ES2374568T3

ES2374568T3 - PROCEDURE AND TUBE WITH FINS FOR THERMAL DISPOSAL OF HYDROCARBONS.

Info

Publication number: ES2374568T3
Application number: ES03725176T
Authority: ES
Inventors: Peter WÖLPERT; Benno Ganser; Dietlinde Jakobi; Rolf Kirchheiner
Original assignee: Schmidt and Clemens GmbH and Co KG
Current assignee: Schmidt and Clemens GmbH and Co KG
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2012-02-17
Anticipated expiration: 2023-05-08
Also published as: NZ537827A; RS20050060A; EA200500258A1; JP2010150553A; KR20050052457A; EP1525289A1; AU2003227737A1; NO337398B1; DE10233961A1; PL373967A1; JP4536512B2; JP2005533917A; MA27325A1; WO2004015029A1; KR101023668B1; EP1525289B1; CN100523133C; CA2493463C; PT1525289E; EA010936B1

Abstract

In a process to crack crude oil in the presence steam, super-heated gases pass through pipes with helical inner ribs which twist the rising gases, progressively forming a core zone with a primarily axial flow. The helical ribs impart a twist action at their outer margins. The gas speed is faster at the tub roots than at the rib tips. The ribs are set at an angle of 22.5-32.5[deg] w.r.t the pipe axis. The temperature varies within the pipe wall by less than 12[deg]C. The notional isothermal lines in the core are circular. The flow of twisting gases advances in the pipe at a speed of 1.8-2 m/s, representing 7-8% of the free cross sectional area. The ribs and their separation are symmetrical.

Description

Procedimiento y tubo con aletas para la disociación térmica de hidrocarburos Procedure and finned tube for thermal dissociation of hydrocarbons

La invención se refiere a un tubo con aletas para la disociación térmica de hidrocarburos en presencia de vapor, en el que la mezcla utilizada se conduce mediante tubos calentados exteriormente, con aletas interiores de forma helicoidal. The invention relates to a tube with fins for thermal dissociation of hydrocarbons in the presence of steam, in which the mixture used is conducted by externally heated tubes, with inner fins helically.

Para la pirólisis a alta temperatura de hidrocarburos (derivados del petróleo) se han acreditado hornos tubulares en los que se conduce una mezcla hidrocarburo / vapor de agua a temperaturas superiores a 750º C, por hileras de tubos (serpentines de craqueo) dispuestos aislados o formando meandros, de aleaciones refractarias de acero cromo níquel, con alta resistencia a la oxidación o a la formación de cascarilla, y con alta resistencia a la carburación. Los serpentines se componen de trozos rectos de tubo que discurren verticales y que están unidos unos con otros mediante codos tubulares de forma de U, o están dispuestos paralelos unos a otros; se calientan normalmente con ayuda de quemadores en la pared lateral y parcialmente también con ayuda de quemadores de solera, y poseen pues una llamada cara solar vuelta hacia los quemadores, así como una llamada cara de sombra desplazada 90º de aquella, es decir, que discurre en la dirección de las hileras de tubos. Aquí las temperaturas medias de la pared del tubo (TMT) están situadas en parte por encima de los 1000º C. For high temperature pyrolysis of hydrocarbons (petroleum products), tubular furnaces have been accredited in which a hydrocarbon / water vapor mixture is conducted at temperatures above 750º C, by rows of tubes (cracking coils) arranged in isolation or forming meanders, of chrome nickel steel refractory alloys, with high resistance to oxidation or scale formation, and with high resistance to carburation. The coils are made up of straight pieces of tube that run vertically and are connected to each other by U-shaped tubular elbows, or are arranged parallel to each other; typically they heated using burners on the side wall and partly also with the aid of burners hearth, and thus possess a call back sun facing the burners, and a call face shadow displaced 90 ° from that, ie running in the direction of the rows of tubes. Here the average temperatures of the tube wall (TMT) are located in part above 1000º C.

La vida útil de los tubos de craqueo depende mucho en lo esencial, de la resistencia a la fluencia y de la resistencia a la carburación, así como de la velocidad de coquización del material de los tubos. Determinantes para la velocidad de coquización, es decir, para el crecimiento de una capa de depósitos de carbono (coque pirolítico) en la pared interior del tubo, son junto al tipo de los hidrocarburos empleados, la temperatura del gas de disociación en la zona de la pared interior, y la llamada causticidad de craqueo, tras la cual se oculta la influencia de la presión del sistema y del tiempo de permanencia en el sistema de tubos, sobre la producción de etileno. La causticidad de disociación se ajusta mediante la temperatura media de salida de los gases de disociación (por ejemplo, 850ºC). Cuanto mayor esté situada la temperatura del gas en la proximidad de la pared interior del tubo, sobre la temperatura de esta, con tanta mayor intensidad crece la capa del coque pirolítico, cuyo efecto aislante permite subir más la temperatura de la pared del tubo. A pesar de que las aleaciones de acero cromo níquel que se llegan a emplear como material del tubo, con 0,4% de carbono, más de 25% de cromo y más de 20% de níquel, por ejemplo, 35% de cromo, 45% de níquel, y en su caso 1% de niobio, poseen una alta resistencia a la carburación, el carbono se difunde en puntos defectuosos de la capa de óxido en la pared tubular, y conduce allí a una carburación elevada que puede llegar a contenidos de carbono del 1% al 3%, en profundidades de pared de 0,5 a 3 mm. Vinculada con esto está una considerable fragilidad del material del tubo, con el peligro de una formación de grietas en caso de carga térmica variable, en especial al arrancar y parar el horno. The shelf life of cracking tubes depends largely on the creep resistance and carburetion resistance, as well as the coking rate of the tube material. Determinants for the coking rate, i.e. the growth of a layer of carbon deposits (pyrolysis coke) on the tube inner wall are next to the type of hydrocarbons used, the temperature of the stripping gas in the the inner wall, and the so-called cracking causticity, after which the influence of the system pressure and the residence time in the tube system is hidden, on the production of ethylene. The dissociation causticity is adjusted by the average temperature of the dissociation gases (eg 850 ° C). The greater is situated the gas temperature in the vicinity of the tube inner wall above this temperature, so higher intensity grows pyrolytic coke layer, the insulating effect can climb over the wall temperature of the tube. Although the chromium nickel steel, which come to be used as tube material, with 0.4% carbon, more than 25% chromium and 20% nickel, eg 35% chromium, 45% nickel, and if 1% niobium, have a high resistance to carburization, the carbon diffuses into defective points of the oxide layer in the tubular wall, and leading there to an elevated carburization can reach carbon contents from 1% to 3%, at wall depths of 0.5 to 3 mm. Linked to this is a considerable fragility of the tube material, with the danger of cracking in case of variable thermal load, especially when starting and stopping the oven.

