FR2490317A1

FR2490317A1 - Echangeur de chaleur et procede d'enlevement d'un depot de coke dans cet echangeur

Info

Publication number: FR2490317A1
Application number: FR8117342A
Authority: FR
Inventors: Takao Onuki; Shigeru Kezobo; Ritsuo Hashimoto; Toshiro Okamoto; Kazumichi Hiramatsu; Nobuhiro Sakaguchi; Takeshi Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1980-09-12
Filing date: 1981-09-14
Publication date: 1982-03-19
Also published as: FR2490317B1; IT1138595B; IT8123939A0

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LES ECHANGEURS DE CHALEUR. LE PROBLEME POSE CONSISTE A PERMETTRE L'ENLEVEMENT D'UN DEPOT RESULTANT D'UNE COMBUSTION. SUIVANT L'INVENTION, UN TEL ECHANGEUR COMPREND DES CHAMBRES D'EBULLITION 32, 34 EN FORME DE TAMBOUR, FORMEES PAR DES PLAQUES 45, 45, 51, 51 AYANT UNE EPAISSEUR DE PAROI FAIBLE ET DISPOSEES DU COTE DE L'ENTREE DE GAZ A LA PARTIE SUPERIEURE, UN GROUPE DE TUBES DOUBLES 35 PLACES ENTRE LES CHAMBRES D'EBULLITION INFERIEURE ET SUPERIEURE, ET UN CORPS D'ISOLATION THERMIQUE 36 PLACE AUTOUR DU GROUPE DE TUBES DOUBLES. L'INVENTION TROUVE UNE APPLICATION PARTICULIERE DANS L'INDUSTRIE DU PETROLE.

Description

Echangeur de chaleur et procéda d'enlèvement d'un dépot
de coke dans cet échangeur
La presen1:e invention concerne un échangeur de chaleur et elle porte plus particulièrement sur une structure d'un échangeur de chaleur du type à tubes doubles destiné à refroidir rapidemert un gaz à haute température passant a travers d'autres dispositifs, avec un réfrigérant tel que de I'eau, et à récupérer de la vapeur à haute pression au un corps analogue, grâce à la chaleur qui est cédée à ce moment par le gaz à haute température0
Dans l'art antérieur, on a largement utilisé en tant quréchangeur de chaleur pour des fluides à haute temperature (y compris le cas dans lequel un seul des fluides est à une température élevée) et à haute pression (y compris le cas dans lequel un seul des fluides est à une pression élevee) des échangeurs de chal.eur du type multitube à plaque tubulaire fixe. Ces échangeurs ont été utilisés er tant qu'échangeurs de chaleur à refroidissement rapide pour refroidir rapidement un gaz à haute température soumis à une opération de craquage qui est évacué d'un four de craquage dans un processus de fabrication dioléfines en phase gazeuse.

Ces types d'échangeur de chaleur comprennent par exemple de façon générale un échangeur de chaleur du type à plaque cubulaire fixe, représenté sur la figure t des dessins annexés, un échangeur de chaleur du type à plaque tubulaire fixe à paroi mince, représenté sur la figure 2, et un échangeur de chaleur du type à doubles tubes ayant des collecteurs elliptiques, représenté sur la figure 30
On décrira brièvement ci-après ces types d'échangeur de chaleur0 (i) Echangeur de chaleur du type à plaque tubulaire fixe
représenté sur la figure I
Ce type d'échangeur de chaleur est largement utilisé de façon générale en tant que chaudière à reçu- pération de chaleur du type à tubes de fumée.Une plaque tubulaire d'entrée 01 de la chaudière est renforcée au moyen de tubes de transfert de chaleur 04 ayant une épaisseur de paroi suffisante pour faire fonction de tubestirants0 Une chambre 05 qui permet le passage d'un fluide à haute température 02 est protégée au moyen d'une matière isolante réfractaire 03 (2) Echangeur de chaleur du type à plaque tubulaire fixe à
paroi mince, représenté sur la figure 2
Ce type est similaire à l'échangeur de chaleur du type à plaque tubulaire si2e mentionné ci-dessus, et il comporte des tubes de transfert de chaleur 13 montés sur une plaque tubulaire d'entrée de gaz il qui est renforcée par des tirants 12, ou d'autres moyens disposés sur le côté d'un corps cylindrique de la plaque tubulaire Il (soit, en d'autres termes, du côté par lequel est introduit un fluide à basse température)0 (3) Echangeur de chaleur du type à doubles tubes comportant
des collecteurs elliptiques, représenté sur la figure
3 (a).

