8mm（２インチ）ぐらいに低くすることができ
る。以下に詳細を説明する“スエージ（swage）”
管を用いるとき、最低は約１最小内径となる。反
らすことの別法として、すべての放射管の出口ま
たは入口をコイル平面から移動すること（以下で
詳しく説明する）などにより、曲り管をコイル平
面から“変位（displaced）”させることができ
る。

本発明の別の実施態様に於ては、共通（コイ
ル）平面内で曲げられた放射管を用意する代わり
に、管を該平面から“スキユー（skewed）”させ
ることができる。このスキユーイング
（skewing）は、管を共通平面から少なくとも部
分的に反らせることにより、あるいは管の出口ま
たは入口の１つをコイル平面から変位させること
により、あるいは管を反らせかつ変位させること
によつて達成される。炉の作動中および管の熱膨
張中、このスキユーイングがスキユー（skew）
の方向へ熱膨張を起こさせる。列内のすべての管
がコイル平面から同じ方向にスキユーされている
ことが好ましい。これらの別の実施態様のいずれ
か１つに於て、最大量のスキユーは、好ましくは
それぞれのスキユー管（skewdtube）の全長の約
10％までである。スキユーの最小量は、好ましく
はそれぞれの管の約１内径に等しい。

本発明は、本発明の燃焼ヒーターおよび放射管
を説明する好ましい実施態様についての以下の説
明および添付図面から、より明らかにかつより容
易に理解されるであろう。

図面について説明すると、図面全体にわたつて
同じ参照番号は同じ機素を示すために一般に用い
られている。特に第１図と第２図について説明す
ると、１は、燃焼ヒーター、好ましくは炭化水素
（熱分解）クラツキング炉、の放射部を通して、
貫流（once−through）方式で、その中を（例え
ば矢印２，３，４で示すように）プロセス流体、
好ましくは炭化水素プロセス流体を差向けるため
のワンパス（single−pass）放射導管手段であ
る。放射導管手段１は任意の断面形状を有するこ
とができるが、断面形状が円形である管状導管が
好ましい。また、導管手段はその長さ全体にわた
つて一定の断面流面積をもつことができ、あるい
は断面流面積が入口から出口へ徐々に増加するス
エージ形状、例えば入口内径が50.8mm（2in）で
出口内径が63.5mm（2.5in）であるスエージ形状を
有することができる。図面に示すようなこの放射
導管手段は、使用時に炭化水素プロセス流体がそ
の中を通つて第１方向２へ流れる第１導管部５、
好ましくは低部入口部と使用時に流体がその中を
通つて第２方向４へ流れる第２導管部６とを有す
る。これらの導管部は好ましくはほぼ一直線であ
る。方向２および４は、好ましくは、ほぼ同じで
あり、図に示すように両方共に上向きである。最
も好ましくは、これらの方向はほぼ相互に平行で
ある。７および８で概略示すように、入口部５お
よび出口部６は、おのおのが機素９および１０に
堅固に取付けられている。機素９は、好ましく
は、それに堅固に連結された複数の放射導管へ炭
化水素プロセス流体を分布させるための入口マニ
ホルドである。機素１０は、加熱された炭化水素
プロセス流体のための出口マニホルドまたは該流
体を冷却するためのトランスフアーライン熱交換
器であることができる。

例えば第４図に示されるように、使用時に於
て、複数の放射導管手段１が、好ましくは列３１
で配置され、共通の入口マニホルド２７に堅固に
連結される。以下で、より詳しく説明するよう
に、入口マニホルドは“フローテイング
（floating）”入口マニホルドであつて、対応する
コイル（管の列）の全熱膨張の吸収を与えるよう
になつている。かくして、コイルの全熱膨張は吸
収されるが、管内溶接の破壊および（または）コ
イルのひどい撓みを防ぐため、コイル内の管の差
動熱膨張に対する何らかの設備をもしなければな
らない。

堅固な連結部７および８のため、導管部５と６
とは、炉の作動中に受ける差動熱膨張に応じて、
互いに向かつて移動するか、あるいは縦に撓む
（直線形状から曲り形状へのように）ことができ
る。この互いに向かう導管部５および６の移動は
矢印１１および１２で示される。導管手段の顕著
な撓みなしにこの熱膨張を吸収するために、好ま
しくは炉の放射部内に食違い（offset）１３を与
える。

