PL183641B1 - Sposób wytwarzania bezszczelinowej powlekanej ścianki sitowej w płaszczowo-rurkowym wymienniku ciepła - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania bezszczelinowej powlekanej scianki sitowej w plaszczowo-rur- kowym wymienniku ciepla dolaczonym do in- stalacji krakowania termicznego, znamienny tym, ze zamyka sie umocowane w sciance si- towej rurki wymiennikowe korkami, wy- stajacymi po zatknieciu co najmniej na wysokosc grubosci warstwy nanoszonej powloki, naklada sie wiazana chemicznie mase zageszczana, mechanicznie zageszcza sie te mase, nastepnie pozostawia sie mase do stezenia, po czym usuwa sie korki i ewentual- nie wypala sie mase zageszczona. F I G . 2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania bezszczelinowej powlekanej ścianki sitowej w płaszczowo-rurkowym wymienniku ciepła.

Tego rodzaju płaszczowo-rurkowy wymiennik ciepła (RWU) stosuje się na przykład w instalacjach do wytwarzania etylenu poprzez krakowanie termiczne po stronie wylotowej przewodu transferowego pieca krakingowego i nazywa się chłodnicą gazu z krakowania.

Takie chłodnice gazu muszą spełniać nadzwyczaj wysokie wymagania dotyczące konstrukcji i właściwości zastosowanych materiałów. Gorąca mieszanka reakcyjna (ok. 850°C) powstająca w procesie pirolizy węglowodorów, jak ropa naftowa, benzyna ciężka lub też etan, i wychodząca z pieca krakingowego musi być szybko chłodzona w chłodnicach gazu z krakowania, żeby uniknąć niepożądanych reakcji ubocznych. Taka chłodnica lub też RWU służy jako kocioł na ciepło odpadowe, w którym wytwarzanajest para wysokoprężna z prowadzonej po stronie płaszcza wody zasilającej.

Gaz z krakowania mimo krótkiego przebywania w reaktorze i dużej prędkości około 300 m/s zawiera już cząsteczki koksu, które przy tej prędkości działają silnie erodująco. Z przyczyn konstrukcyjnych nie jest praktycznie możliwe równomierne zasilanie wszystkich rurek wewnętrznych chłodnicy gazu krakingowego. Dlatego środkowe strefy płyty dennej jak też rurki umieszczone w strefie rdzeniowej ulegają silniejszej erozji niż obszary peryferyjne.

Znany jest z europejskiego opisu patentowego EP-A-0 567 674 sposób zabezpieczania ścianki sitowej wymienniku ciepła do chłodzenia gazu syntezowego wytwarzanego w instalacji zgazowywania węgla, w którym ściankę sitową po stronie napływu gazu zaopatruje się w warstwę ceramiczną z pojedynczych, rozmieszczonych obok siebie kostkowych dziobków stykających się ze sobą krawędziami zewnętrznymi, przy czym każdy dziobek ma stożkowy otwór zwężający się na odcinku wchodzącym w rurkę wymiennika ciepła. Takie rozwiązanie nie stanowi gazoszczelnej przegrody między poszczególnymi elementami kostkowymi oraz w chłodnicach gazu z instalacji olefmowej może powodować powstawanie koksu w przestrzeniach pośrednich i zniszczenie materiałów. Ponadto końce zastosowanych dziobków tworzą w rurce krawędź zarysu, co przy występujących w chłodnicach gazu krakingowego prędkościach przepływu około 300 m/s może wywołać silne zawirowania i w efekcie dodatkową erozję.

Wiadomo ponadto z opisu patentowego St. Zjedn. Ameryki US 4124068, że zainstalowane w reaktorze rurki chłodzące powleka się ognioodpomąwarstwą powstrzymującą erozję, żeby w

183 641 podwyższonej temperaturze uniknąć ryzyka uszkodzenia rurki i przeniknięcia wody chłodzącej do mieszanki reakcyjnej.

Z problemem znacznie silniejszego w porównaniu do strefbrzegowych napływu i obciążenia strefy rdzeniowej próbowano uporać się między innymi stosując stożkowe wstawki znane z rozwiązania wg opisu patentowego US-PS 35 52 487 albo dyfuzorowe urządzenia kierunkowe bez wstawek (opisane w niemieckim opisie patentowym DE-PS 21 60 372), w króćcach kołpakowych.

