CN101062883B - 一种辐射段炉管采用“u”形结构排布的裂解炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种乙烯裂解炉。本发明的裂解炉的辐射段炉管为两程立式炉管，第一程管和第二程管之间采用回弯管连接件连接，其正视投影和侧视投影均为“U”形；所述的每一个辐射炉管的第一程管和第二程管布置在两个平面A和B内。本发明的裂解炉的炉管结构简单，由于辐射炉管的第一程管与第二程管采用回弯管连接件是对称的且简单，具有较好的机械性能；可提高裂解炉的在线率、减少操作费用和延长炉管使用寿命，最终实现提高经济效益的目的。

Description

一种辐射段炉管采用“U”形结构排布的裂解炉

技术领域

本发明涉及一种乙烯裂解炉。

背景技术

在乙烯装置中，裂解炉是核心设备。辐射盘管的设计是决定裂解选择性，提高裂解产品烯烃收率和提高对不同裂解原料适应性的关键。改进辐射盘管的结构和排布，成为管式裂解炉技术发展中最核心的部分。20多年来，相继出现了单排分支变径管、混排分支变径管、不分支变径管、单程等径管等不同结构的辐射盘管。

为使原料消耗大大降低、维持适当的运转周期和具有较好的原料适应性，目前大多数公司均采用两程(18～28m)分支变径或两程变径高选择性炉管，将停留时间控制在0.15～0.25s。第一程管采用小直径炉管，利用它比表面积大的特点达到快速升温的目的，第二程管采用较大直径的炉管以降低对结焦敏感性的影响。所采用的两程高选择性辐射段炉管有1-1型、2-1型、4-1型、5-1型、6-1型、8-1型等炉管。

采用4-1、5-1、6-1等构型的两程炉管，通常四小组炉管配一台急冷(废热)锅炉；炉管采用错排排列，即第一程管单排、第二程管双排，且第一、第二程炉管采用特殊的连接管：底平锥型管连接。

采用1-1型炉管，通常一小组或两小组炉管配一台线性急冷(废热)锅炉，全部底部供热；炉管通常采用单排，第一程管底部向外倾斜，然后通过半圆管与垂直的第二程管底部相连。有两种排列方式：1)第一、第二程管分别集中布置；2)如美国专利US6528027所公开的采用第一程管与另一组炉管的第二程管相邻排列。

采用2-1型两程炉管，通常八小组炉管配一台急冷(废热)锅炉；EP1146105公开了这样的炉管结构排布的裂解炉：两程辐射段炉管垂直排列在辐射段炉膛里，一程管和二程管的直管排列在一个平面里，一程直管和二程管分别通过S形管与一个弯管连接，一程管和二程管的S形管分别平行，连接弯管可以是半圆形、半椭圆形或半卵形，各弯管与直管所在平面所成角度相同。

采用1-1型炉管，通常一小组或两小组炉管配一台线性急冷(废热)锅炉；炉管采用第一、第二程管分别集中布置，采用双排，第一、第二程管之间连接管为水平管。

炉管的排列方式从最初的单排发展到双排，对单排而言，相同的能力需要更大的占地面积，其优势是炉管周向温度分布均匀，存在遮蔽的情况较少；对双排而言，大大缩小了裂解炉的占地面积，但遮蔽的状况比较严重，影响了炉管周向温度分布。

裂解炉辐射炉管结构也由简单的、柔性较差的弯头连接向柔性较好的弯管连接发展。

综上所述，现有技术中辐射段炉管的结构及排布还都存在着一些不足，因此，提供一种辐射段炉管新型结构排布的裂解炉，解决炉管单排和双排排布存在的不足是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种辐射炉管新型排布的裂解炉。

本发明的乙烯裂解炉，包括辐射区5、燃烧器8、排布在辐射区内的辐射炉管7、对流区4、急冷锅炉6、高压汽包3；其中

所述的辐射炉管为两程立式炉管，其第一程管和第二程管之间采用回弯管连接件连接，其正视投影和侧视投影均为“U”形；

所述的第一程管为入口管，所述的第二程管为出口管；所述的每一个辐射炉管的第一程管和第二程管分别布置在两个平面A和B内；

所述的回弯管连接件为一立体结构件，以平面C为对称面，其侧视投影为一对称的曲线；

多组辐射炉管排布在辐射区内，其中每一组辐射炉管由多个辐射炉管组成；

同一组辐射炉管中的每一个辐射炉管的第一程管的中心对称线或第二程管的中心线均处于一个平面内，该平面称为平面A；该组辐射炉管中的每一个辐射炉管的另一程管的中心线也均处于一个平面内，该平面称为平面B；