Para desmantelar los depósitos de carbono (coquización) en la pared interior del tubo, es necesario interrumpir de vez en cuando el craqueo, y quemar el coque pirolítico con ayuda de una mezcla vapor / aire. Esto exige una interrupción funcional de hasta 38 horas, y merma pues notablemente la economía del procedimiento. To dismantle the carbon deposits (coking) in the inner wall of the tube, it is necessary to interrupt the cracking from time to time, and burn the pyrolytic coke with the help of a vapor / air mixture. This requires a functional interruption of up to 38 hours, and thus significantly reduces the economics of the procedure.

Por la solicitud británica de patente 969 796 y la publicación europea de patente 1 136 541 A1, se conoce también la utilización de tubos de craqueo con aletas interiores. Tales aletas interiores claro que producen una superficie interior mayor en gran porcentaje, por ejemplo, en un 10% y, por lo tanto, una mejor transmisión del calor: pero también están vinculados con el inconveniente de una notablemente elevada pérdida de presión, en comparación con un tubo liso, como consecuencia de la fricción en la superficie interior aumentada del tubo. La mayor pérdida de presión exige una mayor presión del sistema, con lo que se modifica forzosamente el tiempo de permanencia y se empeora el rendimiento. Además, se añade que los conocidos materiales del tubo, con altos contenidos en carbono y cromo, ya no se pueden perfilar más por deformación en frío, por ejemplo, por estirado en frío. Tienen el inconveniente de que su capacidad de deformación se reduce intensamente con la resistencia creciente al calor. Esto ha conducido a que las altas temperaturas de la pared del tubo, deseadas con vistas a la producción de etileno, de por ejemplo hasta 1050º C, exijan la utilización de tubos de fundición centrifugada. No obstante, puesto que los tubos de fundición centrifugada sólo se pueden fabricar con pared cilíndrica, se necesita un procedimiento muy especial de conformación, por ejemplo, un trabajo de erosión electrolítica, o un procedimiento de conformación por soldadura, para fabricar tubos con aletas interiores. From the British patent application 969 796 and the European patent publication 1 136 541 A1, the use of cracking tubes with inner fins is also known. Such inner fins of course produce a larger inner surface in a large percentage, for example, by 10% and, therefore, better heat transmission: but they are also linked to the drawback of a remarkably high pressure loss, in comparison with a smooth tube, as a result of friction on the increased inner surface of the tube. The greater pressure loss requires greater system pressure, which necessarily changes the residence time and worsens the performance. In addition, it is added that the known tube materials, with high carbon and chromium contents, can no longer be profiled by cold deformation, for example, by cold drawing. They have the disadvantage that their deformability is greatly reduced with increasing heat resistance. This has led to the desired high temperatures of the tube wall, with a view to the production of ethylene, for example up to 1050 ° C, requiring the use of centrifugal cast iron pipes. However, since centrifugal cast iron pipes can only be manufactured with a cylindrical wall, a very special forming procedure, for example, electrolytic erosion work, or a welding forming procedure, is needed to make pipes with inner fins .

Finalmente, por la solicitud de patente de US, 5 950 718, se conoce también un espectro completo de ángulos de inclinación y también de distancias entre las aletas interiores, no obstante, sin que se tome en consideración la naturaleza de las aletas. Finally, from the US patent application, 5 950 718, a full spectrum of inclination angles and also distances between the inner fins is known, however, without taking into account the nature of the fins.

Ante este telón de fondo, la misión de la invención se basa en mejorar la economía de la disociación térmica de hidrocarburos en hornos tubulares con tubos calentados exteriormente, con aletas interiores de forma helicoidal. Against this backdrop, the mission of the invention is based on improving the economics of thermal dissociation of hydrocarbons in tubular furnaces with externally heated tubes, with helical interior fins.

La solución de la misión consiste en un tubo con aletas según la reivindicación 1. The mission solution consists of a finned tube according to claim 1.

En el tubo con aletas según la invención, una corriente rotatoria inicia vórtices que se desprenden en los flancos de las aletas, de manera que no se llega a una reducción local del vórtice, según el tipo de una corriente circular cerrada, en los valles de las aletas. A pesar de los recorridos evidentemente más largos de las partículas por las trayectorias helicoidales, el tiempo medio de permanencia es menor que en el tubo liso y, además, más homogéneo en la In the finned tube according to the invention, a rotary current initiates vortices arising at the flanks of the fins, so that not reached a local reduction of the vortex, depending on a current closed circular, in the valleys of fins. Despite the evidently longer paths of the particles along the helical paths, the average residence time is shorter than in the smooth tube and, moreover, more homogeneous in the

sección transversal (véase figura 7). Esto se confirma por la mayor velocidad total en el tubo perfilado con torsión (perfil 3), respecto al tubo con aletas rectas (perfil 2). Esto está pues garantizado cuando las aletas discurren en un ángulo, de preferencia, de 25º a 32,5º respecto al eje del tubo. cross section (see figure 7). This is confirmed by the higher total speed in the torsion profiled tube (profile 3), with respect to the tube with straight fins (profile 2). This is thus guaranteed when the fins run at an angle, preferably, from 25 ° to 32.5 ° with respect to the axis of the tube.