Ce type d'échangeur de chaleur comprend une chambre d'entrée de gaz inférieure 21, des collecteurs inférieurs 22, une chambre de sortie de gaz supérieure 23, des collecteurs supérieurs 24 et un groupe de tubes doubles 25 fixés à ces collecteurs et s'étendant entre les collecteurs supérieurs et inférieurs0 La figure 3 (bY est une représentation agrandie d'un exemple d'un tube double fixé à un collecteur0 Comme le rentre la figure, le collec-ur 29 présente une forme elliptique, le tube double est composé dtun tube intérieur 25 et d'un tube extérieur 26, et ces tubes 25 et 26 sont fixés au collecteur 29 de façon que les tubes intérieur et extérieur puissent respectivement définir des passages pour un gaz en circulation et pour un fluide à basse température s'écoulant à leextérieur du tube intérieur.

En considérant maintenant la figure 3 (a), on voit que le gaz à haute température introduit par un orifice d'entrée 27 établi sur la chambre d'entrée de gaz 21 est refroidi rapidement par le fluide à basse température qui s'écoule dans 11 espace annulaire défini entre les tubes intérieurs et extérieurs, au cours de son passage dans les tubes intérieurs 25, et il est évacué par un orifice de sortie 28 qui est établi sur la chambre de sortie de gaz 23.

Les inconvénients des types d'échangeur de chaleur mentionnés ci-dessus sont les suivants (1) Lorsqu'un gaz à haute température circule le long du côté chauffant d'un élément faisant partie d'un échangeur de chaleur et qu'un fluide tel que de l'eau de chaudière dont la température est très inférieure à celle du fluide chauffant circule le long du côté chauffé de l'élément, ce dernier est naturellement soumis à des contraintes thermiques à cause de la différence de température qui est induite entre ces côtés, et, de ce fait, il est susceptible de manifester certaines détériorations sous lteffet d'une température élevée0
De façon générale, la pièce qui atteint la température la plus élevée est une plaque tubulaire située du côté d'une entrée de gaz, et la manière la plus efficace de diminuer la température de cette pièce consiste à donner une valeur faible à la paroi de la plaque tubulaires Cependant, dans le cas de ltéchangeur de chaleur du type à plaque tubulaire fixe, il est impossi.ble de donner à l'épaisseur de paroi de la plaque tubulaire 01 de cet échangeur une valeur inférieure à celle des autres types, du fait que la plaque tubulaire doit avoir une résistance suffisante pour faire fonction de support pour les tubes de transfert de chaleur, -.Lors que l )1.aque tubulaire fie 01 ntest renforcée que par les tubes de transfert de chaleur 040
Dans le cas de l'échangeur de chaleur du type à plaque tubulaire fixe à paroi mince qui est représenté sur la figure 2, le renforcement de la plaque tubulaire 11 au moyen des renforts de plaque tubulaire 12 permet de réduire l'épaisseur de paroi de la plaque tubulaire.

Cependant, cette structure nécessite un certain nombre de renforts de plaque tubulaire, relativement grands, ce qui augmente le poids total de l'appareil0 (2) Lorsqu'un gaz soumis au craquage est refroidi rapidement dans les échangeurs de chaleur mentionnés ci-dessus, du coke ou d'autres produits de décomposition précipitent sur la surface de paroi d'un tube qui est en contact avec le gaz qui est en circulation, et le dépôt précipité crée certains inconvénients0 En d'autres termes, un tel dépôt diminue le transfert thermique à travers la paroi du tube et, au fur et à mesure de la croissance du dépôt, la section de passage dans le tube devient de plus en plus faible, ce qui augmente la perte de charge du gaz dans le tube0 I1 est donc nécessaire d'arrêter l'opération de fabrication d'oléfines et d'enlever le dépôt avant que ce dernier croisse au point de créer des problèmes appréciables0 Cet enlèvement du dépôt peut être effectué par un procédé d'enlèvement mécanique et un procédé d'enlèvement par combustion0
Lorsqu'on met en oeuvre le procédé d'enlèvement mécanique, il est nécessaire d'arrêter complètement l'appareil et de démonter l'échangeur de chaleur qui en fait partie, de façon à rendre possible l'enlèvement mécanique.Le fonctionnement de l'appareil doit alors entre arrêté pendant plusieurs jours, ce qui a pour effet de réduire le temps de fonctionnement effectif d'une installation0 Le procédé d'enlèvement par combustion a été proposé pour supprimer cet inconvénient.

Conformément à ce procédé, on vide le passage qui permet la circulation d'un fluide à basse température, ou on l'emplit de vapeur surchauffée, et on introduit dans le passage pour un gaz de l'air à haute température ou un corps analogue susceptible de donner lieu à une combustion, afin de brûler et d'enlever le dépôt, En ce qui concerne l'échangeur de chaleur du type à plaque tubulaire fixe, qui tend à donner lieu à une différence de température élevée entre les tubes de transfert de chaleur et d'autres éléments constitutifs dans le procédé d'enlèvement par combustion mentionné ci-dessus, on a considéré jusqu'à présent qutil était difficile de limiter une telle différence de température.