平面A和平面B分别对称分布于平面C两侧，优选所述的平面A和平面B与平面C平行、或平面A上端和平面B上端向内等幅倾斜不超过45度角；

该组辐射炉管中的每一个辐射炉管的回弯管连接件的对称中心线均处于一个铅垂平面内，该平面称为平面C。

在本发明的乙烯裂解炉中，所述的各个辐射炉管的回弯管连接件平行排布，且俯视投影为一直线段且长度相同；所述的回弯管连接件为弧形、半圆形、半椭圆形、抛物线形或倒Ω连接件，其中倒Ω为所述的弧形、半圆形、半椭圆形、抛物线形连接件与S型弯管组合而成。在本发明的乙烯裂解炉的具体实施时，可根据工艺要求，按照裂解炉的大小和每一组辐射炉管包括的炉管个数，来确定在裂解炉内排布多少组辐射炉管。

具体的，在本发明的乙烯裂解炉中，炉管的布置可以采用下列形式：

1、每一组辐射炉管的所有第一程管和所有第二程管分别处于所述的平面A和B内。即在一组辐射炉管内，如果所有的第一程管处于平面A，则相对应的所有的第二程管处于平面B；反之，如果所有的第一程管处于平面B，则相对应的所有的第二程管处于平面A。优选所述的一组辐射炉管包括1-12个辐射炉管。

在本发明的具体实施中，优选所述的一组辐射炉管包括1-8个辐射炉管，所述的辐射炉管为2-1型，2/1-1型，3-1型或3/1-1型炉管；其中，

所述的2-1型炉管的第一程管为两根管，第二程管为一根管；

所述的2/1-1型炉管的第一程管分为上下两段，上段为两根管，下段为一根管，上、下段之间通过一个三通连接件连接，第二程管为一根管；

所述的3-1型炉管的第一程管为三根管，第二程管为一根管；

所述的3/1-1型炉管的第一程管分为上下两段，上段为三根管，下段为一根管，上、下段之间通过一个四通连接件连接，第二程管为一根管；

所述的不同构型的炉管的第一程管通过回弯管连接件与其第二程管连接；所述的回弯管连接件为弧形、半圆形、半椭圆形或抛物线形连接件。

在本发明的具体实施中，优选所述的一组辐射炉管包括2-12个1-1型辐射炉管，所述的1-1型炉管的第一程管和第二程管均为一根管。

本发明的多组辐射炉管的在辐射区内的布置可以采用下列的方式，但不限于下面所列的方式：

可以将上述的每一组辐射炉管的所有第一程管均处于平面A，所有第二程管均处于平面B；两组相邻的辐射炉管的正视投影，第一程管与第二程管可以相邻排布，也可以将第一程管或第二程管集中排布在一起；相对应的，两组辐射炉管的回弯管连接件的俯视投影可以平行，也可以成一定的夹角；

可以将上述的一组辐射炉管的第一程管处于平面A，与之相邻的一组辐射炉管的第一程管处于平面B；两组相邻的辐射炉管正视投影，第一程管与第二程管相邻排布，也可以将第一程管或第二程管集中排布在一起；相对应的，一组辐射炉管的回弯管连接件的俯视投影可以成一定的夹角，也可以平行。

2、所述的一组辐射炉管包括奇数个辐射炉管，在所述的两个平行平面A和B的任一平面内同时排布有一组辐射炉管的第一程管和第二程管，且每个辐射炉管的第二程管和相邻的辐射炉管的第一程管相邻。如图11所示，在平面A内，一组辐射炉管的第一程管和第二程管交错排列；在平面B内，相应的第二程管和第一程管交错排列。

