CN100487079C

CN100487079C - 新型结构及排布的裂解炉用两程辐射炉管

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Publication number: CN100487079C
Application number: CNB2005100890818A
Authority: CN
Inventors: 何细藕; 李保有; 李昌力; 薄建民; 邵晨; 涂国华; 孙向军; 刘海军; 李延生; 赵旭; 郭英锋
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2025-08-05
Also published as: CN1730449A

Abstract

一种新型结构及排布的裂解炉用两程辐射炉管，包括由一根进口管及一根出口管组成每一个1-1型排列的辐射炉管，以及由两个平行的进口管和一个出口管组成每一个2-1型排列的辐射炉管。进口管和出口管在同一平面，进口管和出口管底部的连接件为U型管连接件，该U型管连接件为一立体件，以进口管和出口管所在平面为对称面，从两个连接部位分别向该对称面的两侧等幅倾斜；辐射炉管的进口和出口交错排布，每一根出口管的两侧相邻的炉管为进口管。本发明可使辐射室温度分布更加均匀，辐射炉管周向受热均匀，消除底部连接件的偏心对辐射炉管的附加力，避免辐射炉管弯曲变形，延长裂解炉的运行周期和辐射炉管的使用寿命。

Description

新型结构及排布的裂解炉用两程辐射炉管

技术领域

本发明涉及两种乙烯裂解炉用高温辐射炉管。

背景技术

自上世纪60年代辐射炉管垂直悬吊方式裂解炉开发成功以来，乙烯裂解技术一直在发展。如在缩短停留时间、改善裂解选择性、提高产品收率、降低产品能耗及增强对裂解原料的适应性等方面进行研究、开发。到目前为止，世界乙烯产量的99％都是采用石油馏分热裂解反应生产的，承担这种热裂解反应的设备就是裂解炉。

众所周知，乙烯裂解炉是乙烯装置中最关键的设备，且裂解炉的投资通常占整个乙烯装置的20～25％左右，而乙烯裂解炉中最关键的设备之一就是辐射炉管。因此，裂解炉技术的进步更多地体现在辐射炉管的结构及排布方面。辐射炉管的发展经历了由多程不变径炉管、发展到多程分枝变径管到目前的主要以两程分枝变径管为主。这使物料在辐射炉管内的停留时间更短，烯烃等目的产品的收率更高。

目前主要的两程分枝变径的主要有1-1，2-1，4-1等型式，采用1-1型辐射炉管的裂解炉专利商主要有法国的Technip公司及美国的Stone & Webster公司，采用2-1型炉管的裂解炉专利商主要有法国的Technip，中国的中国石油化工集团公司及德国的Linde公司，采用4-1型辐射炉管的有美国的Lummus公司。

但目前的这些两程分枝变径管都不同程度地存在一些缺陷。如法国的Technip公司的GK-VI裂解炉采用1-1型辐射炉管，如图3A、图3B、图3C所示，它在辐射室内采用双排排布方式，同一个1-1型炉管的进口管1及出口管2不在同一个平面上，进口管1集中布置在一起，出口管2集中布置在一起，从而在辐射室内形成两个平面，即第一程辐射炉管在一个平面上，第二程辐射炉管在另一个与前一个平面平行的平面上。由于辐射传热的特性，两排分别在两个平面上的辐射炉管互相遮挡，这会使辐射炉管的周向受热不均匀，炉管存在显著的周向温差，这种温差对于温度及热强度均较高的出口管是不容忽视的，其对裂解炉最显著的影响，是使裂解炉的运行周期缩短，辐射炉管变形严重，辐射炉管的使用寿命缩短。

美国的Stone & Webster公司的USC裂解炉也采用1-1型辐射炉管，如图4A、图4B、图4C所示。法国的Technip公司的GK-V型裂解炉、中国石油化工集团公司的CBL-III型炉及德国Linde公司的PyroCrack1-1型裂解炉管，这些裂解炉均采用2-1型炉管，如图5A、图5B、图5C所示，即对于每一个2-1型炉管来说，其进口管有两根平行的炉管，出口管只有一根炉管。这些炉型的辐射炉管都是采用将部分进口管集中放在一起，部分出口管集中放在一起，这会使进口管的传热效率进一步降低，而出口管的管壁温度进一步升高，导致进口及出口管的管壁温差进一步加大，使进、出口管间的热膨胀量的差值进一步加大，这对裂解炉的运行显然不利。上述图4A和图5A所示的1-1型和2-1型辐射炉管，其进口炉管及出口炉管都在一个平面上，但其进口炉管与出口炉管之间的底部连接件采用偏出炉管所在平面的跨接方式，即第进口炉管在距离辐射室炉底一定高度时，由炉管所在平面偏离出去，经过底部连接件再回到炉管所在的平面，这样的排布虽然可以使辐射炉管周向受热均匀，但由于辐射炉管与底部连接件不在一个平面上，使辐射炉管受到一个额外的偏心力，通过大量的生产实践可以证明，辐射炉管在高温情况下受到微小的偏心力都容易发生弯曲变形，这将会严重影响辐射炉管的运行周期及使用寿命。