En el tubo con aletas según la invención, el aporte de calor forzosamente diferente a lo largo de la periferia del tubo, entre la cara solar y la cara de sombra, se nivela en la pared del tubo y en el interior del tubo, y con esto el calor se evacua con rapidez hacia el interior, a la zona central. Con ello está unida una reducción del peligro de un sobrecalentamiento local del gas de proceso en la pared del tubo, y de la generación de coque pirolítico, ocasionada de este modo. Además, es menor la carga térmica del material del tubo, como consecuencia de la nivelación de temperatura entre cara solar y cara de sombra, lo que conduce a un alargamiento de la vida útil. Finalmente, en el tubo con aletas según la invención se llega también a una homogeneización de la temperatura en toda la sección transversal del tubo, con la consecuencia de una mejor producción de olefinas. El fundamento de esto es que, sin la nivelación radial de temperatura según la invención, en el interior del tubo, se llegaría en la pared caliente del tubo, a un sobrecraqueo, y en el centro del tubo, a una recombinación de los productos de disociación. In the finned tube according to the invention, the necessarily different heat supply along the periphery of the tube, between the sun face and the shadow face, is leveled at the tube wall and inside the tube, and with this heat is quickly evacuated inwards, to the central area. This is coupled with a reduction in the danger of local overheating of the process gas in the tube wall, and of the generation of pyrolytic coke, caused in this way. In addition, the thermal load of the tube material is lower, as a consequence of the temperature leveling between the solar face and the shadow face, which leads to an extension of the useful life. Finally, in the finned tube according to the invention there is also a homogenization of the temperature throughout the cross section of the tube, with the consequence of a better production of olefins. The rationale for this is that, without the radial temperature leveling according to the invention, inside the tube, an overclock would be reached in the hot wall of the tube, and in the center of the tube, a recombination of the products of dissociation.

Por lo demás, en el tubo liso, y reforzado en perfiles de aletas con perímetro interior aumentado mediante aletas, en más del 5%, por ejemplo el 10%, se forma una capa de corriente laminar, característica de corrientes turbulentas, con transmisión muy reducida del calor. Esta capa conduce a la formación reforzada de coque pirolítico, asimismo con mala conductividad térmica. Las dos capas exigen juntamente una mayor aportación de calor, o una mayor potencia de los quemadores. Esto aumenta la temperatura (TMT) de la pared del tubo y, por tanto, acorta la vida útil. Moreover, in the smooth tube, reinforced profiles fins inner circumference increased by fins, more than 5%, for example 10%, a layer of current sheetlike characteristic of turbulent flows, with transmission very reduced heat This layer leads to the reinforced formation of pyrolytic coke, also with poor thermal conductivity. The two layers together demand a greater contribution of heat, or a greater power of the burners. This increases the temperature (TMT) of the tube wall and therefore shortens the service life.

La invención evita esto haciendo que el perímetro interior del perfil sea como máximo el 5%, por ejemplo, el 4% o también el 3,5%, referido al perímetro del círculo circunscrito tangente a los valles de las aletas. Expresado de otro modo: el perímetro relativo del perfil asciende como máximo a 1,05 del perímetro del círculo circunscrito. Por consiguiente, la diferencia de superficies del tubo perfilado según la invención, es decir, su superficie interior desarrollada, referida a un tubo liso con el diámetro del círculo circunscrito, asciende como máximo a +5% ó a 1,05 veces la superficie del tubo liso. The invention avoids this by making the inner perimeter of the profile a maximum of 5%, for example, 4% or also 3.5%, referring to the perimeter of the circumscribed circle tangent to the fin valleys. In other words: the relative perimeter of the profile amounts to a maximum of 1.05 of the perimeter of the circumscribed circle. Therefore, the difference in surfaces of the profiled tube according to the invention, that is, its developed inner surface, referred to a smooth tube with the diameter of the circumscribed circle, amounts to a maximum of + 5% or 1.05 times the surface of the smooth tube

El perfil del tubo según la invención, permite un menor peso específico (kg/m) del tubo, en comparación con un tubo con aletas, en el que el perímetro interior del perfil es al menos el 10% mayor que el perímetro del círculo circunscrito. Esto lo muestra una comparación de dos tubos con el mismo diámetro hidráulico y, por consiguiente, con igual pérdida de presión, así como con igual resultado termotécnico. The profile of the tube according to the invention allows a lower specific weight (kg / m) of the tube, compared to a finned tube, in which the inner perimeter of the profile is at least 10% greater than the perimeter of the circumscribed circle . This is shown by a comparison of two tubes with the same hydraulic diameter and, consequently, with equal pressure loss, as well as with the same thermo-technical result.

Otra ventaja del perímetro del perfil según la invención, referido al perímetro del círculo circunscrito (perímetro relativo del perfil), consiste en un calentamiento más rápido del gas empleado, para una temperatura reducida de la pared del tubo. Another advantage of the perimeter of the profile according to the invention, referred to the perimeter of the circumscribed circle (relative perimeter of the profile), consists in a faster heating of the gas used, for a reduced temperature of the tube wall.

La corriente rotatoria producida según la invención, reduce la capa laminar muy notablemente; además está vinculada con un vector de velocidad dirigido hacia el centro del tubo, y que reduce el tiempo de permanencia de radicales de craqueo o productos de disociación en la pared caliente del tubo, así como su transformación química y catalítica en coque pirolítico. Adicionalmente, mediante la corriente rotatoria según la invención, se nivelan las diferencias de temperatura no irrelevantes en los tubos con perfil interior con aletas altas, entre los valles de las aletas y las aletas. Con ello se aumenta la distancia temporal entre dos descoquizaciones necesarias. Sin la corriente rotatoria según la invención, se produce entre las cimas de las aletas y el fondo de los valles de las aletas, una diferencia de temperatura no irrelevante. El tiempo de permanencia de los productos de disociación que tienden a la coquización, es más corto en el caso de tubos de craqueo provistos con aletas interiores de forma helicoidal; esto es función en el caso particular, de la naturaleza de las aletas. The rotary current produced according to the invention reduces the laminar layer very significantly; It is further associated with a velocity vector directed toward the center of the tube, and reducing the residence time of cracking radicals or cracking products at the hot tube wall and the chemical and catalytic conversion in pyrolytic coke. Additionally, by means of the rotary current according to the invention, non-irrelevant temperature differences are leveled in the inner profile tubes with high fins, between the fin valleys and the fins. This increases the time distance between two necessary decodes. Without the rotating current according to the invention, a non-irrelevant temperature difference occurs between the tops of the fins and the bottom of the fin valleys. The residence time of the dissociation products that tend to coke, is shorter in the case of cracking tubes provided with helical inner fins; This is a function in the particular case of the nature of the fins.