优选每一组辐射炉管包括1～13奇数个辐射炉管，辐射区可以布置多组。

更优选每一组辐射炉管包括1、3、5、7个辐射炉管。

本发明的多组辐射炉管的在辐射区内的布置可以采用下列的方式，但不限于下面所列的方式：

任意两组辐射炉管的回弯管连接件的俯视投影可以平行，也可以成一定的夹角。

在本发明的具体实施方案中，优选所用的辐射炉管为2-1型，2/1-1型，3-1型，3/1-1型或1-1型炉管；其中所述的2-1型炉管的第一程管为两根管，第二程管为一根管；所述的2/1-1型炉管的第一程管分为上下两段，上段为两根管，下段为一根管，上、下段之间通过一个三通连接件连接，第二程管为一根管；所述的3-1型炉管的第一程管为三根管，第二程管为一根管；所述的3/1-1型炉管的第一程管分为上下两段，上段为三根管，下段为一根管，上、下段之间通过一个四通连接件连接，第二程管为一根管；所述的1-1型炉管的第一程管、第二程管均为一根管；第一程管通过回弯管连接件与第二程管连接；所述的回弯管连接件为弧形、半圆形、半椭圆形、抛物线形或倒Ω连接件，其中倒Ω为弧形、半圆形、半椭圆形、抛物线形与S型弯管组合而成。通常平面A、平面B与平面C最大距离为300-500mm，当大于此距离时优选采用平面A、平面B与平面C成一夹角的方式布置或采用倒Ω型连接件方式连接。

优选所述的辐射炉管的第一程管和第二程管均为直管。

在本发明的裂解炉具体实施中，当所述的炉管构型为2/1-1型时，优选每一组炉管的第一程管为两根平行的管，其组成的平面与平面A重合、平行、或与平面A成不为零的夹角；所述的炉管构型为3/1-1型时，每一组辐射炉管的第一程管为三根平行的管且在一个平面内，其组成的平面与平面A平行、重合或与平面A成不为零的夹角。

在本发明的裂解炉中，所述的辐射炉管的管径是分段变径或连续变径的。所述的辐射炉管第一程管和/或第二程管均可以根据实际情况，炉管可以是变径管或渐进管。

在本发明的裂解炉中，所述的辐射炉管可以根据实际需要设置强化传热构件。如CN1260469所公开的扭曲管。

裂解炉的燃烧器布置根据工艺要求确定，可以只设底部燃烧器；也可以同时设置底部和侧部燃烧器等。

急冷锅炉有传统式(斯密特、包西格)、浴缸式一级急冷锅炉、双套管式(二级急冷、线性急冷锅炉、倒U型急冷锅炉)；在本发明的裂解炉的具体实施中，2-1、3-1、3/1-1型辐射炉管可根据炉管排布与各种形式的急冷锅炉相配，可根据需要确定；优选1-1型和2/1-1型辐射炉管与线性急冷锅炉相匹配。

由于线性急冷锅炉具有运转周期长，不需水力清焦的优点；因此本发明的裂解炉的实施中，优选将辐射段炉管，与线性急冷锅炉相匹配。

炉管直径及间距根据工艺要求进行优选设计。

根据需要可以设置或不设置炉底导向结构，设置导向结构可以防止炉管偏离中心位置。

本发明的乙烯裂解炉的有益效果：

1、本发明的辐射炉管为“U”型结构排布，第一程管和第二程管均为直管，炉管结构简单；且由于辐射炉管的第一程管与第二程管采用回弯管连接件连接是对称的，炉管受力均匀，具有较好的机械性能；

2、相比现有技术中辐射段炉管单排排布方式，当采用第一、第二程炉管间隔布置时，在同样长度的炉膛空间内，本发明的裂解炉可以放置更多组炉管，从而提供更大的生产能力。

3、相比现有技术中辐射段炉管双排排布方式，本发明的辐射炉管的受热更加均匀，可以有效减小热应力的影响。

4、本发明的裂解炉中，辐射炉管为“U”型结构排布，可提高裂解炉的在线率、减少操作费用和延长炉管使用寿命，最终实现提高经济效益的目的。

附图说明

图1是本发明的乙烯裂解炉的示意图。

图2、图3、图4是本发明的一组2-1型炉管排布示意的正视图、俯视图、侧视图。由6个辐射炉管组成一组，其中第一程管1排布在一起，第二程管2排布在一起；第一程管1所在的平面为平面A，第二程管2所在的平面为平面B。

