CN102050696B - 一种烃类蒸汽裂解制乙烯裂解炉 - Google Patents
一种烃类蒸汽裂解制乙烯裂解炉 Download PDFInfo
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Abstract
本发明为一种烃类蒸汽裂解制乙烯裂解炉。本发明在乙烯裂解炉辐射段中采用两程不分枝变径炉管或分枝变径炉管，第一程炉管采用双排布置，第二程炉管采用单排布置，一程炉管与二程炉管分别处于三个平面中，两个第一程管平面均以第二程管平面为对称面。这三个平面可以互相平行，或者第一程管所在的两个平面与第二程管所在平面成一相同夹角，此时上端间距小于下端间距。两程炉管之间采用对称弯管或其与S型管组合连接件连接。本发明的炉管根据情况可以在第一、第二程炉管采用强化传热构件单元以进一步提高裂解炉运行周期和炉管使用寿命。本发明辐射段尺寸小，有利于减少占地和节省投资，可用于新建裂解炉或对裂解炉进行扩能改造。
Description
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
石油化工乙烯装置中所采用的乙烯裂解技术主要为美国LUMMUS公司、Stone&Webster公司、Kellog & Braun Root公司，欧洲的德国Linde公司、Technip(KTI)公司以及中国石化所开发的CBL裂解炉。它们的技术如下：
美国LUMMUS公司：采用4-1、5-1、6-1等两程炉管，通常四小组炉管配一台急冷(废热)锅炉；
美国Stone&Webster公司：采用U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；
美国Kellog&Braun Root公司：采用U型或单程炉管，通常一小组或两小组U型炉管配一台线性急冷(废热)锅炉、两小组或四小组单程炉管配一台线性急冷(废热)锅炉，全部底部供热；
德国Linde公司：采用2-1两程炉管，通常八小组炉管配一台急冷(废热)锅炉，近来也采用一小组炉管配一台线性急冷(废热)锅炉；
Technip(荷兰KTI)公司：采用2-1两程炉管，通常八小组炉管配一台急冷(废热)锅炉，采用1-1(U)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；
中石化CBL技术：由中国石化工程建设公司(原北京石化工程公司)、北京化工研究院、化工机械研究院共同开发，采用2-1两程炉管，通常八小组炉管配一台急冷(废热)锅炉，或两小组炉管配一台一级急冷(废热)锅炉，然后所有一级急冷锅炉再合并到二级急冷锅炉。
为降低原料消耗、维持适当的运转周期和原料适应性，大多数现有技术均采用两程分枝变径或两程不分枝变径高选择性炉管。第一程采用小直径炉管，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主要有1-1型(U型)、2-1型等炉管。
1-1型(U型)炉管具有比表面积大、能与线性急冷锅炉匹配、第一程与第二程采用弯管联结、具有较好的机械性能的优点。但是该现有技术的缺陷是：运转周期比其他两程炉管短，裂解炉在线率较低，操作费用较高，炉管全部单排排列，炉膛较长，占地面积大。
2-1型炉管具有比表面积大、运转周期长、能与各种型式急冷锅炉匹配的优点。但是该现有技术的缺陷是：由于每小组炉管数量比1-1型(U型)炉管多，炉管单排排列时炉膛较长，占地面积大，一二程炉管间采用常规弯头形式连接时机械性能较差，不易吸收由于两程炉管温差带来的热应力，容易造成炉管弯曲，降低炉管使用寿命。
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90度弯管、水平管，见图12。
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，其优势是炉管径向温度分布均匀，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，影响了炉管径向温度分布，而且其第一程、第二程管之间的连接容易引起炉管的弯曲。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术中裂解炉的占地多和投资高的问题，同时也克服双排布置炉管的缺陷，实现提高裂解炉的在线率、减少操作费用和延长炉管使用寿命，达到提高经济效益的目的。
本发明的烃类蒸汽裂解制乙烯裂解炉是这样实现的，
本发明的烃类蒸汽裂解制乙烯裂解炉包括：
a)至少一个辐射区；排布在辐射区内的底部燃烧器和/或侧壁燃烧器；辐射区内垂直排布的多组两程辐射炉管；
b)对流区及水平配置在对流区的多组对流炉管；
c)辐射区和对流区之间的过渡区；
d)急冷锅炉、高压汽包和引风机；
其特征在于：
所述的辐射炉管为两程分支变径或不分支变径辐射炉管；
所述的辐射炉管第一程炉管(入口管)和第二程(出口管)炉管分别处于三个平面中，第一程炉管所在的两个平面以第二程炉管所在平面对称布置，这三个平面可以互相平行，或者第一程管所在的两个平面与第二程管所在平面成一相同夹角，其中第一程炉管双排、第二程炉管单排布置；