Les échangeurs de chaleur qui sont représentés sur les figures 1 à 3 (b) ne font pas exception et ces types d'échangeur de chaleur ne peuvent pas, par construction, empocher l'apparition d'une différence de température élevée entre les tubes de transfert de chaleur et d'autres éléments, au cours de la mise en oeuvre du procédé d'enlèvement par combustion0
De façon générale, pour éviter l'apparition dans une structure d'appareil de défautsdûs à une différence de dilatation thermique résultant d'une différence de température existante, on a tenté d'adjoindre un dispositif tel qu'un joint de dilatation, destiné à absorber la différence de dilatation, mais l'installation d'un tel dispositif dans les types d'échangeur de chaleur mentionnés ci-dessus est pratiquement impossible0 Par conséquent, les échangeurs de chaleur mentionnés ci-dessus présentent un inconvénient presque inévitable qui consiste en ce que des contraintes thermiques sont induites par la différence de température et, de ce fait, les contraintes induites déclenchent des pannes de l'appareil0
Les inventeurs ont consacré une attention spéciale aux points indiqués ci-après pour supprimer l'inconvénient précité des échangeurs de chaleur classiques, et l'invention à laquelle ils sont finalement parvenus constitue le résultat de leurs recherches intensives0 (1) Diminution de l'épaisseur de la paroi d'une plaque
tubulaire d'une chambre d'ébuBition, afin d'éviter que
la température de la plaque tubulaire augmente fortement sous lteffet de i l'introduction d'un gaz à haute
température ;; (2) Mesures permettant la mise en oeuvre pratique du
procedé d'enlèvement d'un dépôt par combustion, ces
mesures consistant à établir un corps d'isolation
thermique et à isoler ainsi mutuellement un groupe de
tubes et l'atmosphère, de façon à permettre une
diminution de la différence de température entre chaque
tube intérieur et chaque tube extérieur du groupe ; et (3) Allègement d'un appareil, diminution de sa durée de
fabrication et réduction de son coût de fabrication en
simplifiant encore davantage l'ensemble de la structure
de l'appareil, par rapport aux appareils classiques, et
en réduisant l'épaisseur de paroi de la plaque tubulaire
de cet appareils
Ainsi, l'essence de l'invention réside dans un échangeur de chaleur à refroidissement rapide comprenant des chambres d'ébullition er forme de tambour à paroi mince disposées du côté de l'entrée de gaz inférieure et du côté de la sortie de gaz supérieure, ces chambres étant renforcées par accouplement an moyen de tirants relies aux plaques tubulaires opposées respectives présentes dans les chambres un groupe de tubes doubles placés entre les chambres d'ébullition du côté inférieur et du côté supérieur ; et un corps d'isolation thermique disposé autour du groupe de tubes doubles0
L'échangeur de chaleur de leinvention peut être appliqué par exemple aux échangeurs de chaleur pour diverses industries, aux chaudières à récupératlon de chaleur, et en particulier aux échangeurs de chaleur à refroidissement rapide d'un gaz de reformage et d'un gaz de craquage à haute température qui sort. d'un four de reformage d'une installation de fabrication d'ammoniac, de méthanol, etc, et d'un four de craquage d'une installation de fabrication d'oléfines, comme de l'éthylène et des substances analogues,
Un autre aspect de l'invention porte sur un procédé d'enlèvement du coke dans un échangeur de chaleur à refroidissement rapide du type à tubes doubles, constitué par un groupe de tubes doubles consistant en tubes intérieurs et extérieurs rectilignes, et par un corps d'isolation thermique entourant ee groupe de tubes doubles, l'échangeur de ehaletll- étant combiné avec un four de craquage,caractérisé
en ce que, dasls des conditions dans lesquelles l'éÇgexlrde chaleur et le four de craquage sont laissés mutuellement combinés et on fait passer de la vapeur ou un gaz mélangé comprenant de 1'air et de la vapeur à une température inférieureà 7000C à travers le four de craquage, en direction de ltéchangeur de chaleur, on fait sortir un réfrigérant par des espaces annulaires dans l'échangeur de chaleur, et on élève la température de la vapeur ou du gaz mélangé de façon à accomplir l'opération d'enlèvement du coke à une température inférieure à 750 C.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation de l'invention et en se référant à la figure 4 des dessins annexés sur lesquels
Les figures 1, 2, 3 (a) et 3 (b) sont des coupes représentant divers types classiques d'échangeur de chaleur ;
La figure 4 est une coupe montrant un mode de réalisation d'un échangeur de chaleur correspondant a l'invention ; et
La figure 5 est un schéma illustrant un exemple d'un procédé d'enlèvement du coke pour l'échangeur de chaleur0
Un échangeur de chaleur à refroidissement rapide correspondant à l'invention, dont la figure 4 montre un mode de réalisation, comprend une chambre d'entrée de gaz 31, une chambre d'ébullition du côté de l'entrée de gaz, 32, une chambre de sortie de gaz 33, une chantre d'ébullition du côté de la sortie de gaz, 34, des tubes doubles 35, un corps d'isolation thermique 36, des plaques de support de tubes 37, des bras 38, etc.