图5、图6、图7是一组2/1-1型炉管排布示意的正视图、俯视图、侧视图。由6个辐射炉管组成一组，其中第一程管1排布在一起，第二程管2排布在一起，且第一程管的两根入口管组成的平面与第一程管中心对称线组成的平面成一定的夹角。

图8、图9、图10是一组1-1型炉管排布示意的正视图、俯视图、侧视图。由6个辐射炉管组成一组，其中第一程管1排布在一起，第二程管2排布在一起，且第一程管1的内径较第二程管2的内径小。

图11、图12、图13是一组2-1型炉管排布示意的正视图、俯视图、侧视图。由7个辐射炉管组成一组，其中两个平行平面A和B的任一平面内每个辐射炉管的第二程管和相邻的辐射炉管的第一程管相邻。

图14、图15、图16是一组2/1-1型炉管排布示意的正视图、俯视图、侧视图。由7个辐射炉管组成一组，其中两个平行平面A和B的任一平面内每个辐射炉管的第二程管和相邻的辐射炉管的第一程管相邻；且如图15所示，第一程管的两根入口管组成的平面与第一程管中心对称线组成的平面成一定的夹角。

图17、图18、图19是一组1-1型炉管排布示意的正视图、俯视图、侧视图。由7个辐射炉管组成一组，其中两个平行平面A和B的任一平面内每个辐射炉管的第二程管和相邻的辐射炉管的第一程管相邻。

图20、图21是两组如图2、3、4所示的2-1型炉管在裂解炉中组合排布的俯视示意图。其中一组辐射炉管的第一程管1和相邻一组的辐射炉管的第一程管1在一个平面内；图20是两组2-1型辐射炉管的回弯管连接件的俯视投影平行的俯视图；图21是两组2-1型辐射炉管的回弯管连接件的俯视投影成一定的夹角的俯视图。

图22、图23是两组如图2、3、4所示的2-1型炉管组合排布的俯视示意图。其中一组辐射炉管的第一程管1和相邻一组的辐射炉管的第二程管2在一个平面内；图22是两组2-1型辐射炉管的回弯管连接件的俯视投影是平行的俯视图；图23是两组2-1型辐射炉管的回弯管连接件的俯视投影成一定的夹角的俯视图。

图24、图27是一个2-1型炉管组成一组辐射段炉管的俯视示意图。其中图24表示的是所有辐射炉管的第一程管1排布在一起，第二程管2排布在一起的示意图；图27是所有辐射炉管的第一程管1和第二程管2交错排布的示意图。

图25、图26是两组如图11、12、13所示的2-1型炉管组合排布的俯视示意图。其中图25是两组2-1型辐射炉管的回弯管连接件的俯视投影平行的俯视图；图26是两组2-1型辐射炉管的回弯管连接件的俯视投影成一定的夹角的俯视图。

图28、图29、图30是本发明的一组3/1-1型炉管排布示意的正视图、侧视图、俯视图。由5个辐射炉管组成一组，其中两个平行平面A和B的任一平面内每个辐射炉管的第二程管和相邻的辐射炉管的第一程管相邻。

图31、图32、图33是本发明的一组3/1-1型炉管排布示意的正视图、侧视图、俯视图。由5个辐射炉管组成一组，其中第一程管1排布在一起，第二程管2排布在一起。

图34、图35、图36是本发明的一组3-1型炉管排布示意的正视图、侧视图、俯视图。由5个辐射炉管组成一组，其中第一程管1排布在一起，第二程管2排布在一起。

图37、图38、图39是本发明的一组3-1型炉管排布示意的正视图、侧视图、俯视图。由5个辐射炉管组成一组，其中两个平行平面A和B的任一平面内每个辐射炉管的第二程管和相邻的辐射炉管的第一程管相邻。