食違い１３は、導管部５および６を流体流連通
状態で相互連結しかつこれら両導管部を横方向１
５および縦方向１６に食違わせる流体流導管相互
連結手段１４からなる。１６で示されるように、
“縦方向の食違い”は、互いに最も近い導管部５
および６の端がある距離だけ隔てられていること
を必要とする。この食違いは、放射部内のそれぞ
れの全管長の約10％までの横方向長さ１５を有す
ることができる。例えば、約9.15ｍ（30ft）の管
では381〜500mm（15〜20in）の食違いが満足であ
ろう。

放射入口部５の放射出口部６からこの縦方向お
よび横方向の食違いのために、放射導管１中を流
れる炭化水素プロセス流体１７の粒子（分子）
は、矢印２，３，４で示すように、入口部５から
流体流導管相互連結手段１４へ角度１８だけ、お
よび流体流導管相互連結手段１４から出口部６へ
角度１９だけ流れの方向を変えねばならない。こ
れらの角度は燃焼ヒーターの作動前（放射管の膨
張前）に測定され、図に示すように、放射導管手
段１の種々の部を通つて軸方向に描いた縦線の交
差によつて定義される。

導管部５および６の縦方向および横方向の食違
いから生じるこれらの“相互連結”角のために、
放射導管手段１は炉の作動中に起こる差動熱膨張
を自己吸収することができる。第１図は炉を燃焼
させる前の本発明による放射導管手段１、すなわ
ち熱膨張する前の放射導管手段１を示す。第２図
は、炉の作動中、差動熱膨張しているときの、第
１図の放射導管手段を示す。導管手段１が熱膨張
するとき、導管部５および６は、矢印１１および
１２で示すように、互いに向かつて“膨張
（grow）”する。導管部５および６が互いに向か
つて膨張するとき、角度１８および１９は変化
（増加）し、かくして導管手段１の熱膨張
（thermal growth）を吸収する。この角度変化を
さらに説明するため、２０（第２図の）を炉の作
動中（導管手段１が熱膨張するとき）の流体流導
管相互連結手段１４の縦方向中心線と呼び、２１
を炉の作動前（第１図に示すように導管手段１が
膨張しないとき）の同じ中心線と呼ぶ。放射導管
手段１の熱膨張およびその結果生じる導管部５お
よび６の互いに向かう（１１および１２）膨張の
ために、流体流導管相互連結手段１４の縦方向中
心線が、事実上、位置２１から位置２２へ反時計
方向（矢印２２）に回転したことがわかる。この
結果、角度１８および１９は、この熱膨張に応じ
て変化した、炉の放射部内の温度が作動中（また
は休止中）に低下すると、放射導管手段１は収縮
し、かくして角度１８および１９は減少する。か
くして、温度の変動と共に、角度１８および１９
は変化する。

構造上および作動上の考慮に基づいて、角度１
８および１９は限界内に保たれるべきである。こ
れらの角度が作動前に小さすぎると、放射導管手
段がまつすぐになりすぎ、溶接部の破壊および管
のゆがみを起さない方法でこれらの角度に沿つて
熱膨張を自己吸収する能力を失う。かくして、そ
の最小角度は約10゜でなければならない。約20゜の
最小角度が好ましい。炉の効を最適にするため、
特に炭化水素の熱分解の場合には、放射部内に多
数の放射導管手段１を列に配置し（第４図参照）、
導管手段ができるだけ一緒に近接するように配置
することが望ましい。もし角度１８および１９は
炉の作動前にあまりにも大き過ぎかつ導管手段が
互いに近接して配置されると、炉の作動中、導管
手段が膨張するとき、相互連結角が非常に大きく
なり、例えば約90゜になるので、相隣る導管が接
触することになる。このことは導管手段がゆがめ
かつ（あるいは）それらの温度プロフイルを劇的
に変化させる可能性があり、炉の効率に負の効果
をもたらす。従つて、炉の作動中に隣り同志の接
触の危険なしに放射導管手段１を近接隔置させる
ためには、最大角は約75゜でなければならない。
好ましい最大角は約60゜である。

