CN101723784A - 一种乙烯裂解炉 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种乙烯裂解炉。每个辐射炉管包括一个第一程管和一个第二程管以及用于连接第一程管和第二程管的一个连接件。两程炉管位于同一个平面，其连接件分布于炉管所在平面的两侧。这样炉管的重心位于平面内，同时由于第一程管、第二程管分别集中布置，当第二程管向下膨胀时，连接件、第一程管均有规律地向同一个方向运动，在热态运行时可以避免由于炉管重心不在炉管平面内引起的炉管弯曲及运动方向不同，能更好地保证第一程炉管与第二程炉管处在炉膛中心平面，达到避免传热不均匀的目的，同时炉管变径能更好的满足裂解反应的需要，裂解性能更好。本发明的裂解炉具有运转周期长、机械性能好，寿命长的优点。

Description

一种乙烯裂解炉
技术领域
本发明属于石油化工领域，具体涉及一种石油化工生产中的乙烯裂解炉的炉管结构。
背景技术
在乙烯装置中，裂解炉是核心设备。辐射炉管的设计是决定裂解选择性、提高裂解产品的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炉管。
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。
美国鲁姆斯克雷斯特公司在专利CN1067669中公布了其炉管排布，其入第一程管为6根，第二程管为一根，第一程管在下部通过一集合管与第二程管连接。此种结构，由于第一程管为多根、第二程管为一根，在炉管受热膨胀时，第二程管先向下膨胀，第一程管在第二程管的牵引下向下运动，其中离第二程管远的受力较小、靠近第二程管的受力较大，加上下部集合管为刚性连接，其结果是集合管靠近第二程管最低，斜向集合管最远端第一程管，这样的结果是当地一程管无法随第二程管运动时，就会造成炉管弯曲。
埃克森美孚化学专利公司在CN1259981专利中公布了一种排布，同时，US6528027专利公布了另一种排布，。这两种结构炉管共同的缺点是由于第一程管下部向外倾斜、而第二程管未向相反方向倾斜，同时相邻第一程管往另一侧倾斜，其结果是在炉管受热状态下，整个辐射炉管不能很好地保持单排，会自然地为消除应力而成为双排。
EP1146105专利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。但2-1型炉管由于在第一程2根管下部有一Y型管，虽然其炉管排不克服了上述炉管结构的缺点，仍然会因与Y型管连接的两根管的膨胀会有差别而出现弯曲。
从上述现有技术中可以看出，现有的炉管排布都不能避免炉管的变形和偏移，而且此种变形导致炉管受热不匀，从而使炉管进一步变形和偏移，不利于提高吸收率，并且导致裂解炉寿命降低。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种具有能保持受热均匀、机械性能好且寿命延长的两程辐射炉管的乙烯裂解炉。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种乙烯裂解炉，包括高压汽包、对流段、辐射段、垂直布置在辐射段的多组辐射炉管、燃烧器、急冷锅炉；每个辐射炉管包括一个第一程管和一个第二程管以及用于连接第一程管和第二程管的一个连接件；裂解物料由第一程管的入口端引入，由第二程管的出口端引出；所述第一程管和第二程管为不分支炉管，且各炉管中心线在同一个平面上；所述连接件为一立体结构件，包括入口弯管、回弯管和出口弯管；每一根第一程管远离其入口端的一端与一根入口弯管的一端相连通，入口弯管的另一端与一根回弯管的一端相连通，回弯管的另一端与出口弯管一端相连通，出口弯管的另一端与第二程管远离其出口端的一端相连通；所述入口弯管与出口弯管分别位于所述第一程管和第二程管炉管中心线所在平面的两侧；一组入口弯管的中心线所形成的平面与一组出口弯管的中心线所形成的平面相交(端视图)，交线位于第一程管和第二程管炉管中心线所在的平面上，并关于此平面对称；连接一组入口弯管和一组出口弯管的回弯管相互平行，其俯视投影为长度相同的直线段；所述各连接件的侧视投影为同一条对称的连续封闭曲线。