图40、图41、图42是一个1-1型炉管组成一组辐射段炉管的正视图、侧视图、俯视图。在两个平面内的辐射炉管的第一程管1和第二程管2交错排布。

图43、图44、图45是一个1-1型炉管组成一组辐射段炉管的正视图、侧视图、俯视图。平面A、平面B与平面C对称布置并成一夹角。

图46是由1-1型炉管组成的一组辐射段炉管的俯视图。平面A与平面B与平面C对称布置并成一夹角；辐射炉管的第一程管1和第二程管2交错排布。其回弯管连接件为倒Ω型。

图47是一个由5个2-1型炉管组成一组辐射段炉管的俯视图。平面A与平面B与平面C对称布置并平行。

图48、图49、图50为传统2-1型炉管成一组辐射段炉管的正视图、侧视图、俯视图。

具体实施方式

下面结合附图47给出一个实施例。以下描述仅表示本发明的具体实施方式，只是为了进一步对本发明进行说明，而并不对本发明进行限制。

本发明的裂解炉包括高压气包3、对流段4、辐射段5、垂直布置在辐射段的多组辐射炉管7、燃烧器8、急冷锅炉6；辐射段炉膛内部高度13500mm、宽度3500mm、长度14000mm。由第一程管1及第二程管2组成每一个2-1型排列的两程立式辐射炉管，在第一程管和第二程管之间采用半圆型弯管连接件连接；裂解物料由第一程管引入，由第二程管引出。第一程管上部是两根入口管，通过一个三通构件合并后，再通过一根直管与所述的回弯管连接件的一端固定连接；辐射炉管的第二程管包括：一根出口管，与所述的回弯管连接件的另一端固定连接。一组炉管的一程管构成平面A，二程管构成平面B，平面A和B平行，间距600mm。回弯管连接件互相平行。第一程管1和第二程管2的长度都为12000mm。以5个炉管为一组，辐射段布置8组炉管。每个炉管出口连接一个线性急冷锅炉。各个炉管回弯管连接件互相平行排布。炉管通过顶部的恒力弹簧吊架悬挂。第一程炉管的内径是45mm～55mm，第二程炉管的内径是65mm～75mm。辐射炉管管径是介于上述范围的某一值。

辐射段供热由底部燃烧器和侧壁燃烧器共同提供，其中底部供热70％。

急冷锅炉采用线性急冷锅炉，每一个2-1炉管与一个线性急冷锅炉直接相连。

Claims (15)

1.一种乙烯裂解炉，该裂解炉包括辐射区、燃烧器、排布在辐射区内的辐射炉管、对流区、急冷锅炉和高压汽包；其特征在于：

所述的辐射炉管为两程立式炉管，其第一程管和第二程管之间采用回弯管连接件连接，其正视投影和侧视投影均为“U”形；

所述的第一程管为入口管，所述的第二程管为出口管；所述的每一个辐射炉管的第一程管和第二程管分别布置在平面A和平面B内；

所述的回弯管连接件为一立体结构件，以平面C为对称面，其侧视投影为一对称的曲线；

多组辐射炉管排布在辐射区内，其中每一组辐射炉管由多个辐射炉管组成；

同一组辐射炉管中的每一个辐射炉管的第一程管的中心对称线或第二程管的中心线均处于一个平面内，该平面称为平面A；该组辐射炉管中的每一个辐射炉管的另一程管的中心线也均处于一个平面内，该平面称为平面B；

平面A和平面B分别对称分布于平面C两侧；

该组辐射炉管中的每一个辐射炉管的回弯管连接件的对称中心线均处于一个铅垂平面内，该平面称为平面C。

2.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其特征在于，所述的平面A上端和平面B上端向内等幅倾斜不超过45度角。

3.根据权利要求2所述的乙烯裂解炉，其特征在于，所述的平面A和平面B与平面C平行。

4.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其特征在于所述的各个辐射炉管的回弯管连接件平行排布，且俯视投影为一直线段且长度相同；所述的回弯管连接件为弧形或倒Ω连接件，其中倒Ω为所述的弧形连接件与S型弯管组合而成。

5.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其特征在于每一组辐射炉管的所有第一程管和第二程管分别处于所述的平面A和B内。

6.根据权利要求5所述的乙烯裂解炉，其特征在于所述的一组辐射炉管包括1-12个辐射炉管。

7.根据权利要求1-5之一所述的乙烯裂解炉，其特征在于所述的一组辐射炉管包括1-8个辐射炉管，所述的辐射炉管为2-1型，2/1-1型，3-1型或3/1-1型炉管；