一般にプロセス流体を加熱するとき、特に炭化
水素プロセス流体をクラツキングするときには、
例えば第３ａ図、第３ｂ図、第４図に示すよう
に、貫流放射導管手段１を、放射管の形で、少な
くとも１列でかつ平行に配置することが望まし
い。バーナー２３は、放射管１の各列の両側に沿
つて列で配置される。特に、炭化水素クラツキン
グに関するときには、バーナー炎の列から対応す
る放射管の列までの距離は臨界的であり、最も慎
重に選ばれ、かつ炉の作動中ずつとできるだけ一
定に保たれなければならない。従つて、炉の作動
中、バーナーの方へ向かう放射管のゆがみを防止
するかあるいはゆがみの程度を少なくとも最小に
することが最も望ましい。任意の与えられた管の
コイル（列）に於て、食違いが好ましくは実質上
共通平面内にあり、最も好ましくはコイル平面２
４内にあることは主としてこの理由のためであ
る。このことは、任意の与えられた列内の個々の
管に、炉作動中に、コイル平面に沿つて曲がる素
地、かくしてバーナーの列に平行な方向に曲がる
素地を与える。

かくして、任意のコイル内の放射管のコイル平
面に沿つて曲がるこの素地にも拘らず、それら放
射管が受けるひどい熱応力によつて、コイル平面
からバーナーの方へ向かう管のゆがみが起こる可
能性が大きい。相隣る放射管がバーナーの列に向
かつて不均一にゆがむと、管の間の熱分布が不均
一になり、管のコークス化に悪影響を起こす可能
性がある。また、もし相隣る管のゆがみの路が交
差する場合には、一方の放射管が他方の放射管を
バーナーから遮蔽する可能性があり（“遮蔽効
果”）あるいは管が接触する可能性さえある。こ
れらの望ましくない結果を防止し、あるいは少な
くとも最小にするため、放射管は、コイル平面２
４から離れた方向３３に少なくとも部分的に反ら
される（第５図）。相隣る管の接触または遮蔽を
防止するためには、この方向は与えられた列内の
すべての放射管に対して同じでなければならな
い。すなわち与えられた列内のすべての放射管が
コイル平面から離れた同一方向に少なくとも部分
的に反らされることが好ましい。好ましい反り
（bow）方向は90゜の角度２６である。この曲りに
よつて、与えられた列内の放射管の任意のゆがみ
はバーナーに向かつて同一方向になる傾向があ
り、かくして相隣る管の遮蔽または接触が防止さ
れる。

かくして、放射管１がコイル平面内での食違い
１３であり、かつコイル平面から離れて反らされ
ている場合には、この食違いは、実際に、真の平
面に本当には沿つていないことがわかる。従つ
て、コイル平面とは、管が反らされていない場合
に管がそれに沿つて置かれる平面として定義され
る（第３ａ図）。

管を反らすことは簡単な方法で達成される。任
意の与えられた列内の放射管が、その入口端７に
於て共通入口マニホルド２７（第４図）に、かつ
その出口端８に於て、共に堅固に取付けられてい
る場合には、矢印２８（第４図、第５図、第７
図）で示すように、単に入口マニホルドを回転さ
せるだけでそれら放射管を反らすことができる。
入口マニホルドの回転の量、管の長さと直径、管
の組成などのような因子によつて、得られた管
は、それぞれの長さの一部分に沿つて反らされる
（第７図）か、あるいはそれぞれの長さ全体にわ
たつて反らされる（第５図）。

燃焼ヒーターの放射部内に配置された放射導管
手段１の列（コイル）を概略第４図に示す。好ま
しくは耐火材料の放射部包囲手段２９は、燃焼焼
ヒーターの少なくとも１つの放射部３０を構成す
る。好ましくは鉛直管の形の放射導管手段１の少
なくも１列３１が放射部３０内にわたつていて対
応するコイル平面２４を構成する。管１中を流れ
るプロセス平面へ熱を与えるため、加熱手段２
３、好ましくはバーナーが、好ましくは各管コイ
ル３１の両側に沿つて設けられる。プロセス流体
は、各放射管が７に於てそれに堅固に取付けられ
ている共通入口マニホルド２７から放射管へ供給
される。炭化水素のクラツキングの場合には、こ
のプロセス流体は炉の対流部中で予熱されてい
る。炭化水素クラツキングの場合には、包囲手段
２９内で放射的に加熱された後、クラツキングさ
れたプロセス流体は受取り手段へ、好ましくはプ
ロセス流体（反応混合物）のそれ以上の反応を停
止させるために急冷するため直接トランスフアー
ライン熱交換器３２へ送られる。加熱されたプロ
セス流体を共通出口マニホルドに集めた後、その
後の処理、例えば蒸留、ストリツピングなどを行
うために下流へ差向けることも可能である。いず
れの場合でも、管出口は、８に於て、トランスフ
アーライン熱交換器または共通出口マニホルドの
いずれかに堅固に取付けられている。バーナー
は、好ましくは放射管入口に近接してフロアに取
付けられる。