W opisie zgłoszenia europejskiego EP 0377089A1 zaproponowano, aby dla zrównoważenia przepływu po stronie wlotowej króćca kołpakowego, jak też dla ochrony ścianki sitowej przed erozją umieścić w płaszczowo-rurkowym wymienniku ciepła wstawkę z prętów wygiętych w pierścienie, przy czym pierścienie te umieszczone są na powierzchni stożka, którego wierzchołek jest skierowany ku wlotowi gazu.

W ten sposób cząsteczki koksu przenoszone z dużą prędkością w rdzeniu strumienia gazu mogąbyć wyhamowane i skierowane częściowo na zewnątrz, a więc nie będąjuż powodować erozji ścianki sitowej i rurek. Z drugiej strony z taką wstawką wiąże się niepożądana różnica ciśnień i obniżenie wydajności reakcji z powodu odpowiedniego zwiększenia czasu przebywania w reaktorze.

Zgodnie z wynalazkiem zaproponowano inną drogę, dążąc do uzyskania skutecznej ochrony przed erozją poprzez wzmocnienie płyty dennej. Erozja dolnej ścianki sitowej powodowała konieczność okresowego wyłączania chłodnicy gazu krakingowego, przy czym radzono sobie poprzez napawanie płyt dennych, żeby uzyskać znów potrzebną grubość ścianki. Jest to metoda kosztowna i nie może być zadowalająca z uwagi na niedostateczną odporność napawanego materiału. Ponadto w chłodnicach gazu krakingowego utrudnienie stanowi to, że płyta denna działa nie tylko jako płyta odbojowa i jest poddana szczególnej erozji, lecz jednocześnie powinna być ona stosunkowo cienka, aby można było uzyskać stosunkowo niską temperaturę na granicy faz. Jest to potrzebne z punktu widzenia budowy aparatury a także korzystne, gdyż napływające gazy powinny być chłodzone możliwie szybko, żeby nie dochodziło uprzednio do niepożądanych reakcji ubocznych.

Sposób wytwarzania bezszczelinowej powlekanej ścianki sitowej w płaszczowo-rurkowym wymienniku ciepła dołączonym do instalacji krakowania termicznego, charakteryzuje się według wynalazku tym, że zamyka się umocowane w ściance sitowej rurki wymiennikowe korkami, wystającymi po zatknięciu co najmniej na wysokość grubości warstwy nanoszonej powłoki, nakłada się wiązaną chemicznie masę zagęszczaną, mechanicznie zagęszcza się tę masę, następnie pozostawia się masę do stężenia, po czym usuwa się korki i ewentualne wypala się masę zagęszczoną.

Przed naniesieniem masy zagęszczanej spawa się na ściance sitowej komórkowąkonstrukcję blaszaną albo kotwie, korzystnie w kształcie V, T, S lub Y.

Korzystnie nanosi się powłokę z masy zagęszczanej o grubości od 10 do 50, zwłaszcza 15 do 30 mm.

Zazwyczaj nakłada się masę zagęszczaną zawierającą faliste włókna stalowe.

Celem poprawienia przyczepności masy zagęszczanej albo powłoki można przyspawać do ścianki sitowej kotwie, korzystnie w kształcie V, T, S lub Y, w szczególności o średnicy około 5 mm, albo konstrukcję blaszaną o strukturze komórkowej, korzystnie o wysokości od 5 do 10 mm.

Kotwie takie znane jako ECO-VIN są stosowane w instalacjach paleniskowych z wymurówką o różnej grubości, przy czym celem lepszego osadzenia masy zagęszczanej można wygiąć ramiona kotwi do około 60°. Kotwie wykonane z rozwarciem lub bez rozwarcia można przyspawać do dolnej ścianki sitowej.

Masę zagęszczaną z chemicznie wiązanego, odpornego na erozję materiału ogniotrwałego nanosi się ręcznie albo na większej powierzchni poprzez natryskiwanie oraz zagęszcza się ręcznie, na przykład za pomocąpłaskownika stalowego lub ubijaka, albo za pomocąnarzędzi mechanicznych.