本发明乙烯裂解炉的辐射炉管可以是，所述各第一程管平行，各第二程管平行，且第一程管和第二程管平行；所述第一程管和第二程管的炉管中心线所在平面的俯视投影为一直线；所述各入口弯管平行，其俯视投影与所述直线所成入口角度相同；所述各出口弯管平行，其俯视投影与所述直线所成出口角度相同，所述出口角度与所述入口角度相同。
本发明乙烯裂解炉的辐射炉管可以是，所述各第一程管平行，各第二程管平行，且第一程管和第二程管平行；所述第一程管和第二程管的炉管中心线所在平面的俯视投影为一直线；所述各入口弯管不平行，其俯视投影与所述直线所成入口角度不同；所述各出口弯管不平行，其俯视投影与所述直线所成出口角度不同，但每个辐射炉管所述出口角度与所述入口角度相同。
本发明乙烯裂解炉的辐射炉管的内径可以选自下列的组合之一，并且每个组合中第一程管与第二程管长度是一样的：
(1)所述第一程管和连接件内径相同，所述第二程管内径与第一程管和连接件的内径不相同，所述第二程管内径大于第一程管和连接件的内径，这可以称之为一次变径；
(2)所述第一程管和连接件内径相同，所述第二程管下部内径与第一程管和连接件的内径相同，第二程管上部内径大于其下部内径；这可以称之为两次变径；
(3)所述第一程管为等径，连接件内径大于第一程管内径，所述第二程管内径与连接件内径相同；
(4)所述第一程管为等径，连接件内径大于第一程管内径，所述第二程管下部内径与连接件内径相同，第二程管上部内径大于其下部内径；这可以称之为三次变径；
(5)所述第一程管为等径，连接件内径大于第一程管内径，所述第二程管下部内径大于连接件内径，第二程管上部内径大于其下部内径；这可以称之为四次变径；
(6)所述第一程管为变径，所述第一程管下部内径大于第一程管上部内径。为了在达到同样吸收率的条件下，满足裂解过程中降低温度和降低压降的要求，可以对辐射炉管采取变径，根据不同的需求，变径有多种形式(不限于以下几种)：
采用上述的变径后，随裂解反应进行截面积增大，降低了管程的阻力降，能更好的满足裂解反应的需要，裂解性能更好。以相同的裂解产物收率为目标时可以有效的降低裂解温度，而达到同样的裂解温度时可以有效的提高目的烯烃产物的收率。
本发明乙烯裂解炉的辐射炉管的所述回弯管的侧视投影形状可以为弧形、半圆形、半椭圆形或者抛物线形。
本发明乙烯裂解炉的辐射炉管可以包括至少2个所述的辐射炉管，且每组辐射炉管的所有第一程管和所有的第二程管分别集中排布在一起。
本发明乙烯裂解炉的辐射炉管可以将两组辐射炉管的第二程管相邻排布，构成一个模块；在裂解炉辐射段中，布置多个所述模块，且各组的第一程管和第二程管炉管中心线都在同一平面内。
本发明乙烯裂解炉的辐射炉管可以在裂解炉辐射段中，布置多组辐射炉管，一组辐射炉管的第一程管与另一组辐射炉管的第二程管相邻排布，且各组的第一程管和第二程管炉管中心线都在同一平面内。
在上述的结构中，因为每一个连接件的侧视投影都为对称的连续封闭曲线，这样在受热时，连接件变形也是对称的，这样就能保证受热均匀，同时也使单排保持不变。具体来说，两程炉管位于同一个平面，两程炉管的连接件分布于炉管所在平面的两侧，炉管的重心位于平面内，同时由于第一程管、第二程管分别集中布置，当第二程管向下膨胀时，连接件、第一程管均有规律地向同一个方向运动，在热态运行时可以避免由于炉管重心不在炉管平面内引起的炉管弯曲及运动方向不同，能更好地保证第一程炉管与第二程炉管处在炉膛中心平面，达到避免受热不均匀的目的。因而采用此种排布炉管的裂解炉具有运转周期长、机械性能好的优点。