现有的两种排列的辐射炉管，其另一个特征是进口管与进口管设在一起，出口管与出口管设在一起，这会使进口管的传热效率进一步降低，而出口管的管壁温度进一步升高，这将会使进口及出口管的管壁温差加大，对裂解炉的运行不利。

由此可见，目前各裂解炉专利商正在推广使用的裂解炉仍然存在一些问题，需要进一步的改进和完善.

发明内容

为了克服现有的辐射炉管的连接结构和排布方式使炉管受热不均，易产生弯曲变形，使炉管的使用寿命缩短的不足，本发明的目的在于：提供一种新型结构及排布的裂解炉用两程辐射炉管，该辐射炉管可使辐射炉管周向受热均匀，同时消除了底部连接件的偏心对辐射炉管的附加力，避免辐射炉管弯曲变形，延长裂解炉的运行周期，延长辐射炉管的使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种新型结构及排布的裂解炉用两程辐射炉管，它包括由进口管及出口管组成的两程炉管，在进口管和出口管底部装有连接件，由一根进口管及一根出口管组成每一个1-1型排列的辐射炉管，该1-1型辐射炉管垂直布置在裂解炉辐射室的中央，辐射炉管所在平面与对流段所在平面平行，辐射炉管所在平面的两侧设有底部燃烧器和侧壁燃烧器，也可以没有侧壁燃烧器；每一根出口管与一台线型急冷锅炉相连，进口管与裂解炉进料横跨管相连。所述的进口管和出口管在同一平面，进口管和出口管底部的连接件为一件对称的U型管连接件，该U型管连接件的顶部两端分别与进口管底部和出口管底部固定连接；该U型管连接件为一立体结构件，以进口管和出口管所在平面为对称面，从两个连接部位分别向该对称面的两侧等幅倾斜；所述的1-1型辐射炉管的进口和出口交错排布，每一根出口管两侧相邻的炉管为进口管。

本发明的另一种解决方案为：

一种新型结构及排布的裂解炉用两程辐射炉管，它包括由进口管、出口管组成的两程炉管，在进口管和出口管底部装有连接件，由两个平行的进口管和一个出口管组成每一个2-1型排列的辐射炉管，该2-1型辐射炉管垂直布置在裂解炉辐射室的中央，辐射炉管所在平面与对流段所在平面平行，辐射炉管所在平面的两侧设有底部燃烧器和侧壁燃烧器，也可以没有侧壁燃烧器；每一根出口管与一台线性急冷锅炉相连，进口管与裂解炉进料横跨管相连。所述的进口管和出口管在同一平面，进口管和出口管底部的连接件为一件对称的U型管连接件，该U型管连接件的顶部一端与出口管底部固定连接；两个进口管的底部连接一特殊三通件，特殊三通件的出口与U型管连接件的顶部另一端固定连接；该U型管连接件为一立体结构件，以进口管和出口管所在平面为对称面，从两个连接部位分别向该对称面的两侧等幅倾斜；所述的2-1型辐射炉管的进口和出口交错排布，每一根出口管的两侧相邻的炉管为进口管，每两根出口管之间有两根进口管。

本发明采用的1-1型和2-1型裂解炉用辐射炉管，其进口管与出口管都在一个平面上，这将会使辐射炉管周向受热更加均匀，避免了如双排排列的辐射炉管由于周向受热不均匀，而出现较大的周向温度差，容易造成炉管弯曲的现象。本发明的1-1型辐射炉管的进口管由辐射室的顶部先向下，在距离炉底一定高度时，偏离辐射炉管所在平面，在底部经过U型管连接件，从炉管所在平面的一侧跨越炉管中心线到另一侧，然后再回到炉管所在的平面。本发明的2-1型辐射炉管的进口管由辐射室的顶部先向下，在距离炉底一定高度时，两根进口管合并成为一根炉管，这根炉管继续向下，然后偏离辐射炉管所在平面，在底部经过U型管连接件，从炉管所在平面的一侧跨越炉管中心线到另一侧，然后再回到炉管所在的平面，继续向上至炉顶出辐射室。该1-1型和2-1型辐射炉管的底部U型管连接件是以炉管所在平面对称的，因此，对于进口管和出口管所在的平面来说，没有额外的偏心力问题，从而避免了辐射炉管的弯曲变形。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的1-1型及2-1型辐射炉管均有机械结构简单的特点，采用单排排列即1-1型或2-1型辐射炉管的进口及出口都在一个平面上，这将会使辐射炉管周向受热更加均匀，避免了如双排排列的辐射炉管由于周向受热不均匀，而出现较大周向温度差容易造成炉管弯曲的现象。其出口管与线型急冷锅炉连接简单、方便。