上述のように、本発明の放射管は、共通平面内
で食違つているか、あるいは共通平面内で食違つ
ていると共に共通平面から反らされているかのい
ずれかであつて、炉作動中に受ける熱応力に対処
できるようになつている。本発明のもう１つの実
施態様によれば、食違いの代わりに、放射管は、
第５図〜第８図に示すように、随意にコイル平面
２４から少なくとも部分的に“縦方向にスキユー
される（longitudinally skewd）”ことができる
（第８図）。“縦方向に”とは放射管のそれぞれの
長さに沿つてということを意味する。“スキユー
（skew）”とは、放射管が与えられた列内の管の
出口８を通つて描かれる鉛直コイル平面２４から
少なくとも部分的に張り出す（extend）ことを
意味する。

第５図に示すように、放射管１は、鉛直コイル
平面２４から、好ましくはすべてが鉛直コイル平
面から同じ方向３３に、放射管を反らせることに
よつてスキユーされることができる。この反らせ
ることは、例えば２８で示すように入口マニホル
ド２７を回転することによつて達成される。

第６図に示すように、与えられた列内の放射管
は、それぞれの放射管の入口を鉛直コイル平面か
ら水平方向に変位３４させることによつてスキユ
ーされることができる。炉の作動中、放射管は点
線１′で示されるように熱的にゆがむ。

第７図に示すように、放射管１は、随意に反ら
せるとともに変位させることもできる。これは、
入口７の水平方向変位と入口マニホルドの回転と
によつて達成される。

この縦方向スキユーイング（skewing）のため
に、管は、スキユーの方向３３に沿つて熱的にゆ
がむ傾向、すなわちそれぞれの管の縦方向の形状
を変化する傾向がある。任意の与えられた列内の
放射管は、相隣る管の遮蔽または接触ならびに不
均一な熱分布を防止または最小にするため、好ま
しくは鉛直コイル平面から同じ方向にスキユーさ
れる。鉛直コイル平面から、管に沿つて鉛直コイ
ル平面から離れた最も遠い点までの測定したスキ
ユーの量（the amount of skew）３５は、管の
全長の約10％までであることができる。最小量は
１内管径の約1/2であり、スエージ管では最小内
径である。

第９図に概略示すように、“フローテイング”
入口マニホルド２７、すなわち全コイル膨張の実
質的な量（少なくとも40％）を吸収するために移
動することができる入口マニホルドを、予熱され
たプロセス流体を対流部３０′から放射部３０へ
送るために放射導管手段１とクロスオーバー導管
手段１″とその（流体流）相互連結によつて設け
ることができる。その対応するコイルの全熱膨張
に応じて、入口マニホルド２７は、例えば第９図
の点線で示すように、下方へ移動することができ
る。勿論、入口マニホルドは２個以上のクロスオ
ーバー管に連結することができる（かつそれが好
ましい）。入口マニホルドの重量の支持を助ける
ため、第９図の３６として概略示した公知の鈎合
い重り機構のような公知の支持手段を加えること
が望ましいことがあり得る。また、コイルの全熱
膨張を付加的に吸収することが必要な場合には、
各放射導管手段１に、好ましくは放射部３０の外
側で水平脚１を加えることができる。フローテ
イング入口マニホルドは、通常、与えられた列内
の各放射管に連結されることが好ましい。