La chambre d'entrée de gaz 31 est constituée par une plaque de -i;y-pe:miroir en forme de cuvette, 39, un conduit d'entrée de gaz 40 monté au milieu de la plaque de type miroir 39, et une bride 41 qui est placée autour du bord de la plaque de type miroir 39o La chambre de sortie de gaz 33 a presque la même structure que la chambre d'entrée de gaz qu'on vient de décrire et elle est constituée par une plaque de type miroir 42, un conduit de sortie de gaz 43 et une bride 440
On donne la forme d'un tambour à la chambre d'ébullition 32 qui se trouve du côté de l'entrée de gaz, en reliant mutuellement deux plaques tubulaires à paroi mince 45 et 45'o Ces plaques sont arrondies au voisinage de leurs bords et la plaque 45 comporte un corps cylindrique à paroi mince, 46, dont le bord est entouré par une bride 47. Les brides 41 et 47 qu'on vient de mentionner sont accouplées au moyen de boulons de façon à définir la chambre d'entrée de gaz0
Les plaques tubulaires 45, 45' de la chambre d'ébullition 32 sont renforcées par le fait qu'elles sont reliées par un tirant, 48, et la chantre 32 comporte en outre un orifice d'entrée d'eau d'alimentation 49 et une buse d'évacnation 50o
La chambre d'ébullition 34 qui se trouve du côté de la sortie de gaz a une structure similaire à celle de la chambre d'ébullition du côté de l'entrée de gaz et elle comporte des plaques tubulaires 51, 51' un corps 52, une bride 53, un tirant 54 et un orifice de sortie 55 pour l'eau ainsi que pour la vapeur, et les brides 44 et 53 son.t accouplées au moyen de boulons afin de définir la chambre de sortie de gaz 33 il peut y avoir autant de tirants 54 qu'il est nécessaire.

Chaque tube double 35 consiste en-un tube intérieur 56 et en un tubé extérieur 570 Le tube intérieur 56 traverse la chambre d'ébullition du côté de l'entrée de gaz, 32, et la chambre d'ébullition du côté de la sortie de gaz, 34, et il est fixé à la plaque tubulaire inférieure 45 de la chambre d'ébullition du côté de l'entrée de gaz, 32, et à la plaque tubulaire supérieure 51 de la chambre d'ébullition du côté de la sortie de gaz, 34o En outre, le tube extérieur 57 est fixé à la plaque tubulaire supérieure 45' de la chambre d'ébullition du côté de l'entrée de gaz, 32, et à la plaque tubulaire inférieure 51' de la chambre d'ébullition du côté de 9a sortie de gaz, 34, de façon à relier ainsi l'une à l'autre les deux chambres d'ébullition 32, 34o
Le corps d'isolation thermique 36 est constitué par une matière isolante et il est placé entre les deux chambres d'ébullition 32, 34, en entourant le groupe de tubes doubles 35, de façon que ce groupe de tubes doubles soit isolé de l'air extérieur0 Selon une variante, le corps d'isolation thermique 36 peut être réalisé en utilisant une matière métallique cylindrique à paroi mince et en revêtant d'une matière isolante les surfaces intérieure et extérieure de la matière m8tallique, Dans ce cas, l'extrémité inférieure du corps d'isolation thermique 35 est montée sur la plaque tubulaire supérieure 45' de la chambre d'ébullition du côté de l'entrée de gaz ; et son extrémité supérieure est amenée de préférence à proximité de la plaque tubulaire inférieure 51' de la chambre d'ébullition du côté de ll sortie de gaz, 34, en étant maintenu dais l'état d'une extrémité libres
L'intérieur du corps d'isolation thermique 36 est équipé de la plaque de support de tubes 37 destiné à supporter le groupe de tubes doubles 35, et la plaque 37 est supportée par une barre de support 55, Les bras 38 peuvent Qtre montés dans des positions arbitraires mais le dessin montre le cas dans lequel ils sont fixés autour de la circonférence extérieure du corps d'isolation thermique 36 dans le but de supporter leensemble de l'échangeur de chaleur
Lorsque l'échangeur de chaleur considéré ci-dessus est utilisé en tant qu 'échangeur de chaleur pour refroidir rapidement un gaz soumis à une opération de craquage, un gaz à haute temperature 59 est introduit, au cours du fctionnement, dans la chambre d'entrée de gaz 31, par l'orifice d'entrée de gaz 40, et il est refroidi rapidement par l'eau qui traverse l'espace annulaire défini entre chaque tube intérieur 56 et le tube extérieur 57 correspondant, pendant son passage à travers chaque tube intérieur 56 du groupe de tubes doubles, Le gaz est dirigé vers la chambre de sortie de gaz 33 et il est évacue par l'orifice d sortie de gaz 430 D'autre part, de l'eau d'alimentation 61 est introduite dans la chambre d'ébullition du côté de l'entrée de gaz, 32, par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée d'eau d'alimentation 49 et cette eau est dirigée vers le haut en traversant l'espace annulaire dans chaque tube double, puis elle est introdaite dans la chambre d'ébullition du côté de la sortie de gaz, 34, dans laquelle elle est transformée en un mélange 62 d'eau et de vapeur résultante, le mélange étant finalement évacué par orifice de sortie 55e
On suit la procédure suivante pour enlever par combustion le dépit qui s'est accumulé sur les tubes intérieurs 56 du groupe de tubes doubles 35, après une certaine période de fonctionnement continu :: on arrête l'introduction de l'eau le refroidissement 61 et on évacue liteau pressente dans la chambre d'ébullition du côté de l'entrée de gaz, 32, et dans la chambre d'ébullition du côté de la sortie de gaz, 34, afin de vider ces chambres, ou bien on continue à introduire dans les chambres une quantité appropriée de vapeur surchauffée, puis on fait passer dans les chambres de l'air à 6000C à 7500C, avec de la vapeur si nécessaire, afin de brûler et d'enlever le dépôt qui adhère sur le tube intérieur 56o
Comme il ressort de l'explication précédente, l'invention produit les effets fonctionnels suivants (1) Les plaques tubulaires 45, 45' et 51, 51' de la chambre
d'ébullition du côté de l'entrée de gaz, 32, et de la
chambre d'ébullition du côté de la sortie de gaz, 34,
sont renforcées au moyen du tirant 48 dans les parties
planes et elles ont la forme d'-une structure en tambour
avec des bords arrondis, afin que la structure soit
continue sur toute son étendriez grâce à quoi il est
possible de réduire l'épaisseur de paroi des plaques
tubulaires0 La structure continue résultante ayant une
faible épaisseur de paroi permet non seulement d'éviter
que la température des plaques tubulaires ne s1élève
fortement sous l'action du gaz à haute température
lorsque l'échangeur de chaleur de l'invention est
utilisé en tant quéchangeur de chaleur à refroidissement
rapide dans des conditions de fonctionnement en régime
permanent, mais également de limiter à un niveau faible
la contrainte qui résulte de la différence de température
apparaissant dans certaines parties des chambres
d1ébullition dans des conditions de fonctionnement
transitoires, pour l'enlèvement du dépôt sur les tubes
intérieurs par le procédé d'enlèvement par combustion.