Jako masy zagęszczane, zwane czasem także masami ubijanymi, stosuje się przeważnie chemicznie wiązane masy z surowców nieorganicznych. Tężenie następuje w obecności powietrza. Zasadniczym surowcem jest przykładowo korund. W skład typowej masy wchodzi na przykład 85% wagowych A1₂Q₃, 7% wagowych SiO, 0,3% wagowych Fe₂O₃, 3,1% wagowych

183 641

MgO, 4,5% wagowych P²0⁵, i 0,1% wagowych alkaliów (wartości przybliżone). Maksymalne uziamienie poszczególnych składników nie powinno przekraczać 4 mm. Masę zagęszczaną jako mieszankę nieorganiczną przyrządza się zarabiając ją wodą. Po naniesieniu masy pozostawia się jązwykle przynajmniej na 24 godziny celem stężenia. Potem następuje suszenie lub też wypalanie polegające na tym, że przez około 6 godzin gorące powietrze o temperaturze od 150 do 200 stopni cyrkuluje nad masą i następnie na czas maksimum 4 godzin podwyższa się temperaturę do około 350°C. Przewodność cieplna związanej masy zagęszczanej lub też powłoki waha się między 1,5 i 3,5 W/mK, zależnie od temperatury pracy i ewentualnie wprowadzonych dodatków, jak igiełki stalowe. Ścieranie tej powłoki jest mniejsze niż 8 cm³ (według ASTM C-704).

Masy zagęszczane wykorzystuje się w praktyce na przykład na wewnętrzne wyłożenie członów instalacji FCC do krakowania z użyciem katalizatora w złożu fluidalnym. Wykładziny takie stosuje się w instalacjach, w których sfluidyzowany katalizator FCC w temperaturze około 750°C przemieszcza się z prędkościąod 20 do 30 m/s. Zastosowanie mas zagęszczanych do realizacji sposobu według wynalazku nasuwało wątpliwości czy w warunkach specjalnych w chłodnicy gazu krakingowego powłoka taka wytrzyma i nie będzie spadać do pieca krakingowego powodując przestoje wprodukcji. Zastrzeżenie takie wynikało z obawy, że między płytą denną i powloką lub też w pęknięciach powłoki podobnie jak w wymurówkach z kształtkami ceramicznymi będą powstawać warstewki koksu osadowego, który ostatecznie doprowadziłby do opękiwania powłoki.

Aby między innymi poprawić odporność powłoki na zmiany temperatury przy zadanych wysokich wymaganiach, dodaje się do masy zagęszczanej na przykład igiełki stalowe albo faliste włókna stalowe (C-Mix), korzystnie w ilości od 1 do 2% wagowych.

W RWU określonego wyżej rodzaju z wiązką rurek utrzymywanych między dwiema płytami dennymi średnica przewodu transferowego rozszerza się zwykle w postaci króćca kołpakowego od pieca krakingowego aż do średnicy ścianki sitowej.

W przypadku takiej konstrukcji w zasadzie tylko strefa rdzeniowa na środku ścianki sitowej wymaga nanoszenia powłoki. Nanosząc powłokę chroniącą przed erozją można wyposażyć zgodnie z wynalazkiem zarówno nowe, jeszcze nie używane płyty denne jak też płyty doprowadzane ponownie do wymaganej grubości przez napawanie.

W celu wytworzenia bezszczelinowej powlekanej ścianki sitowej otwory rurkowe ścianki sitowej po stronie wlotowej zamyka się korkami, które wystają z rurek przynajmniej na wysokość grubości warstwy nanoszonej powłoki. Potem nanosi się masę zagęszczaną, co można wykonać ręcznie za pomocą szpachli lub kielni lub też poprzez natryskiwanie. Następnie wykonuje się mechaniczne zagęszczanie masy na przykład za pomocąuderzeń bijaka przenoszonych za pośrednictwem płaskowników stalowych. Po związaniu masy, co następuje zwykle w ciągu co najmniej 24 godzin, usuwa się korki i ewentualnie suszy się lub wypalą masę zagęszczoną.

Opisane masy zagęszczane nadają się najlepiej do powlekania płyt dennych w _płaszczowo-rurkowych wymiennikach ciepła dołączonych do instalacji krakowania termicznego.