2、由于进口和出口炉管的底部采用以辐射炉管所在平面为对称的U型管连接结构，对于辐射炉管来讲没有额外的偏心力，有效地避免了辐射炉管的弯曲变形。另外底部U型管连接结构的另一个作用是实现了进口、出口炉管底部的“挠性连接”，底部的U型管结构可以部分地吸收进口、出口炉管间的热位移差及高温蠕变差，对减小辐射炉管的变形十分有利。

3、由于进口管的管壁温度较低，出口管的管壁温度较高，采用本发明的辐射炉管的进口和出口交错排列方式，可以使温度较低的进口管得到温度较高的出口管的“加热”，同样，温度较高的出口管可以得到温度较低的进口管的“冷却”，进出口管这种相互“冷却”“加热”作用的结果，可以使炉膛的烟气温度更加均匀，进口、出口管间的管壁温度差更小，对延长裂解炉的运行周期，延长辐射炉管的使用寿命非常有利。

附图说明

图1A是本发明裂解炉用两程1-1型辐射炉管的第一种新型结构及排布的主视示意图

图1F是图1A的俯视示意图

图1B是本发明1-1型辐射炉管的第二种新型结构及排布的主视示意图

图1G是图1B的俯视示意图

图1C是本发明1-1型辐射炉管的第三种新型结构及排布的主视示意图

图1H是图1C的俯视示意图

图1D是本发明1-1型辐射炉管的第四种新型结构及排布的主视示意图

图1I是图1D的俯视示意图

图1E是图1A、图1B、图1C、图1D的侧视示意图

图2A是本发明两程2-1型辐射炉管的第一种新型结构和排布的主视示意图

图2E是图2A的俯视示意图

图2B是本发明2-1型辐射炉管的第二种新型结构和排布的主视示意图

图2F是图2B的俯视示意图

图2C是本发明2-1型辐射炉管的第三种新型结构和排布的主视示意图

图2G是图2C的俯视示意图

图2D是图2A、图2B、图2C的侧视示意图

图3A是现有的双排排列1-1型辐射炉管的结构和排布的主视示意图

图3B是图3A的俯视示意图

图3C是图3A的侧视示意图

图4A是现有的单排排列1-1型辐射炉管的结构和排布的主视示意图

图4B是图4A的俯视示意图

图4C是图4A的侧视示意图

图5A是现有的单排排列2-1型辐射炉管的结构和排布的主视示意图

图5B是图5A的俯视示意图

图5C是图5A的侧视示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1A、图1B、图1C、图1D所示为本发明裂解炉用两程辐射炉管第一个实施例的四种新型结构及排布示意图。该实施例为由一个进口管1和一个出口管2组成每一个1-1型排列的辐射炉管，该1-1型辐射炉管垂直布置在裂解炉辐射室的中央，辐射炉管所在平面的两侧设有底部燃烧器和侧壁燃烧器，也可以没有侧壁燃烧器。通常情况下，如图1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G、1H、1I所示，可以每1个、3个、5个或7个1-1型炉管为一组，在辐射室内可以布置多组这样的1-1型辐射炉管。每一个出口管与一台线型急泠锅炉相连，进口管与裂解炉进料横跨管相连。

本发明1-1型辐射炉管的进口管1和出口管2在同一平面，进口管1和出口管2的底部连接一件对称的U型管连接件3，该U型管3连接件的顶部的两端分别与进口管1底部和出口管2底部通过焊接的方式连接在一起，该U型管连接件3为一立体结构件，以进口管1和出口管2所在平面为对称面，从两个连接部位分别向该对称面的两侧等幅倾斜；所述的1-1型辐射炉管的进口和出口交错排布，每一根出口管2两侧相邻的炉管为进口管1。

通常情况下，本发明的1-1型辐射炉管进口管的内径为30～60mm，优选值为35～55mm，更优选值为40～50mm；出口管的内径为40～80mm，优选值为50～70mm，更优选值为55～65mm；每两根辐射炉管间的管心距与炉管平均外径之比为1.0～3.0，优选值为1.5～2.5，更优选值为1.8～2.2；包括底部U型管连接件的当量长度在内的进口管和出口管的长度通常为9～15m，优选值为10～14m，更优选值为11～13m。

以年产乙烯10万吨的裂解炉为例，其辐射室可以布置80个本发明的1-1型辐射炉管，1-1型炉管采用本发明的单排、进出口管交错的排列方式；进口管的内径为45～50mm，长度为12.5m；出口管的内径为58～63mm，长度为12.5m；辐射室的净宽度为3.0m，辐射室的净长度为17.5m，辐射室的净高度为13m.