Ces conditions de fonctionnement transitoires apparaissent
au moment de l'évacuation de l'eau contenue dans les
chambres d'ébullition, de l'élévation et de la- chutede
température d'un gaz entretenant la combustion, et du
remplissage des chambres d'ébullition vides avec de l'eau.

(2) Le corps d'isolation thermique 36 qui est utilisé isole
de l'atmosphère le groupe de tubes doubles 35, de façon
à empêcher la comnunication entre l'air ambiant qui
se trouve autour des tubes 35 situés à l'intérieur du
corps isolant, et l'air libre à l'extérieur de l'échangeur
de chaleur.Par conséquent9 lorsque les tubes intérieurs
56 des tubes doubles sont chauffés par le gaz à haute
température au cours de l'opération d'enlèvement des
dépôts par combustion, la convection et le rayonnement
de la chaleur à partir du gaz se manifestent de façon
limitée à l'intérieur du corps d'isolation thermique 36,
si bien que la température des tubes extérieurs 57
s'approche de celle des tubes intérieurs 56 et, par
conséquent, la différence de température entre les
tubes intérieurs et extérieurs 56 et 57 des tubes doubles
devient très faible. Par exemple, les valeurs de la
différence de température envisagée ci-dessus sont
inférieures à environ 1500C au début de l'opération
d'enlèvement par combustion et inférieures à environ
300C pendant les conditions de regime établi du
traitement d'enlèvement par combustion.Ainsi, il n'y
a plus de risque de rupture des tubes doubles 35 sous
l'effet des contraintes thermiques0 (3) Du fait que l'échangeur de chaleur de l'invention a une
structure d'ensemble plus simple et une plus faible
épaisseur de paroi des plaques tubulaires que les
échangeurs de type classique, il permet de réduire le
temps de main d'oeuvre pour la maintenance comme pour
la fabrication, ainsi que le coût de l'appareil lui
même, et ce dernier est plus léger0
On peut utiliser l'échangeur de chaleur à refroidissement rapide du type considéré ci-dessus en association avec un four de craquage 74, comme le montre la figure 5.Lorsqu'un dépôt s'est accumulé sur les tubes intérieurs 56 du groupe de tubes doubles 35, après une certaine durée de fonctionnement en régime permanent, on doit soumettre ce dépôt au traitement d'enlèvement par combustion. Les inventeurs ont accompli des recherches intensives portant sur un mode opératoire capable d'accomplir simultanément l'opération d'enlèvement du coke dans 11 échangeur de chaleur à refroidissement rapide et dans les tubes de réaction d'un four de craquage (ceci constitue ce qu'on appelle ci-après ltenlèvement combiné du coke).