一组辐射炉管中所述各第一程管平行，各第二程管平行，且第一程管和第二程管平行；所述第一程管和第二程管的炉管中心线所在平面的俯视投影为一直线。而入口弯管和出口弯管的排布有多种方式，其中一种为：所述各入口弯管平行，其俯视投影与所述直线所成入口角度相同；所述各出口弯管平行，其俯视投影与所述直线所成出口角度相同，所述出口角度与所述入口角度相同。另一种为：所述各入口弯管不平行，其俯视投影与所述直线所成入口角度不同；所述各出口弯管不平行，其俯视投影与所述直线所成出口角度不同，所述单个出口角度与所述入口角度相同。
根据不同的需求，一组辐射炉管可包括2个或多个所述的辐射炉管，且每组辐射炉管的所有第一程管和所有的第二程管分别集中排布在一起。在辐射段中排布多组所述辐射炉，其排布方式有多种，其中一种为：将两组辐射炉管的第二程管相邻排布，构成一个模块，且两组的第一程管和第二程管炉管中心线都在同一平面内；在裂解炉辐射段中，布置多个所述模块，且各组的第一程管和第二程管炉管中心线都在同一平面内。另一种为：一组辐射炉管的第一程管与另一组辐射炉管的第二程管相邻排布，且各组的第一程管和第二程管炉管中心线都在同一平面内。
在具体实施时，采用多少组炉管与裂解炉能力有关，可根据原料情况、裂解炉产量、运行周期等设计要求来确定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)以相同的裂解产物收率为目标时可以有效的降低裂解温度，而达到同样的裂解温度时可以有效的提高目的烯烃产物的收率；(2)运转周期长、机械性能好、炉管不易弯曲。(3)降低实际运行中的炉管表面温度，延长炉管使用寿命2～3年。
附图说明
图1：本发明的裂解炉示意图
图2：本发明一组辐射炉管实施例的示意正视图、侧视图和俯视图(摘要附图)
图3：本发明的一组辐射炉管实施例的示意正视图、侧视图和俯视图
图4：本发明的两组辐射炉管组合排布示意图的俯视图
图5：本发明的两组辐射炉管组合排布示意图的俯视图
图6：本发明的两组辐射炉管组合排布示意图的俯视图
图7：本发明的一组辐射炉管示意正视图
图8：本发明的一组辐射炉管示意正视图
图9：本发明的一组辐射炉管示意正视图
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
如图1所示，本发明的一种乙烯裂解炉，包括高压汽包1、对流段2、辐射段3、垂直布置在辐射段的多组辐射炉管4、燃烧器5、急冷锅炉6。
如图2所示，每个辐射炉管包括一个第一程管7和一个第二程管8以及用于连接第一程管和第二程管的一个连接件9；裂解物料由第一程管7的入口端引入，由第二程管8的出口端引出。
所述第一程管7和第二程管8为不分支炉管，且各炉管中心线在同一个平面上；所述第一程管7、连接件9以及第二程管8为等径或至少变径一次。
所述连接件9为一立体结构件，包括入口弯管10、回弯管11和出口弯管12；每一根第一程管7远离其入口端的一端与一根入口弯管10的一端相连通，入口弯管10的另一端与一根回弯管11的一端相连通，回弯管11的另一端与出口弯管12一端相连通，出口弯管12的另一端与第二程管8远离其出口端的一端相连通。
所述入口弯管10与出口弯管12分别位于所述第一程管7和第二程管8炉管中心线所在平面的两侧；一组入口弯管10的中心线所形成的平面与一组出口弯管12的中心线所形成的平面相交，交线位于第一程管7和第二程管8炉管中心线所在的平面上，并关于此平面对称；连接一组入口弯管10和一组出口弯管12的回弯管11相互平行，其俯视投影为长度相同的直线段，所述回弯管11的侧视投影形状为半圆形。而所述各连接件9的侧视投影为同一条对称的连续封闭曲线。
一组辐射炉管中所述各第一程管7平行，各第二程管8平行，且第一程管7和第二程管8平行；所述第一程管7和第二程管8的炉管中心线所在平面的俯视投影为一直线。而入口弯管10和出口弯管12的排布有多种方式：
其中一种为图2所示：所述各入口弯管平行，其俯视投影与所述直线所成入口角度相同；所述各出口弯管平行，其俯视投影与所述直线所成出口角度相同，所述出口角度与所述入口角度相同，角度优选为70度。
另一种为图3所示：所述各入口弯管10不平行，其俯视投影与所述直线所成入口角度不同；所述各出口弯管12不平行，其俯视投影与所述直线所成出口角度不同，变化范围65-90度，所述单个炉管出口角度与所述入口角度相同。