El diagrama muestra: The diagram shows:

Curva superior: Upper curve:: perfil 6: paso de16º profile 6: 16º step

Curva central: Central curve:: perfil 3: paso de 30º profile 3: 30º step

Curva inferior: Lower curve:: perfil 4: 3 aletas con paso de 30º profile 4: 3 fins with 30º step

El trazado de las curvas muestra claramente que la mayor velocidad periférica del perfil 2 con aletas de 4,8 mm de altura, se agota dentro de los valles de las aletas, mientras la velocidad periférica del perfil según la invención con una altura de las aletas de sólo 2 mm penetra en el centro de la corriente. La velocidad periférica del perfil 4 con sólo 3 aletas, es por cierto casi tan alta, pero no provoca ninguna aceleración de forma helicoidal de la corriente central. Plotting curves clearly shows that the higher peripheral speed profile 2 with fins 4.8 mm high, is exhausted within the troughs of the fins, while the peripheral velocity of the profile according to the invention with a fin height only 2 mm penetrates the center of the current. The peripheral velocity of profile 4 with only 3 fins, is certainly almost as high, but does not cause any helical acceleration of the central current.

El perfil según la invención provoca según el trazado de las curvas en el diagrama de la figura 2, una aceleración de forma helicoidal en los valles de las aletas (ramal de la curva superior), que abarca la zona ancha de la sección transversal del tubo y, por tanto, provoca una homogeneización de la temperatura en el tubo. La menor velocidad periférica en las cimas de las aletas (ramal de la curva inferior) garantiza, además, que no se llegue a vórtices ni a corrientes de reflujo. The profile according to the invention causes by plotting curves in the diagram of Figure 2, an acceleration helically in the valleys of the fins (branch of the upper curve), covering the wide area of the cross section of the tube and, therefore, causes a homogenization of the temperature in the tube. The lower peripheral velocity at the tops of the fins (branch of the lower curve) also ensures that vortexes and reflux currents are not reached.

En la figura 3 están representados en sección transversal, tres tubos de prueba con sus datos, entre ellos también el perfil 3 según la invención. Los diagramas reproducen en cada caso, la marcha de la temperatura a lo largo del diámetro (radio) del tubo en la cara de sombra y en la cara solar. Una comparación de los diagramas muestra la menor diferencia de temperatura entre la pared y el centro del tubo, así como la menor temperatura del gas en la pared del tubo, en el caso del perfil 3 según la invención. In figure 3, three test tubes with their data are represented in cross section, including also profile 3 according to the invention. The diagrams reproduce in each case the temperature march along the diameter (radius) of the tube in the shadow face and in the solar face. A comparison of the diagrams shows the lowest temperature difference between the wall and the center of the tube, as well as the lower temperature of the gas in the tube wall, in the case of profile 3 according to the invention.

La corriente rotatoria producida según la invención, garantiza que la fluctuación de la temperatura en la pared interior, a lo largo de la periferia del tubo, es decir, entre la cara solar y la cara de sombra, está situada por debajo de 12º C, a pesar de que los serpentines de un horno tubular dispuestos normalmente en hileras paralelas, se calientan con ayuda de quemadores en la pared lateral, o se aplican con gases de combustión, únicamente en caras opuestas una a otra y, por tanto los tubos poseen una cara solar vuelta hacia los quemadores, y una cara de sombra desplazada 90º de aquella. La temperatura media de la pared del tubo, es decir, la diferencia de temperatura de la pared del tubo entre la cara solar y la cara de sombra, conduce a tensiones y, por tanto, determina la vida útil de los tubos. Así, de la reducción que se puede ver en el diagrama de la figura 4, de 11º de la temperatura media de la pared de un tubo según la invención con ocho aletas con un paso de 30º, con un diámetro interior del tubo de 38,8 mm y con un diámetro exterior del tubo de 50,8 mm, por tanto con una diferencia de la altura entre valles de las aletas y cimas de las aletas, de 2mm, en comparación con un tubo liso de igual diámetro, se deduce con referencia a una vida útil media de 5 años, para una temperatura de funcionamiento de 1050º C, una elevación calculada de la vida útil, hasta unos 8 años. The rotary current produced according to the invention ensures that the temperature fluctuation in the inner wall, along the periphery of the tube, that is, between the solar face and the shadow face, is located below 12 ° C, although coils a normally arranged in parallel rows, tube furnace are heated using burners on the side wall, or applied with combustion gases, only opposite one another faces and therefore the tubes have a solar face turned towards the burners, and a shadow face displaced 90º from that. The average temperature of the tube wall, that is, the temperature difference of the tube wall between the solar face and the shadow face, leads to stresses and, therefore, determines the life of the tubes. Thus, of the reduction that can be seen in the diagram of Figure 4, of 11 ° of the average temperature of the wall of a tube according to the invention with eight fins with a passage of 30 °, with an inside diameter of the tube of 38, 8 mm and with an outer diameter of the tube of 50.8 mm, therefore with a difference in the height between the valleys of the fins and the tops of the fins, of 2 mm, in comparison with a smooth tube of equal diameter, it is deduced with reference to an average lifespan of 5 years, for an operating temperature of 1050º C, a calculated lifespan rise, up to about 8 years.

La distribución de temperaturas entre cara solar y cara de sombra para los tres perfiles de la figura 3, se deduce del diagrama de la figura 5. Hay que destacar aquí el inferior nivel de la curva de temperatura para el perfil 3 en comparación con el tubo liso (perfil 0), y la anchura notablemente menor de la oscilación de la curva del perfil 3, en comparación con la curva del perfil 1. The distribution of temperatures between the solar face and the shadow face for the three profiles in figure 3 is deduced from the diagram in figure 5. The lower level of the temperature curve for profile 3 must be highlighted here compared to the tube smooth (profile 0), and the noticeably smaller width of the oscillation of the profile 3 curve, compared to the profile 1 curve.