L'opération d'enlèvement combiné du coke qui est envisagée ici comprend non seulement le fonctionnement en régime établi au cours duquel le traitement d'enlèvement du coke est accompli avec un gaz à haute température capable d'entretenir la combustion dans les tubes de réaction de craquage ainsi que dans l'échangeur de chaleur à refroidissement rapide, mais également le fonctionnement en régime transitoire correspondant au passage d'une opération de craquage normale à une opération d'enlèvement du coke et inversement0 Dans toutes les opérations mentionnées ci-dessus, lorsque le corps de l'échangeur de chaleur ne contient pas de réfrigérant, on observe l'apparition d'une différence de température entre les tubes intérieurs et extérieurs des tubes doubles, et cette différence de températ;;ure se remarque en particulier juste après l'évacuation du réfrigérant, dans le fonctionnement en régime transitoire0 Si les contraintes thermiques qui sont créées par la différence de température dépassent un certain niveau de résistance mécanique de l'appareil, celui-ci sera grave.nenl endoaaagé,
Les inventeurs. ont porté attention à l'existence d'une transmission de chaleur par rayonnement des tubes intérieurs vers les tubes extérieurs et ils ont découvert le fait suivant : si l'évacuation d'un réfrigérant est effectuée lorsque la température (à la sortie du four de craquage) d'un gaz introduit (de la vapeur ou un gaz entretenant la combustion) qui circule vers l'échangeur de chaleur est inférieure à 7000C, et de préférence inférieure à 6000C, et encore plus préférablement Irdieure à 5500C, et si l'élévation de température du gaz introduit, à partir de sa température déterminées est effectuée avec une vitesse d'élévation telle qu'il n'y ait pas d'augmentation de la différence de température entre les tubes intérieurs et extérieurs, comme par exemple avec une vitesse d'élévation inférieure à environ 2000C/heure, les contraintes thermiques résultant de la différence de températ7Jre entre ces tubes deviennent suffisamment faibles. Par conséquent, on a trouvé qu'en suivant la procédure ci-dessus, on peut accomplir une opération effective d'enlèvement combiné du coke, même dans un échangeur de chaleur du type à doubles tubes, sans aucune modification particulière de structure.

On va maintenant décrire un mode de mise en oeuvre de la procédure d'enlèvement combiné d coke, en se référant concrètement à la figure 5 des dessins annexés,
Tout d'abord, on fait tomber la température à une sortie 80 d'un-four de craquage 74 d'une température de craquage habituelle de 800-8800C à une température de 750-7000C, avec un gradient de température d'environ 20 à 1000C/heure.Pendant ce temps, on réduit l'alimentation en hydrocarbure 71 comme par exemple du naphta, et lorsque la ten1pérature à la sortie 80 a atteint environ 750 à 7000cl on arrête l'alimentation en hydrqcarbure et on introduit de la vapeur 72 seule dans le système de craquage 76. D'autre part, un gaz à haute température résultant du craquage et un réfrigérant d'échange de chaleur, par exemple de l'eau à haute pression, produisent de la vapeur dans un ecnangeur thermique à refroidissement rapide 81.

Un système de récupération de vapeur destiné à récupérer la vapeur résultante est constitué par un récupérateur de vapeur à haute pression et par un récupérateur de vapeur à basse pression0 Le passage d'une conduite de récupération de vapeur à haute pression 93' vers une conduite de récupération de vapeur à basse pression 94' est accompli au moyen de vannes 93 et 94. La pression du réfrigérant dans le système d'échangeur de chaleur à refroidissement rapide 81 est réguléeautomatiquement dans la plage de pression manométrique de 40 à 130 bars.

Sous l'effet de la réduction d débit d'alimentation de l'hydrocarbure 71 mentionné9 précéde.nraeat et de la chute de température à la sortie 80 du four de craquage, la pression du réfrigérant dans ltéchangeur de chaleur à refrr,idissement rapide 81 tombe progressivement, ce qui entrante une diminution dPune quantité évacuée de l'échangeur de chaleur,
Le gaz de craquage qui a traversé l'échangeur de chaleur à refroidissement rapide 81 est dirigé vers une section de refroidissement rapide direct 830
L'alimentation de la section 83 en huiles de refroidissement 101 est arrêtée immédiatement après l'arrêt de 1,alimentation en hydrocarbure 710 Ensuite, de l'eau de refroidissement 102 est introduite manuellement ou automat-i.auoment dans la section de refroidissement rapide direct 83 par une vanne 84 de façon que la température à une sortie 85 de cette section ne puisse pas dépasser une te::n~Dérature admissible prédéterminée0
Pour séparer le système de craquage 76 d'un système de raffinage suivant A, on ferme ensuite une vanne 86 et on ouvre une vanne 87, et on dirige vers un système d'évacuation B, par la vanne 87, un gaz comprenant essentiellement de la vapeur 72o On fait alors tomber manuellement ou automatiquement la température à la sortie 80 du four de craquage d'environ 750-700 C. à moins de 7000C, de préférence moins de 600 C et encore plus préférablement moins de 5500C, avec un gradient de température inférieur à environ 2OOC/heure.