根据不同的需求，一组辐射炉管可包括2个或多个所述的辐射炉管，且每组辐射炉管的所有第一程管7和所有的第二程管8分别集中排布在一起。在辐射段中排布多组所述辐射炉，其排布方式有多种，其中一种为：将两组辐射炉管的第二程管相邻排布，构成一个模块，且两组的第一程管和第二程管炉管中心线都在同一平面内；第一组的连接件入口弯管和第二组的连接件入口弯管在第一程管和第二程管炉管中心线所在平面的两侧(如图4)或者同侧(如图5)；在裂解炉辐射段中，布置多个所述模块，且各组的第一程管7和第二程管8炉管中心线都在同一平面内。另一种为图6所示：一组辐射炉管的第一程管与另一组辐射炉管的第二程管相邻排布，且各组的第一程管和第二程管炉管中心线都在同一平面内。
为了在达到同样吸收率的条件下，满足裂解过程中降低温度和降低压降的要求，可以对辐射炉管采取变径，即管径逐渐放大，根据不同的需求，变径有多种形式：
其中一种为：所述第一程管7和连接件9内径相同，所述第二程管8下部内径与连接件9内径不同，上部内径与下部内径也不同(图7)。
另一种为：所述第一程管7为变径，上部内径与下部内径不同，连接件9内径与第一程管7下部内径相同，所述第二程管8为等径(图8)。
还有一种为：所述第一程管7为变径，连接件9内径与第一程管7下部内径相同，所述第二程管8下部内径与连接件9内径不同，上部内径与下部内径也不同(图9)。
在具体实施时，采用多少组炉管与裂解炉能力有关，可根据原料情况、裂解炉产量、运行周期等设计要求来确定。本发明的保护范围以权利要求书为准，不受下列具体实施例的限制。
采用48个辐射炉管不同实施方案的工艺性能对比如下：
对比例：(等径)
表1辐射段炉管结构参数(等径)
  第一程   连接管   第二程   合计
  炉管根数   48   48   48
  炉管内径m   0.05707   0.05707   0.05707
  炉管外径m   0.0707   0.0707   0.0707
  炉管长度m   11.6185   2.6885   11.6185   25.9255
实施例1(一次变径)
表2辐射段炉管结构参数(一次变径)
  第一程   连接管   第二程上   合计
  炉管根数   48   48   48
  第一程   连接管   第二程上   合计
  炉管内径m   0.0510   0.0510   0.0635
  炉管外径m   0.0646   0.0646   0.0771
  拉直长度m   11.6185   2.6885   11.6185   25.9255
实施例2(二次变径)
表3辐射段炉管结构参数(二次变径)
第一程上   第一程下、连接管及第二程下 第二程上 合计
  炉管根数   48   48   48
  炉管内径m   0.0510   0.05577   0.0635
  炉管外径m   0.0646   0.0694   0.0811
  拉直长度m   8.6010   8.4415   8.8830   25.9255
实施例3(三次变径)
表4辐射段炉管结构参数(三次变径)
第一程上   第一程下及连接管 第二程下 第二程上 合计
  炉管根数   48   48   48   48
  炉管内径m   0.0510   0.0540   0.0580   0.0641
  炉管外径m   0.0646   0.0676   0.0716   0.0817
  拉直长度m   7.5000   6.8070   5.9600   5.6585   25.9255
表5实施例与对比例的比较
Figure G2008102242777D0000101

Claims (8)

1.一种乙烯裂解炉，包括高压汽包、对流段、辐射段、垂直布置在辐射段的多组辐射炉管、燃烧器、急冷锅炉；每个辐射炉管包括一个第一程管和一个第二程管以及用于连接第一程管和第二程管的一个连接件；裂解物料由第一程管的入口端引入，由第二程管的出口端引出；其特征在于，