以上、本発明をその好ましい実施態様によつて
説明した。しかし、当業者には明らかなように、
特許請求される本発明から逸脱することなく上記
の好ましい実施態様から変化や変更をすることが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の放射管の略側
面図であり、第３ａ図は、本発明の１つの実施態
様によつて第１図および第２図に示された管の列
を示す平面図であり、第３ｂ図は、第３ａ図に似
た平面図であるが、本発明のもう１つの実施態様
による管の列を示しており、第４図は、本発明に
よつて作られた燃焼ヒーターの略側面図であり、
第５図は、放射管がコイル平面から反らせること
によつてスキユーされる、本発明のもう１つの別
の実施態様の略側面図であり、第６図も、放射管
がコイル平面からの変位によつてスキユーされ
る、本発明の放射管のもう１つの別の実施態様で
の略側面図であり、第７図も、放射管がコイル平
面からの変位と反らせることとの両方でスキユー
される、本発明の放射管のもう１つの別の実施態
様の略側面図であり、第８図は、第５図または第
６図または第７図の管の列の略平面図であり、管
のコイル平面に対する関係を示しており、第９図
は、本発明の燃焼ヒーターの略正面図であり、本
発明の付加的な好ましい態様を示している。 図面番号の説明、１……ワンパス（single−
pass）放射導管手段、２……第１方向、４……第
２方向、５……第１導管部、６……第２導管部、
７，８……堅固な連結部、９……機素、入口マニ
ホルド、１０……機素、出口マニホルド、１３…
…食違い、１４……流体流導管相互連結手段、１
５……横方向の食違い、１６……縦方向の食違
い、１７……炭化水素プロセス流体、１８……５
から１４への流れ方向の変化の角度、１９……１
４から６への流れ方向の変化の角度、２３……バ
ーナー（加熱手段）、２４……コイル平面、２７
……入口マニホルド、２９……放射部包囲手段、
３０……燃焼ヒーターの放射部、３１……管コイ
ル（放射導管手段の列）、３２……トランスフア
ーライン熱交換器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プロセス流体加熱用燃焼ヒーターであつて、
   該ヒーターの少なくとも１つの放射部を構成する
   ための放射部包囲手段と、 (A) 各放射部内にわたつていて各放射部内の対応
   するコイル平面を構成するための少なくとも１
   列のワンパス放射導管手段、および 各放射部内の該放射導管手段を加熱するため
   の加熱手段、および 該放射導管手段の少なくとも１つが曲がつて
   いて、使用時にプロセス流体がその中を通つて
   第１方向へ流れる少なくとも１つの第１導管部
   と使用時に該プロセス流体がその中を通つて第
   ２方向へ流れる少なくとも１つの第２導管部と
   を有し、かつ該第１導管部と第２導管部とが相
   互連結手段によつて流体流連通状態で横方向お
   よび縦方向に食違うようになつていること、あ
   るいは (B) おのおのの該放射部内で縦方向にわたつてい
   る、少なくとも１列の複数のワンパス放射導管
   手段であつて、該放射導管手段のおのおのが堅
   固な入口および出口連結部を有し、該ヒーター
   の使用中に於ける該導管手段の差動熱膨張が抑
   制されるようになつている放射導管手段、およ
   び各放射部内にあつて該放射導管手段を加熱す
   るための加熱手段、および 該列中の該入口および出口連結部の少なくとも
   １つがすべて共通の鉛直コイル平面に沿つて置か
   れていること、および 該列内の該放射導管手段が該鉛直コイル平面か
   ら所定の方向へ少なくとも部分的にスキユーされ
   ており、該燃焼ヒーターの作動中、該スキユーさ
   れた導管手段のおのおのが該スキユーの方向に縦
   方向形状を変えることによつて差動熱膨張および
   収縮を吸収するようになつていること、 を特徴とする燃焼ヒーター。 ２ 該第１方向と該第２方向とがほぼ同じであ
   り、かつ該第１導管部と該第２導管部と該相互連
   結手段とが、該第１導管部と該相互連結部との間
   および該相互連結部と該第２導管部との間で変化
   しかつ各変化が約10゜〜75゜の角度であるプロセス
   流体流路を構成する、特許請求の範囲第１項に記
   載の燃焼ヒーター。 ３ 該角度が約20゜〜60゜である、特許請求の範囲