A un instant approprié, on introduit de l'air 73 avec la vapeur 72,- avec un rapport de poids vapeur/air dans la plage 1/0,1 à 1/0S60 L'opération d'introduction de l'air 73 peut être effectuée lorsqu'elle est nécessaire.

En d'autres termes, l'opération d'introduction d'air peut être effectuée pendant ou après l'une des opérations suivantes : arrêt de l'alimentation en eau 103, opération de vidage, et opération d'élévation de température d'un gaz introduit, si son élévation de température est nécessaire pour l'enlèvement du coke*
Après la chute de température mentionnée ci-dessus, on fente une vanne 88 pour arrêter l'alimentation en eau 103. On ouvre ensuite les vannes 97, 98 et 99 et on effectue le vidage du système d'échangeur de chaleur à refroidissement rapide 81 et l'eau qui a été vidée est dirigée vers le système de récupération C par la vanne 99.Sous l'effet de la progression continue de l'opération de vidage, la pression dans un tambour 82 tomhe à cause de la diminution de la quantité d'évaporation dans celui-ci, mais elle est maintenue à une valeur inférieure à une pression manométrique d'environ 20 bars par l'action d'une vanne 94.

On détermine l'achèvement de l'opération de vidage par l'élévation de la température d'un thermocouple 81, depuis une valeur inférieure à environ 2500C jusqu'à une valeur inférieure à environ 6500C, le thermocouple 81 étant monté sur la plaque tubulaire du côté de l'entrée de gaz de l'échangeur de chaleur à refroidissement rapide 81. Le temps nécessaire pour l'opération de vidage est généralement compris entre 30 et 60 minutes environ.

Bien qu'à ce moment ltéchangeur de chaleur à refroidissement rapide 81 soit vide, si les opérations indiquées ci-dessus sont effectuées de façon que la température à la sortie 80 du four de craquage 74 ne dépasse pas 7000C, et de préférence 6000C, et encore plus préférablement 5500C, ce qui constitue la plus importante caractéristique de l'inventionS les contraintes thermiques résultant de la différence de température entre les tubes intérieurs (référence ó sur la figure 4) et les tubes extérieurs (référence 57 sur la figure 4) des tubes doubles (référence 35 sur la figure 4) ne sont pas suffisantes pour produire des détériorations dans le corps de l'échangeur de température0
Pour diminuer les différences de température entre les plaques tubulaires, les tubes intérieurs et les tubes extérieurs, on peut introduire de la vapeur de refroidissement 104, en fonction des besoins. L'introduction de la vapeur de refroidissement 104 dans ltéchangeur de chaleur à refroidissement rapide est effectuée de préférence immédiatement après l'achèvement du vidage, ou moins d'une heure après, avec un débit d'environ 1 à 2 tonnes/heure, en fermant les vannes 94, 99 et en ouvrant la vanne 96.