Una distribución de temperaturas especialmente favorable se ajusta cuando las isotermas de la pared interior del tubo, discurren hacia el centro de la corriente, en forma helicoidal. An especially favorable temperature distribution is adjusted when the isotherms of the inner wall of the tube run towards the center of the current, in a helical manner.

Se produce una distribución más uniforme de la temperatura en la sección transversal, en especial cuando la velocidad periférica se establece dentro de 2 a 3 m, y después permanece constante a todo lo largo del tubo. A more uniform temperature distribution occurs in the cross section, especially when the peripheral velocity is set within 2 to 3 m, and then remains constant throughout the length of the tube.

Con vistas a una alta producción de olefinas, el procedimiento según la invención, en el caso de longitud relativamente más corta del tubo, se debería de poner en funcionamiento de manera que el factor de homogeneidad de la temperatura en la sección transversal, y el factor de homogeneidad de la temperatura referido al diámetro hidráulico, en la relación al factor de homogeneidad de un tubo liso (HG0), sea superior a 1. A este respecto los factores de homogeneidad están definidos como sigue: In view of high olefin production, the process according to the invention, in the case of relatively shorter length of the tube, should be put into operation such that the temperature homogeneity factor in the cross-section, and the factor of homogeneity of the temperature referred to the hydraulic diameter, in relation to the homogeneity factor of a smooth tube (HG0), is greater than 1. In this respect the homogeneity factors are defined as follows:

HG [-] Hp0 = 0 · dxx · d0 HG [-] Hp0 = 0 · dxx · d0

El diagrama de flujo producido según la invención, de corriente central y corriente rotatoria, se puede conseguir con un tubo con aletas, en el que el ángulo de los flancos de cada una de las aletas que pasan a lo largo de un tramo tubular, es decir, el ángulo externo entre los flancos de las aletas y el radio del tubo, sea de 16º a 25º, de preferencia de 19º a 21º. Un ángulo semejante de los flancos, garantiza en unión con un paso de las aletas de 20º a 40º, por ejemplo, de 22,5º a 32,5º, que en los valles de las aletas no se produzca una corriente turbulenta más o menos cerrada en sí misma que vuelva a los valles de las aletas, detrás de los flancos de las aletas, y que conduzca en los valles de las aletas, a generar “twisters” no deseados, es decir, trenzados de vórtices. Los vórtices generados en los valles de las aletas, más bien se desprenden de los flancos de las aletas, y son absorbidos por la corriente rotatoria. La energía de rotación inducida por las aletas, acelera las partículas gaseosas, y conduce a una mayor velocidad total. Esto conduce a una disminución y homogeneización de la temperatura de la pared del tubo, y a una homogeneización de la temperatura y del tiempo de permanencia en la sección transversal del tubo. The flowchart produced according to the invention, central current and rotary current, can be achieved with a finned tube in which the flank angle of each of the fins passing along a tubular section, is that is, the external angle between the flanks of the fins and the radius of the tube, is from 16º to 25º, preferably from 19º to 21º. A similar angle of the flanks, guarantees in conjunction with a passage of the fins from 20º to 40º, for example, from 22.5º to 32.5º, that a more or less closed turbulent current does not occur in the fin valleys itself to return to the valleys of the fins behind the flanks of the fins, and leads in the valleys of the fins, to generate "twisters" unwanted, ie twisted vortices. The vortices generated in the valleys of the fins, rather come off the flanks of the fins, and are absorbed by the rotating current. The rotational energy induced by the fins, accelerates the gaseous particles, and leads to a greater total velocity. This leads to a decrease and homogenization of the temperature of the tube wall, and a homogenization of the temperature and the residence time in the cross-section of the tube.

La naturaleza del tubo con aletas según la invención, se deduce de la representación de un segmento de tubo en la figura 6, y de los parámetros característicos correspondientes. The nature of the finned tube according to the invention is deduced from the representation of a tube segment in Figure 6, and the corresponding characteristic parameters.

--: Diámetro hidráulico Dh en mm, RI : Oh / 2 Hydraulic diameter Dh in mm, RI: Oh / 2

--: Ángulo de flancos � Edge Angle �

--: Altura de la aleta H Fin height H

--: Radio del círculo circunscrito Ra = RI + H, y Da = 2 x Ra Radius of the circumscribed circle Ra = RI + H, and Da = 2 x Ra

--: Ángulo en el centro a Angle in the center to

--: Radio de curvatura R = Ra (sen a / 2 sen � + sen a) Radius of curvature R = Ra (sin a / 2 sen � + sin a)

--: Perímetro del círculo circunscrito 2 I Ra Perimeter of the circumscribed circle 2 I Ra

--: Ángulo en el triángulo escaleno y = 180 – (a + �) Angle in the scalene triangle y = 180 - (a + �)

--: Radio interior RI = 2R (sen y / sen a) – R Inner radius RI = 2R (sen y / sin a) - R

--: Perímetro del perfil Up = 2 x número de aletas x nR/180 (2 � + a) Profile perimeter Up = 2 x number of fins x nR / 180 (2 � + a)

--: Superficie de la aleta FR FR fin surface

--: Superficie del círculo circunscrito Fa = I Oa2/4 Surface of the circumscribed circle Fa = I Oa2 / 4

--: Superficie del círculo interior FI = I · DI Inner circle surface FI = I · DI

--: Superficie del perfil dentro del círculo circunscrito FP = FR · número de aletas Profile surface within the circumscribed circle FP = FR · number of fins

--: Perímetro del perfil Up = máximo 1,05 · 2 I Ra Profile perimeter Up = maximum 1.05 · 2 I Ra