其中，

所述的2-1型炉管的第一程管为两根管，第二程管为一根管；

所述的2/1-1型炉管的第一程管分为上下两段，上段为两根管，下段为一根管，上、下段之间通过一个三通连接件连接，第二程管为一根管；

所述的3-1型炉管的第一程管为三根管，第二程管为一根管；

所述的3/1-1型炉管的第一程管分为上下两段，上段为三根管，下段为一根管，上、下段之间通过一个四通连接件连接，第二程管为一根管；

所述的不同构型的炉管的第一程管通过所述的回弯管连接件与其第二程管连接。

8.根据权利要求1-5之一所述的乙烯裂解炉，其特征在于所述的一组辐射炉管包括2-12个1-1型辐射炉管，所述的1-1型炉管的第一程管和第二程管均为一根管，所述的第一程管通过所述的回弯管连接件与其第二程管连接。

9.一种乙烯裂解炉，该裂解炉包括辐射区、燃烧器、排布在辐射区内的辐射炉管、对流区、急冷锅炉和高压汽包；其特征在于：

所述的辐射炉管为两程立式炉管，其第一程管和第二程管之间采用回弯管连接件连接，其正视投影和侧视投影均为“U”形；

其中所述的第一程管为入口管，第二程管为出口管；所述的回弯管连接件为一立体结构件，以平面C为对称面；

多组辐射炉管排布在辐射区内，其中每一组辐射炉管由奇数个辐射炉管组成；

同一组辐射炉管中的每个辐射炉管的第二程管和与其相邻的辐射炉管的第一程管相邻，且每一个辐射炉管的第二程管的中心线和与其相邻的辐射炉管的第一程管的中心对称线均处于一个平面内，该平面称为平面A；相应的每一个辐射炉管的第一程管的中心对称线和与其相邻的辐射炉管的第二程管的中心线均处于一个平面内，该平面称为平面B；

平面A和平面B分别对称分布于平面C两侧；

该组辐射炉管中的每一个辐射炉管的回弯管连接件的对称中心线均处于一个铅垂平面内，该平面称为平面C。

10.根据权利要求9所述的乙烯裂解炉，其特征在于每一组辐射炉管包括1～13奇数个辐射炉管。

11.根据权利要求10所述的乙烯裂解炉，其特征在于每一组辐射炉管包括1、3、5、7个辐射炉管。

12.根据权利要求9-11之一所述的乙烯裂解炉，其特征在于所述的辐射炉管为2-1型，2/1-1型，3-1型，3/1-1型或1-1型炉管；其中，

所述的2-1型炉管的第一程管为两根管，第二程管为一根管；

所述的2/1-1型炉管的第一程管分为上下两段，上段为两根管，下段为一根管，上、下段之间通过一个三通连接件连接，第二程管为一根管；

所述的3-1型炉管的第一程管为三根管，第二程管为一根管；

所述的3/1-1型炉管的第一程管分为上下两段，上段为三根管，下段为一根管，上、下段之间通过一个四通连接件连接，第二程管为一根管；

所述的1-1型炉管的第一程管、第二程管均为一根管；

所述的不同构型的炉管的第一程管通过回弯管连接件与其第二程管连接；

所述的各个辐射炉管的回弯管连接件平行排布，且俯视投影为一直线段且长度相同；所述的回弯管连接件为弧形或倒Ω连接件，其中倒Ω为所述的弧形连接件与S型弯管组合而成。

13.根据权利要求12所述的乙烯裂解炉，其特征在于：

所述的炉管构型为2/1-1型时，每一组辐射炉管的第一程管为两根平行的管，其组成的平面与平面A重合或与平面A成不为零的夹角；

所述的炉管构型为3/1-1型时，每一组辐射炉管的第一程管为三根平行的管且在一个平面内，其组成的平面与平面A重合或与平面A成不为零的夹角。

14.根据权利要求1或9所述的乙烯裂解炉，其特征在于所述的辐射炉管设置强化传热构件。

15.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其特征在于所述的辐射炉管的管径是分段变径或连续变径。

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