La vapeur 104 qui traverse la vanne 96 passe par l'intermédiaire des vannes 97, 98 dans les espaces annulaires à l'intérieur des tubes doubles de l'échangeur de chaleur à refroidissement rapide 81, où elle échange de la chaleur avec le gaz d'enlèvement du coke qui circule dans les tubes intérieurs, et la vapeur 704 est dirigée vers un système de récupération D par l'intermédiaire d'un tube vertical, du tambour 82 et d'une vanne 95
D'autre part, pour éviter un échauffement excessif du tube chauffant d'une section de récupération de chaleur perdue 77 dans le four de craquage, de la vapeur 105 est dirigée vers un système de récupération E par une vanne 89, un thermocouple 90 et une vanne 920 Dans ce but, on ferme une vanne 91 et on ouvre la vanne 92 de façon à obtenir le débit qui a été réglé, afin que la température du thermocouple 90 soit inférieure à une température admissible prédéterminée0
Si l'élévation de tempéràture de l'air 73 est nécessaire pour l'enlèvement du coke après l'achèvement des opérations mentionnées ci-dessus, on-élève la température à la sortie 80 du four de craquage, depuis une certaine température jusqu'à un niveau de température nécessaire pour l'enlèvement du cokee ctestà-dire jusqu'à environ 750 à 6000C et de préférence jusqu'à environ 7000C, avec une vitesse d'élévation de température pour laquelle il n'y a pas d'augmentation de la- différence de température entre les tubes intérieurs et extérieurs, par exemple avec une vitesse inférieure à environ 2000C./ heure, Une fois que la température à la sortie 80 a atteint environ 750 à 6000C, et de préférence environ 7000C, l'introduction de l'air 73 est poursuivie pendant environ 6 à 20 heures, après quoi elle est arrêtée afin de terminer l'enlèvement du coke dans le tube de four de craquage 78 et l'échangeur de chaleur à refroidissement rapide 81.On accomplit successivement les opérations suivantes pour rétablir les conditions normales de craquage
On fait tomber la température à la sortie 80 du four de craquage d'une certaine température à moins de 5000C avec une vitesse inférieure à 2000C/heure et de préférence inférieure à 1500C/heure, Lorsque la température à la sortie 80 a atteint une valeur inférieure à 5000C, on ferle les vannes 95, 96 ; 92, 89 ; et 99, et on ouvre les vannes 91, 88 pour rétablir l'alimentation en eau.On élève de façon continue la température à la sortie 80 du four de craquage d'une valeur inférieure à 5000C jusqu'à environ 700 à 7500CI avec un gradient de température d'environ 50 à 200iC/heureO
D'autre part, la pression du réfrigérant dans l'échangeur de chaleur à refroidissement rapide 81 est automatiquement commandée par ltouverture de la vanne 94, du fait que la quantité accrue de réfrigérant ayant snbi l'échange de chaleur conduit à l'augmentation de son évaporation. Une fois que l'élévation de température a été effectuée, on ferme la vanne 87 et on ouvre la vanne 86 et on reprend immédiatement l'introduction de lthydrocarbure 71.On élève à nouveau la température à la sortie 80 jusqutà environ 880 à 8000C avec un gradient de température d'environ 20 à 1000C/heure, et on augmente également l'alimentation en hydrocarbure 71, grâce à quoi le four de craquage retourne aux conditions normales de craquage qui existaient avant l'opération d Enlèvement combiné du coke. Un cycle d'enlèvement combiné du coke, comprenant le fonctionnement en régime transitoire, est ainsi achevé,
Le temps nécessaire depuis le travail de craquage normal précédent jusqu'au travail normal suivant, en passant par l'opération d'enlèvement combiné du coke, est de 20 à 40 heures, et de façon caractéristique de 20 à 30 heures.

Bien entendu, le procédé d'enlèvement du coke décrit ci-dessus ne s'applique pas seulement à la structure représentée d'échangeur de chaleur à refroidissement rapide, mais également de façon générale à un échangeur de chaleur à refroidissement rapide du type multitube ayant des tubes rectilignes doubles isolés de l'atmosphère.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif et au procédé décrits et représentés, sans sortir du cadre de l'invention0

Claims

1O Echangeur de chaleur à refroidissement rapide, caractérisé en ce qu'il comprend des chambres d'ébullition (32, 34) en forme de tambour, formées par des plaques (4s, 45' 51, 51') ayant une épaisseur de paroi faible et disposées du côté de l'entrée de gaz à la partie inférieure et du côté de la sortie de gaz à la partie supérieure, un grbupe de tubes doubles (35) placés entre les chambres d'ébullition inférieure et supérieure, et un corps d'isolation thermique (36) placé autour du groupe de tubes doubles0

REVENDICATIONS
2. Echangeur de chaleur à refroidissement rapide selon la revendicatinn 1, caractérisé en ce que les chambres d'ébullition (32, 34) sont renforcées par des tirants (48).
3. Procédé d'enlèvement du coke pour un échangeur de chaleur à refroidissement rapide (81) du type à tubes doubles, composé d'un groupe de tubes doubles (35) consistant en tubes rectilignes intérieurs (56) et extérieurs (57), et en un corps.d'is.olation thermique (36) qui entoure le groupe de tubes doubles, cet échangeur de chaleur étant combiné avec un four de craquage (74), caractérisé en ce que dans des conditions dans lesquelles l'échangeur de chaleur et le four de craquage sont laissés combinés .~'Jn à l'autre, et dans lesquelles on introduit dans le four de craquage, en direction de l'échangeur de chaleur, de la vapeur ou un gaz mélangé formé par de la va.peur et de l'air, à une température inférieure à 7000C, on évacue un réfrigérant présent dans les espaces annulaires formés dans l'échangeur de chaleur, et on élève la terpérature de la vapeur ou du gaz mélangé pour effectuerl'opération d'enlèvement du coke à une température inférieure à 7500C.
4. Procédé d'enlèvement du coke pour un échangeur de chaleur à refroidisseir-ent rapide selon la revendication 3 caractérisé en ce qutcn élève la température avec une vitesse d'élévation de la température inférieure à 2000C/ heure.