Las aletas y los valles de las aletas que se encuentran entre las aletas, están configuradas en sección transversal, con simetría de espejo, y forman una línea ondulada con radios iguales de curvatura. El ángulo de flancos se produce entonces entre las tangentes de los dos radios respectivos de curvatura en el punto de contacto, y el radio del tubo. En este caso las aletas son relativamente planas; la altura de la aleta y el ángulo de flancos se armonizan uno con otro, de manera que el diámetro hidráulico del perfil, de la relación 4 x sección transversal libre / perímetro del perfil, sea igual o mayor que el círculo interior del perfil. Por consiguiente el diámetro hidráulico está situado en el tercio interior de la altura del perfil. Con ello aumentan la altura de las aletas y el número de las aletas, con el diámetro creciente, de manera que la corriente rotatoria permanece en la dirección e intensidad necesaria para la acción del perfil. The fins and the valleys of the fins that are between the fins, are configured in cross-section, with mirror symmetry, and form a wavy line with equal radii of curvature. The flank angle is then produced between the tangents of the two respective radii of curvature at the point of contact, and the radius of the tube. In this case the fins are relatively flat; the height of the fin and the angle of flanks harmonize with each other, so that the hydraulic diameter of the profile, of the ratio 4 x free cross section / perimeter of the profile, is equal to or greater than the inner circle of the profile. Therefore the hydraulic diameter is located in the inner third of the profile height. This increases the height of the fins and the number of the fins, with the increasing diameter, so that the rotating current remains in the direction and intensity necessary for the action of the profile.

Entre las aletas o en los valles de las aletas, se produce una mayor velocidad de circulación (figura 2) que conduce a un efecto de autolimpieza, por tanto, a menores depósitos de coque pirolítico. Between the fins or in the valleys of the fins, there is a higher circulation speed (Figure 2) that leads to a self-cleaning effect, therefore, to lower deposits of pyrolytic coke.

Los ensayos han demostrado que scon independencia del diámetro interior de los tuboss son suficientes en total de 8 a 12 aletas, para conseguir el diagrama de flujo según la invención. Tests have shown that regardless of the inner diameter of the tuboss, a total of 8 to 12 fins is sufficient to achieve the flow chart according to the invention.

En el tubo con aletas según la invención, la relación QR / Q0 del cociente de los coeficientes de transmisión del calor, al cociente LPR / LP0 de las pérdidas de presión en el ensayo con agua, utilizando y observando las leyes de semejanza, y utilizando los números de Reynold determinados para una mezcla de nafta / vapor de agua, es de preferencia de 1,4 a 1,5, significando R un tubo con aletas y 0, un tubo liso. In the finned tube according to the invention, the QR / Q0 ratio ratio of the coefficients of heat transfer, the ratio LPR / LP0 of pressure losses in the water test, using and observing the laws of similarity and using Reynold numbers determined for a mixture of gasoline / water vapor, is preferably 1.4 to 1.5, R meaning a tube with fins and 0, a smooth tube.

La superioridad del tubo con aletas según la invención (perfil 3) en comparación con un tubo liso (perfil 0), así como con un tubo con aletas paralelas al eje (perfil 1) en las que la distancia radial entre los valles de las aletas y las cimas de las aletas, asciende a 4,8 mm, la ilustran los datos de la tabla siguiente. Todos los tubos con aletas te-nían 8 aletas, así como el mismo círculo circunscrito. The superiority of the finned tube according to the invention (profile 3) compared to a smooth tube (profile 0) and a pipe with parallel fins to the axis (profile 1) in which the radial distance between the valleys of the fins and the tops of the fins, amounts to 4.8 mm, are illustrated by the data in the following table. All finned tubes had 8 fins, as well as the same circumscribed circle.

PERFIL PROFILE: 0 1 3 0 one 3

Temperatura del fluido para 9950 mm en el centro Tm[ºC] Fluid temperature for 9950 mm at the center Tm [ºC]: 843,6 848,1 843,0 843.6 848.1 843.0

Temperatura del fluido para 9950 mm en el borde Tr[ºC] Fluid temperature for 9950 mm at the edge Tr [ºC]: 888,9 894 874,8 888.9 894 874.8

Apertura de temperatura para 9950 mm LT=Tr - Tm[ºC] Temperature opening for 9950 mm LT = Tr - Tm [ºC]: 45,3 45,9 31,8 45.3 45.9 31.8

Factor de homogeneidad respecto al tubo liso Hat Ht = LTq / Ltx Homogeneity factor with respect to the plain tube Hat Ht = LTq / Ltx: 1 0,9869281 1,4245283 one 0.9869281 1,4245283

Diámetro hidráulico dh [mm] Hydraulic diameter dh [mm]: 0,0380 0,0258 0,0344 0.0380 0.0258 0.0344

Factor de homogeneidad del 0 hidráulico, respecto al tubo liso Ht0: Ht0 = LT0 · dx/LTx · d0 Homogeneity factor of 0 hydraulic, with respect to the smooth tube Ht0: Ht0 = LT0 · dx / LTx · d0: 1 0,8477193 1,3420558 one 0.8477193 1.3420558

Categoría H: Category H:: 2 2 1 2 2 one

Aquí se define el diámetro hidráulico como sigue: Here the hydraulic diameter is defined as follows:

Dhydr = 4 x (sección transversal libre) / perímetro interior; Dhydr = 4 x (free cross section) / inner perimeter;

corresponde de preferencia al diámetro interior de un tubo liso comparable, y produce un factor de homogeneidad de 1,425. preferably corresponds to the inside diameter of a comparable smooth tube, and produces a homogeneity factor of 1,425.

El tubo con aletas según la invención produce en el ensayo con agua, una transmisión (QR) del calor superior en un factor 2,56, en comparación con el tubo liso, para una pérdida (LPR) de presión elevada solamente en un factor 1,76. The finned tube according to the invention produces in the test with water, a higher heat transmission (QR) by a factor of 2.56, compared to the smooth tube, for a high pressure loss (LPR) only by a factor 1 , 76.