   第２項に記載の燃焼ヒーター。 ４ 各列内の曲り導管手段が共通平面内で食違つ
   ている、特許請求の範囲第１項に記載の燃焼ヒー
   ター。 ５ 各曲り導管手段が該共通平面から離れて弓方
   向に少なくとも部分的に反らされている、特許請
   求の範囲第４項に記載の燃焼ヒーター。 ６ １列内のすべての曲り導管手段が該共通平面
   から離れてほぼ同じ角度で少なくとも部分的に反
   らされていて、ほぼ相互に平行な放射導管手段を
   構成する、特許請求の範囲第５項に記載の燃焼ヒ
   ーター。 ７ 該同じ角度が該共通平面から約90゜離れてい
   る、特許請求の範囲第６項に記載の燃焼ヒータ
   ー。 ８ 該横方向の食違いがそれぞれの放射導管手段
   の全長の約10％までの長さを有する、特許請求の
   範囲第１項に記載の燃焼ヒーター。 ９ 各曲り導管手段が堅固に連結されたプロセス
   流体入口および出口端を有する、特許請求の範囲
   第９項に記載の燃焼ヒーター。 １０ 少なくとも１つの対流部をも含み、かつ１
   列内の各放射導管手段がフローテイングプロセス
   流体入口マニホルド手段と流体流連通状態で堅固
   に連結された入口端を有し、かつ各フローテイン
   グプロセス流体入口マニホルドが少なくとも１つ
   のクロスオーバー導管手段の出口端とも流体流連
   通状態で堅固に連結されている、特許請求の範囲
   第９項に記載の燃焼ヒーター。 １１ 該導管手段が該鉛直コイル平面から少なく
   とも部分的に反らされており、かつ（あるいは）
   該入口および出口連結部の他方が該鉛直コイル平
   面から水平方向に変位されている、特許請求の範
   囲第１項に記載の燃焼ヒーター。 １２ 与えられた列内の該入口連結部がすべて共
   通のフローテイングプロセス流体入口マニホルド
   に連結されている、特許請求の範囲第１項に記載
   の燃焼ヒーター。 １３ 導管手段が管であり、かつ各管のスキユー
   の最大量が管の全長の約10％までに等しく、かつ
   各管のスキユーの最小量が約１内管径に等しい、
   特許請求の範囲第１項に記載の燃焼ヒーター。 １４ 炭化水素クラツキング炉の放射部を通して
   貫流方式でその内部の炭化水素を差向けるための
   ワンパス放射導管手段を含み、かつ該導管手段が
   使用時にその中を通つて炭化水素プロセス流体が
   第１方向に流れる少なくとも１つの第１導管部と
   その中を通つて該プロセス流体が第２方向に流れ
   る第２導管部とを有しかつ該第１導管部と該第２
   導管部とが相互連結手段によつて流体流連通状態
   で横方向および縦方向に食違つていことを特徴と
   する、特許請求の範囲第１項に記載のヒーター中
   に有用な炭化水素プロセス流体クラツキング管。 １５ 該第１導管部と該第２導管部と該相互連結
   手段とが、該第１導管部と該相互連結手段との間
   および該相互連結手段と該第２導管部との間で方
   向を変化する炭化水素流路を構成し、かつ各変化
   が約10゜〜75゜の角度であり、かつ該角度のおのお
   のが、炭化水素のクラツキング中に、該第１導管
   部および該第２導管部の少なくとも１つの熱的膨
   張および収縮に応じて変化することができる、特
   許請求の範囲第１４項に記載の炭化水素プロセス
   流体クラツキング管。 １６ 該第１放射導管部と該第２放射導管部と
   が、第１平面内で、該相互連結手段によつて食違
   わされ、かつ該放射導管手段が該第１平面から離
   れて弓方向に少なくとも部分的に反らされてお
   り、かつ該第１方向と該第２方向とがほぼ同じで
   ある、特許請求の範囲第１４項または第１５項に
   記載の炭化水素プロセス流体クラツキング管。 １７ 該弓方向が該第１平面に対して直角であ
   る、特許請求の範囲第１６項に記載の炭化水素プ
   ロセス流体クラツキング管。 １８ 該放射導管手段が該放射導管手段の全長の
   約10％に等しいかまたはそれ以下の量だけ反らさ
   れている特許請求の範囲第１６項に記載の炭化水
   素プロセス流体クラツキング管。 １９ スチームクラツキング炉の放射部内にわた
   つている、特許請求の範囲第１４項に記載の炭化
   水素プロセス流体クラツキング管。 ２０ 該第１導管部と該第２導管部とがほぼ相互
   に平行である、特許請求の範囲第１４項に記載の
   炭化水素プロセス流体クラツキング管。