所述的辐射炉管第一程炉管(入口管)所在平面分别在第二程炉管(出口管)平面两侧，且与第二程炉管所在平面平行且垂直距离相同；第一程炉管与第二程炉管之间由对称弯管或其与S型弯管的组合形成的空间立体结构连接件连接。所述S型弯管为一形状为S型的空间立体结构件。所述对称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。与S型弯管连接时S型弯管在对称弯管两端或一端。裂解原料与稀释蒸汽的混合物从第一程管的上端入口处引入，经第一程管、第一程与第二程管之间的连接件及第二程管，然后从第二程管上端引出，再进入急冷锅炉。
所述的S型弯管为一成S型的立体结构件；
所述的对称弯管为在一平面内的沿中心线对称的弯管；
所述的弯管组合件为两端为S型弯管，中间为对称弯管的组合构件。
在具体实施过程中
所述的第一程炉管平面与第二程炉管平面之间距离范围可以为100～600mm，优选200～400mm；第一程炉管所在的两个平面以第二程炉管所在平面对称布置，这三个平面可以互相平行，或者第一程管所在的两个平面与第二程管所在平面成一相同夹角，此时上端间距小于下端间距。
所述的第一程炉管内径为40～65mm、第二程炉管内径为50～76mm为佳；
所述的辐射段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，以便增加吸收辐射热。
所述的第二程炉管可以从辐射区顶部与急冷锅炉相连或者可以从辐射区侧面与急冷锅炉相连；
所述的第二程炉管与急冷锅炉可以在一个平面布置，急冷锅炉成单排；或者第二程炉管与急冷锅炉可以不在一个平面上，急冷锅炉成双排布置；
由于采用了上述的结构特征，本发明缩短了辐射段炉膛长度的10～20％，辐射段炉管机械性能得到改善，延长了炉管使用寿命2～3年。当本发明与线性急冷锅炉匹配时，可延长急冷锅炉机械清焦时间1～2年或者不需要机械清焦。
本发明的乙烯裂解炉的有益效果：
1、本发明的辐射炉管为第一程炉管双排/第二程炉管单排排布，辐射炉管的第一程管与第二程管采用由对称弯管或其与S型弯管的组合形成的空间立体结构连接件连接是对称的，炉管受力均匀，其结构柔性大，具有较好的机械性能；
2、相比现有技术中辐射段炉管采用单排排布方式，由于第一程炉管采用双排排列，可以进一步减小炉管间距，缩短裂解炉辐射段的长度，节约占地面积。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(约提高10-20％)。
3.、相比现有技术中辐射段炉管双排排布方式，由于第二程管采用单排排列，可以使第二程炉管受热更加均匀，可以提高运行周期。
4、采用强化传热构件时，可以消除第一程辐射炉管由于双排布置而出现的受热不均匀问题，可以有效减少炉管的弯曲，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为现有技术示意图。
图2为本发明实施方案之一。
图3为本发明实施方案之二。(摘要附图)
图4为本发明实施方案之三。
图5为本发明实施方案之四。
图6为本发明实施方案之五。
图7为本发明实施方案之六。
图8为本发明实施方案之七。
图9为本发明实施方案之八。
图10为本发明实施方案之九。
图11为本发明实施方案之十。
图12为现有技术实施方案。
图1中，①为辐射段，②为过渡段，③为对流段，④为辐射炉管，⑤为底部燃烧器，⑥为侧壁燃烧器，⑦为急冷锅炉，⑧高压汽包，⑨为引风机。
图2～11中，1第一程炉管，2为第二程炉管。
具体实施方式
图2为本发明实施方案之一。
采用两程变径炉管，其中第一程炉管布置为双排，分别布置在两个平行平面内，两个平面间距为600mm。第二程炉管布置为单排，第一程与第二程炉管不在同一个平面。两程炉管间连接的对称弯管伸出炉管平面之外。第一程管处有一S弯管向炉管平面外弯出，其俯视投影方向弯出部分与一程炉管平面的夹角根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。
图3为本发明实施方案之二。
采用两程不分支变径炉管，其中第一程炉管为双排，分别布置在两个平行平面内，两个平面间距为600mm。第二程炉管为单排，且第一程与第二程不在同一个平面。其中一二程之间的对称连接弯管在第一、二程炉管平面之间，在第二程管下端有一S弯管向炉管平面外弯出，其俯视投影方向弯出部分与第二程炉管平面的夹角根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。
图4为本发明实施方案之三。
采用两程分支变径炉管，第一程两根炉管在下部通过Y型管合为一根。第一程炉管布置为双排，分别布置在两个平行平面内，两个平面间距为600mm。第二程炉管为单排，且第一程与第二程炉管不在同一个平面。其中一二程之间的对称连接弯管在第一、二程炉管平面之间，在第二程管下端有一S弯管向炉管平面外弯出，其俯视投影方向弯出部分与第二程炉管平面的夹角根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。
图5为本发明实施方案之四。
采用两程分支变径炉管，第一程两根炉管在下部通过Y型管合为一根。第一程炉管布置为双排，分别布置在两个平行平面内，两个平面间距为900mm。第二程炉管为单排，且第一程与第二程炉管不在同一个平面。一二程之间的对称连接弯管在第一、二程炉管平面之间，其俯视投影为一直线，与一程炉管平面的夹角不根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。
图6为本发明实施方案之五。