En la figura 7, a un tubo de pared interior lisa (tubo liso) se confrontan tres tubos de distinto perfil, entre los cuales un tubo según la invención con 8 aletas con un paso de 30º cada una. Para cada sección transversal se indican, el diámetro hidráulico, la velocidad axial, el tiempo de permanencia y la pérdida de presión. In Figure 7, a tube of smooth interior wall (smooth tube) is confronted with three tubes of different profile, among which a tube according to the invention with 8 fins with a passage of 30 ° each. For each cross section, the hydraulic diameter, axial speed, residence time and pressure loss are indicated.

Datos de partida fueron las cantidades de paso de un tubo liso que se encuentre en funcionamiento, con 38 mm de diámetro interior que es idéntico al diámetro hidráulico. Estos datos fueron convertidos según las leyes de semejanza (números iguales de Reynold) y se tomaron como fundamento para los ensayos con agua caliente (véase relación del cociente de la transmisión de calor y de la pérdida de presión para ensayos con agua, así como el factor de homogeneidad en el cálculo con gases). Starting data were the amounts of passage of a smooth tube that is in operation, with 38 mm of internal diameter that is identical to the hydraulic diameter. These data were converted according to the laws of similarity (equal Reynold numbers) and were taken as the basis for hot water tests (see ratio of heat transfer ratio and pressure loss for water tests, as well as homogeneity factor in the calculation with gases).

Los diferentes perfiles de velocidad se deducen de las mismas cantidades de paso, para diferentes diámetros hidráulicos (relación recíproca). Different speed profiles are deducted from the same step quantities, for different hydraulic diameters (reciprocal ratio).

La comparación de las velocidades en los perfiles 2 y 3 iguales en su sección transversal, aclara la mejor velocidad, aceleración y tiempo de permanencia en los tubos según la invención (perfil 3). Para el mismo diámetro hidráulico, la componente de la velocidad en dirección periférica, ocasionada por la rotación de las aletas, provoca un desprendimiento de la corriente, de la pared del tubo, y una velocidad creciente en forma helicoidal en toda la sección transversal. The comparison of the speeds in profiles 2 and 3 equal in their cross-section clarifies the best speed, acceleration and residence time in the tubes according to the invention (profile 3). For the same hydraulic diameter, the component of the velocity in the peripheral direction, caused by the rotation of the fins, causes a detachment of the current, of the tube wall, and an increasing velocity in helical form throughout the cross section.

Gracias a la corriente orientada en forma helicoidal, el calor de la pared del tubo se absorbe en la corriente y, por tanto, se distribuye más uniformemente que en una corriente turbulenta normal no orientada (tubo liso, perfiles 1 y 2). Lo mismo es válido para el tiempo de permanencia de las partículas. La corriente orientada en forma helicoidal distribuye las partículas más uniformemente en la sección transversal, mientras que la aceleración en los flancos de los perfiles, reduce el tiempo medio de permanencia. La superior pérdida de presión del perfil 3, resulta de la velocidad periférica. En el perfil 1, la causa reside en el fuerte estrechamiento de la corriente, y en la pérdida por fricción en la gran superficie interior del perfil. Thanks to the helically oriented current, the heat of the tube wall is absorbed in the current and, therefore, is distributed more evenly than in a normal non-oriented turbulent current (smooth tube, profiles 1 and 2). The same is true for the residence time of the particles. The helically oriented current distributes the particles more evenly in the cross section, while the acceleration in the flanks of the profiles, reduces the average residence time. The superior pressure loss of profile 3 results from peripheral speed. In profile 1, the cause lies in the strong narrowing of the current, and in the friction loss in the large inner surface of the profile.

Los tubos con aletas según la invención se pueden fabricar, en cada caso según el material, por ejemplo, a partir de un tubo de fundición centrifugada, haciendo que los extremos de un tubo con aletas paralelas al eje, se tuerzan uno respecto a otro, o que el perfil interior se produzca por conformación previa de un tubo de fundición centrifugada, por ejemplo, por forja en caliente, estirado en caliente o deformación en frío sobre una herramienta de perfiles, por ejemplo, un mandril volante con un perfil exterior correspondiente al perfil interior del tubo. The finned tubes according to the invention can be manufactured, in each case according to the material, for example, from a centrifuged cast iron tube, causing the ends of a tube with fins parallel to the axis, twist relative to each other, or that the inner profile is produced by pre-forming a centrifuged cast iron tube, for example, by hot forging, hot drawing or cold deformation on a profile tool, for example, a flying mandrel with an outer profile corresponding to the inner profile of the tube.

Se conocen máquinas cortadoras para el perfilado interior de tubos, en distintas variantes, por ejemplo, por la solicitud alemana de patente 195 23 280. Estas máquinas son también apropiadas para la fabricación de un tubo con aletas según la invención. Cutting machines are known for the internal profiling of tubes, in different variants, for example, by the German patent application 195 23 280. These machines are also suitable for the manufacture of a finned tube according to the invention.

En la conformación en caliente, la temperatura de conformación se debería de ajustar de manera que en la zona de la superficie interior se llegue a una destrucción parcial del grano de la microestructura y, por lo tanto, posteriormente, a una recristalización bajo la influencia de la temperatura de trabajo. La consecuencia de esto es una microestructura de grano fino, que conduce a una difusión rápida de cromo, silicio y/o aluminio a través de la matriz austenítica, hacia la superficie interior del tubo, y allí, a la creación rápida de una capa protectora de óxido. In hot forming, the forming temperature should be adjusted so that in the area of the inner surface a partial destruction of the microstructure grain is reached and, therefore, subsequently, a recrystallization under the influence of Working temperature The consequence of this is a fine-grained microstructure, which leads to a rapid diffusion of chromium, silicon and / or aluminum through the austenitic matrix, towards the inner surface of the tube, and there, to the rapid creation of a protective layer of rust

La superficie interior del tubo según la invención, debería de tener la menor rugosidad posible; por lo tanto puede estar alisada, por ejemplo, pulida mecánicamente o igualada electrolíticamente. The inner surface of the tube according to the invention should have the least possible roughness; therefore it can be smoothed, for example, mechanically polished or electrolytically matched.