Nanosząc taką powłokę można ochronić przed dalszą erozją nawet mocno uszkodzone płyty denne. Wprawdzie płyty denne wyposażone zgodnie z wynalazkiem ulegają także erozji przez cząsteczki koksu, ale w porównaniu do nie chronionego metalu płyty dennej erozja tych płyt pokrytych sposobem według wynalazku następuje znacznie wolniej, co poprawia dyspozycyjność odpowiednich części instalacji. Poza tym w przypadku zużycia można usunąć i ponownie nałożyć powłokę sposobem zgodnym z wynalazkiem.

Dzięki dobrej izolacji termicznej powłoki wspomniany wcześniej problem temperatury na granicy faz staje się mniej ostry. Wynika stąd następna korzyść polegająca na tym, że metalowa płyta denna nie musi być już tak cienka, lecz może mieć większą grubość. Uzyskuje się więc stabilną konstrukcję, co pozwala zrezygnować przynajmniej częściowo ze ściągów koniecznych do stabilizacji cienkich płyt dennych.

Niżej opisano szczegółowo nanoszenie powłoki na płytę denną chłodnicy gazu krakingowego instalacji etylenu, przy czym wybranej procedury nanoszenia, wymienionych materiałów i spe183 641 cjalnego zastosowania w chłodnicy gazu krakingowego nie należy traktować jako ograniczenia, lecz tylko jako przykład wykonania.

Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dno sitowe płaszczowo-rurowego wymiennika ciepła w rzucie poziomym (patrząc z dołu), a fig. 2 przedstawia w przekroju płaszczowo-rurkowy wymiennik ciepła w postaci chłodnicy gazu krakingowego z powłoką 5 ścianki sitowej wytworzonej sposobem według wynalazku w strefie płyty dennej.

Płaszczowo-rurkowy wymiennik ciepła przedstawiony na fig. 1 i fig. 2 zawiera konstrukcję nośną 6, kołnierz kołpakowy 4, ściąg 8 do stabilizacji płyt dennych oraz ma ścianki pokryte wymurówką 1.

Do płyty dennej płaszczowo rurowego wymiennika ciepła spawa się wykonane ze stali austenitycznej kotwie 1 typu V lub kotwie 2 typu ECO-VIN o kształcie pokazanym na fig. 1i 2. Wewnętrzne rurki wymiennikowe 3 zatyka się stożkowymi korkami drewnianymi, tak że masa zagęszczana utrzymuje się zarówno na kotwiach jak i na korkach. Do masy zagęszczanej przygotowanej z dostępnej z firmy Plibrico GmbH tzw masy ubijanej PLIRAM Cyclone-Mix D o typowym, wymienionym uprzednio składzie dodaje się 2% wagowych falistych włókien stalowych C-Mix 25.

Masę nanosi się ręcznie za pomocą szpachli i kielni, po czym zagęszcza się ją sekcyjnie w pozbawionąjam usadowych powłokę uderzaj ąc młotkiem poprzez płaskownik stalowy. Po czasie związania około 25 godzin w normalnej temperaturze otoczenia usuwa się stożkowe korki drewniane.

Masę suszy się i następnie wypala według określonej krzywej temperatury zgodnie z instrukcją producenta.

183 641

^F'k ²

183 641

F<

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania bezszczelinowej powlekanej ścianki sitowej w płaszczowo-rurkowym wymienniku ciepła dołączonym do instalacji krakowania termicznego, znamienny tym, że zamyka się umocowane w ściance sitowej rurki wymiennikowe korkami, wystającymi po zatknięciu co najmniej na wysokość grubości warstwy nanoszonej powłoki, nakłada się wiązaną chemicznie masę zagęszczaną, mechanicznie zagęszcza się tę masę, następnie pozostawia się masę do stężenia, po czym usuwa się korki i ewentualnie wypala się masę zagęszczoną.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed naniesieniem masy zagęszczanej spawa się na ściance sitowej komórkową konstrukcję blaszaną albo kotwie, korzystnie w kształcie V, T, S lub Y.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nanosi się powłokę z masy zagęszczanej o grubości od 10 do 50, korzystnie 15 do 30 mm.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że nakłada się masę zagęszczaną zawierającą faliste włókna stalowe.