采用两程不分支变径炉管。第一程炉管布置为双排，分别布置在两个平行平面内，两个平面间距为900mm。第二程炉管为单排，且第一程与第二程炉管不在同一个平面。一二程之间的对称连接弯管在第一、二程炉管平面之间，其俯视投影为一直线，与一程炉管平面的夹角根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。
图7为本发明实施方案之六。
采用两程分支变径炉管，第一程两根炉管在下部通过Y型管合为一根。第一程炉管布置为双排，分别布置在两个平行平面内，两个平面间距为400mm。第二程炉管为单排，且第一程与第二程炉管不在同一个平面。一二程之间的对称连接弯管伸处第一程炉管平面之外，并有一S型管与弯管连接，其俯视投影与一程炉管平面的夹角不根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。
图8为本发明实施方案之七。
采用两程不分支变径炉管。第一程炉管布置为双排，分别布置在两个平行平面内，两个平面间距为400mm。第二程炉管为单排，且第一程与第二程炉管不在同一个平面。一二程之间的对称连接弯管伸出第一程炉管平面之外，并有一S管与弯管连接，其俯视投影与一程炉管平面的夹角根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。
图9为本发明实施方案之九。
采用两程分支变径炉管，第一程两根炉管在下部通过Y型管合为一根。第一程炉管布置为双排，分别布置在两个平面内，两个平面不平行，两个平面间距在辐射炉膛上部为400mm，在辐射炉膛下部为900mm。第二程炉管为单排，且第一程与第二程炉管不在同一个平面。一二程之间采用对称连接弯管连接，其俯视投影与一程炉管平面的夹角根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。
图10为本发明实施方案之十。
采用两程不分支变径炉管。第一程炉管布置为双排，分别布置在两个平面内，两个平面不平行，两个平面间距在辐射炉膛上部为400mm，在辐射炉膛下部为900mm。第二程炉管为单排，且第一程与第二程炉管不在同一个平面。一二程之间采用对称连接弯管连接，其俯视投影与一程炉管平面的夹角根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。
图11为本发明实施方案之八
为图3所示实施方案的相邻两组炉管布置方案。两组炉管的入口管布置在两侧，出口管集中布置。
图12为现有技术炉管的一种排布，由8个辐射炉管组成，其中两个平行平面A和B的同一端布置第一程管、在另一端布置辐射炉管的第二程管。第一程管与第二程管之间的连接管分上下两层布置，每层连接管俯视投影为一组平行线，两层连接管俯视投影为一组交叉线。第一程管与第二程管之间的连接管的正视投影和端视投影均由两个90度弯头与一根水平管构成的连接件。
Claims (7)
1.一种烃类蒸汽裂解制乙烯裂解炉，包括：
ａ）至少一个辐射区；排布在辐射区内的底部燃烧器和/或侧壁燃烧器；辐射区内垂直排布的多组两程辐射炉管；
ｂ）对流区及水平配置在对流区的多组对流炉管；
ｃ）辐射区和对流区之间的过渡区；
d）急冷锅炉、高压汽包和引风机；
其特征在于：
所述的辐射炉管为两程分支变径或不分支变径辐射炉管；
所述的辐射炉管第一程炉管和第二程炉管分别处于三个平面中；其中第一程炉管双排布置、第二程炉管单排布置；
所述的辐射炉管第一程炉管所在平面分别在第二程炉管平面两侧，且以第二程炉管所在平面对称布置，第二程炉管集中布置；第一程炉管与第二程炉管之间由对称弯管与S型弯管的组合形成的空间立体结构连接件连接；
所述的S型弯管为一成S型的立体结构件；
所述的对称弯管为在一平面内的沿中心线对称的弯管；
对称弯管与S型弯管的组合形成的空间立体结构连接件中，对称弯管与S型弯管连接时S型弯管在对称弯管一端；
所述的第一程炉管平面与第二程炉管平面之间距离范围为100～600mm，且与第二程炉管所在平面平行。
2.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于：
所述的第一程炉管平面与第二程炉管平面之间距离范围为200～400mm。
3.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于：
所述的第一程炉管平面与第二程炉管平面之间距离为100～600mm，上端间距小于下端间距且以第二程炉管所在平面对称布置。
4.根据权利要求3所述的裂解炉，其特征在于：
所述的第一程炉管平面与第二程炉管平面之间距离为200～400mm。
5.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于：
所述的第一程炉管内径为40～65mm，第二程炉管内径为50～76mm。
6.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于：
所述的辐射段炉管设置强化传热构件。
7.根据权利要求4所述的裂解炉，其特征在于：
所述的第一程炉管平面与第二程炉管平面之间距离范围为200～400mm；
所述的第一程炉管内径为40～65mm，第二程炉管内径为50～76mm；
所述的辐射段炉管设置强化传热构件。
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