图2A、图2B、图2C所示为本发明裂解炉用两程辐射炉管的第二个实施例的三种结构和排布示意图，该实施例为由二个平行的进口管1和一个出口管2组成每一个2-1型排列的辐射炉管，该2-1型辐射炉管垂直布置在裂解炉辐射室的中央，辐射炉管所在平面的两侧设有底部燃烧器和侧壁燃烧器，也可以没有侧壁燃烧器。通常情况下，如图2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G所示，可以每1个、3个或5个2-1型炉管为一组，在辐射室内可以布置多组这样的2-1型辐射炉管。每一个出口管与一台线型急泠锅炉相连，进口管与裂解炉进料横跨管相连。

本发明2-1型辐射炉管的进口管1和出口管2在同一平面，进口管1和出口管2的底部连接一件对称的U型管连接件3，该U型管连接件3的顶部一端与出口2管底部通过焊接的方式连接在一起，两个进口管的底部连接一特殊三通件，该特殊三通件为Y型三通件，特殊三通件的出口与U型管连接件的顶部另一端固定连接。该U型管连接件3为一立体结构件，以进口管1和出口管2所在平面为对称面，从两个连接部位分别向该对称面的两侧等幅倾斜。所述的2-1型辐射炉管的进口和出口交错排布，每一根出口管2的两侧相邻的炉管为进口管1，每两根出口管2之间有两根进口管1。

通常情况下，本发明的2—1型辐射炉管的进口管的内径为30～70mm，优选值为40～60mm，更优选值为45～55mm；出口管的内径为50～90mm，优选值为60～80mm，更优选值为65～75mm；每两根辐射炉管间的管心距与炉管平均外径之比为1.0～3.0，优选值为1.5～2.5，更优选值为1.8～2.2；包括底部U型管连接件的当量长度在内的进口管和出口管的长度通常为9～15m，优选值为10～14m，更优选值为11～13m

以年产乙烯8万吨的裂解炉为例，其辐射室可以布置40个本发明的2-1型辐射炉管，2-1型炉管采用本发明的单排、进口管及出口管交错的排列方式，两个进口管管间的管中心距为110～120mm，进口管与出口管间的管中心距为130～150mm；进口管的内径为48～53mm，长度为12.5～13.5m；出口管的内径为69～74mm，长度为12.5～13.5m；辐射室的净宽度为3.0m，辐射室的净长度为14.8～16.8m，辐射室的净高度为13～14m。

Claims

1、一种新型结构及排布的裂解炉用两程辐射炉管，它包括由进口管及出口管组成的两程炉管，在进口管和出口管底部装有连接件，由一根进口管及一根出口管组成每一个1-1型排列的辐射炉管，其特征在于：所述的进口管和出口管在同一平面，进口管和出口管底部的连接件为一件对称的U型管连接件，该U型管连接件的顶部两端分别与进口管底部和出口管底部固定连接；该U型管连接件为一立体结构件，以进口管和出口管所在平面为对称面，从两个连接部位分别向该对称面的两侧等幅倾斜；所述的1—1型辐射炉管的进口和出口交错排布，每一根出口管两侧相邻的炉管为进口管。

2、根据权利要求1所述的新型结构及排布的裂解炉用两程辐射炉管，其特征在于：所述的1—1型辐射炉管进口管的内径为30～60mm，出口管的内径为40～80mm；每两根辐射炉管间的管心距与炉管平均外径之比为1.0～3.0，包括底部U型管连接件的当量长度在内的进口管和出口管的长度为9～15m。

3、一种新型结构及排布的裂解炉用两程辐射炉管，它包括由进口管、出口管组成的两程炉管，在进口管和出口管底部装有连接件，由两个平行的进口管和一个出口管组成每一个2-1型排列的辐射炉管，其特征在于：所述的进口管和出口管在同一平面，进口管和出口管底部的连接件为一件对称的U型管连接件，该U型管连接件的顶部一端与出口管底部固定连接，两个进口管的底部连接一特殊三通件，特殊三通件的出口与U型管连接件的顶部另一端固定连接；该U型管连接件为一立体结构件，以进口管和出口管所在平面为对称面，从两个连接部位分别向该对称面的两侧等幅倾斜；所述的2-1型辐射炉管的进口和出口交错排布，每一根出口管的两侧相邻的炉管为进口管，每两根出口管之间有两根进口管。

4、根据权利要求3所述的新型结构及排布的裂解炉用两程辐射炉管，其特征在于：所述的进口管的内径为30～70mm，出口管的内径为50～90mm；每两根辐射炉管间的管心距与炉管平均外径之比为1.0～3.0；包括底部U型管连接件的当量长度在内的进口管和出口管的长度为9～15m。