所述第一程管和第二程管为不分支炉管，且各炉管中心线在同一个平面上；
所述连接件为一立体结构件，包括入口弯管、回弯管和出口弯管；每一根第一程管远离其入口端的一端与一根入口弯管的一端相连通，入口弯管的另一端与一根回弯管的一端相连通，回弯管的另一端与出口弯管一端相连通，出口弯管的另一端与第二程管远离其出口端的一端相连通；
所述入口弯管与出口弯管分别位于所述第一程管和第二程管炉管中心线所在平面的两侧；一组入口弯管的中心线所形成的平面与一组出口弯管的中心线所形成的平面相交，交线位于第一程管和第二程管炉管中心线所在的平面上，并关于此平面对称；连接一组入口弯管和一组出口弯管的回弯管相互平行，其俯视投影为长度相同的直线段；所述各连接件的侧视投影为同一条对称的连续封闭曲线。
2.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其特征在于一组辐射炉管中所述各第一程管平行，各第二程管平行，且第一程管和第二程管平行；所述第一程管和第二程管的炉管中心线所在平面的俯视投影为一直线；所述各入口弯管平行，其俯视投影与所述直线所成入口角度相同；所述各出口弯管平行，其俯视投影与所述直线所成出口角度相同，所述出口角度与所述入口角度相同。
3.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其特征在于一组辐射炉管中所述各第一程管平行，各第二程管平行，且第一程管和第二程管平行；所述第一程管和第二程管的炉管中心线所在平面的俯视投影为一直线；所述各入口弯管不平行，其俯视投影与所述直线所成入口角度不同；所述各出口弯管不平行，其俯视投影与所述直线所成出口角度不同，但每个辐射炉管所述出口角度与所述入口角度相同。
4.根据权利要求1-3之一所述的乙烯裂解炉，其特征在于所述的辐射炉管的内径选自下列的组合之一：
(1)所述第一程管和连接件内径相同，所述第二程管内径与第一程管和连接件的内径不相同，第二程管内径大于第一程管和连接件的内径；
(2)所述第一程管和连接件内径相同，所述第二程管下部内径与第一程管和连接件的内径相同，第二程管上部内径大于其下部内径；
(3)所述第一程管为等径，连接件内径大于第一程管内径，所述第二程管内径与连接件内径相同；
(4)所述第一程管为等径，连接件内径大于第一程管内径，所述第二程管下部内径与连接件内径相同，第二程管上部内径大于其下部内径；
(5)所述第一程管为等径，连接件内径大于第一程管内径，所述第二程管下部内径大于连接件内径，第二程管上部内径大于其下部内径；
(6)所述第一程管为变径，所述第一程管下部内径大于第一程管上部内径。
5.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其特征在于，所述回弯管的侧视投影形状为弧形、半圆形、半椭圆形或者抛物线形。
6.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其特征在于，所述的一组辐射炉管包括至少2个所述的辐射炉管，且每组辐射炉管的所有第一程管和所有的第二程管分别集中排布在一起。
7.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其特征在于将两组辐射炉管的第二程管相邻排布，构成一个模块；在裂解炉辐射段中，布置多个所述模块，且各组的第一程管和第二程管炉管中心线都在同一平面内。
8.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其特征在于在裂解炉辐射段中，布置多组辐射炉管，一组辐射炉管的第一程管与另一组辐射炉管的第二程管相邻排布，且各组的第一程管和第二程管炉管中心线都在同一平面内。
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