Como materiales para el tubo son apropiados para el empleo en instalaciones de etileno, aleaciones de hierro o de níquel con 0,1% a 0,5% de carbono, 20 a 35% de cromo, 20 a 70% de níquel, hasta 3% de silicio, hasta 1% de niobio, hasta 5% de wolframio, así como adiciones de hafnio, titanio, tierras raras o circonio, de hasta 0,5% de cada una, y hasta 6% de aluminio. As materials for the tube they are suitable for use in installations of ethylene, iron or nickel alloys with 0.1% to 0.5% carbon, 20 to 35% chromium, 20 to 70% nickel, up to 3 % silicon, up to 1% niobium, up to 5% tungsten, as well as additions of hafnium, titanium, rare earths or zirconium, up to 0.5% each, and up to 6% aluminum.

Claims

REIVINDICACIONES

1. one.: Tubo con aletas para el craqueo térmico de hidrocarburos en presencia de vapor, caracterizado por aletas interiores inclinadas con un ángulo de 20º a 40º con respecto al eje del tubo, que discurren en forma helicoidal al radio (RI) del círculo que toca las cimas de las aletas, y valles de las aletas y cimas de las aletas contiguas unas a otras con simetría de espejo, en forma de una línea ondulada, con el mismo radio de curvatura, en los que el ángulo ( ) de flancos de la respectiva tangente en el punto de contacto de los dos radios (R) de curvatura con respecto a la perpendicular al radio (RI) del círculo que toca las cimas de las aletas en el punto culminante de cada uno de los valles de las aletas o de las cimas de las alteas, es de 18º a 25º, Tube with fins for thermal cracking of hydrocarbons in the presence of steam, characterized by inclined inner fins with an angle of 20º to 40º with respect to the axis of the tube, which run helically to the radius (RI) of the circle that touches the tops of the fins, and valleys of the fins and tops of the fins adjacent to each other with mirror symmetry, in the form of a wavy line, with the same radius of curvature, in which the angle () of flanks of the respective tangent in the point of contact of the two radii (R) of curvature with respect to the perpendicular to the radius (RI) of the circle that touches the tops of the fins at the climax of each of the valleys of the fins or the tops of the alteas, is from 18º to 25º,

2. 2.: Tubo con aletas según la reivindicación 1, caracterizado porque el ángulo de inclinación es de 22,5º a 32,5º. Tube with fins according to claim 1, characterized in that the angle of inclination is from 22.5 ° to 32.5 °.

3.3.: Tubo con aletas según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el perímetro interior del perfil es mayor en un máximo del 5%, referido al perímetro del círculo circunscrito que toca los valles de las aletas. Tube with fins according to claim 1 or 2, characterized in that the inner perimeter of the profile is greater by a maximum of 5%, based on the perimeter of the circumscribed circle that touches the valleys of the fins.

4.Four.: Tubo con aletas según alguna de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el ángulo (�) de flancos de las aletas, es de 19 a 21º. Tube with fins according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the angle (�) of flanks of the fins is 19 to 21 °.

5. 5.: Tubo con aletas según alguna de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por en total seis a doce aletas. Tube with fins according to any one of claims 1 to 3, characterized by a total of six to twelve fins.

6.6.: Tubo con aletas según alguna de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el diámetro hidráulico del tubo con aletas es al menos igual al diámetro (RI) del círculo interior. Finned tube according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the hydraulic diameter of the finned tube is at least equal to the diameter (RI) of the inner circle.

7.7.: Tubo con aletas según alguna de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la relación QR / Q0 del cociente de los coeficientes de transmisión del calor, al cociente LPR /LP0 de las pérdidas de presión en el ensayo con agua, es de 1,4 a 1,5, significando R un tubo con aletas y 0, un tubo liso. Tube with fins according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the QR / Q0 ratio of the ratio of the heat transmission coefficients, to the LPR / LP0 ratio of the pressure losses in the water test, is 1.4 to 1.5, R meaning a tube with fins and 0, a smooth tube.

8.8.: Tubo con aletas según alguna de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el radio (R) de curvatura de la sección transversal de la aleta, es de 3,5 a 20 mm. Tube with fins according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the radius (R) of curvature of the cross section of the fin is 3.5 to 20 mm.

9.9.: Tubo con aletas según alguna de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por una altura (H) de las aletas de 1,25 a 3 mm. Tube with fins according to any one of claims 1 to 8, characterized by a height (H) of the fins of 1.25 to 3 mm.

10.10.: Tubo con aletas según alguna de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la sección transversal libre dentro del perímetro (Up) del perfil, es de un 85 a un 95% de la superficie del círculo (Fa) circunscrito. Tube with fins according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the free cross-section within the perimeter (Up) of the profile is 85 to 95% of the surface of the circumscribed circle (Fa).

11.eleven.: Tubo con aletas según alguna de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la superficie (Fp) del perfil es del 40 al 50% de la superficie anular entre el círculo circunscrito y el círculo interior. Tube with fins according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the surface (Fp) of the profile is 40 to 50% of the annular surface between the circumscribed circle and the inner circle.

12.12.: Tubo con aletas según alguna de las reivindicaciones 1 a 11, de fundición centrifugada de una aleación de níquel con 0,1% a 0,5% de carbono, 20 a 35% de cromo, 20 a 70% de níquel, hasta 3% de silicio, hasta 1% de niobio, hasta 5% de wolframio, así como adiciones de hafnio, titanio, tierras raras o circonio, de hasta 0,5% de cada una, y hasta 6% de aluminio. Finned tube according to any one of claims 1 to 11, of centrifugal casting of a nickel alloy with 0.1% to 0.5% carbon, 20 to 35% chromium, 20 to 70% nickel, up to 3% of silicon, up to 1% of niobium, up to 5% of tungsten, as well as additions of hafnium, titanium, rare earths or zirconium, of up to 0.5% of each, and up to 6% of aluminum.

13.13.: Tubo con aletas según la reivindicación 12, en el que la aleación contiene aislada o simultáneamente, al menos 0,02% de silicio, 0,1% de niobio, 0,3% de wolframio y 1,5% de aluminio. Finned tube according to claim 12, wherein the alloy contains at least 0.02% silicon, 0.1% niobium, 0.3% tungsten and 1.5% aluminum.