CN102146011B - 一种烃类蒸汽裂解制乙烯裂解炉 - Google Patents

Abstract

本发明为一种烃类蒸汽裂解制乙烯裂解炉，其特征在于：所述的辐射炉管为两程分支变径的辐射炉管；第一程管最终在第二程管下端采用一倒Y型管合并为一根管；第一程炉管(1)与第二程炉管(2)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。本发明的有益效果是，克服了2-1、4-1型等分支炉管的机械性能上的缺点，并对工艺性能有所改善，最终延长了辐射炉管使用寿命及裂解炉运行周期。

Description

一种烃类蒸汽裂解制乙烯裂解炉

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辐射炉管结构。

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)公司以及国内所开发的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；

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；

国内开发的CBL裂解技术，采用2-1型和改进2-1型等两程炉管，对于2-1型可以配一台急冷(废热)锅炉，或与线性锅炉、二级急冷锅炉相匹配。

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，目前大多数现有技术均采用两程(18～24m)分枝变径或两程不分支变径高选择性炉管，将停留时间控制在0.15～0.25s。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有1-1型(U型)、2-1型、4-1型、5-1型、6-1型、8-1型等炉管。

急冷锅炉有传统式(斯密特、包西格)、浴缸式一级急冷锅炉、二级急冷和线性急冷锅炉，线性急冷锅炉具有运转周期长不需水力清焦的优点。能与线性急冷

1-1型(U型)炉管具有比表面积大、能与线性急冷锅炉匹配、具有较好的机械性能，但运转周期比其他两程炉管稍差。

2-1型炉管具有比表面积大、能与线性急冷锅炉匹配，但与1-1型(U型)炉管相比由于第一程管需要通过一个Y型件由两根管合并为一根管，两根管在制造和操作中会出现偏差，合并后的炉管管径较大，大直径弯管的柔性比小弯管要差。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，且一程管布置在一起，二程管布置在一起。一程直管经一Y型管合并后和二程管分别通过S形管与一个弯管连接。

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。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，第二程管与第一程管之间的膨胀差只能靠设置在第一程管入口的平衡系统来调节，这样的结果是当第一程管无法随第二程管运动时，就会造成炉管弯曲。

2-1型、4-1型等炉管为分支管，第一程管需要合并后与第二程管连接，第一程管与第二程管之间的连接件设计是否合理，直接对裂解炉管的机械性能产生影响，也就是说能否减缓或避免炉管的弯曲。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提出一种在改善工艺性能的同时，改善炉管受热状况、且机械性能得到改善的辐射炉管，实现提高裂解炉的工艺技术指标、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。通过提出一种新结构的两程辐射炉管及其一二程管之间的连接件，来克服现有技术的缺点。

具体说来，为了克服1-1型、2-1和4-1等型炉管的缺点，并保留已有的优点，本发明将2-1型炉管的第一程2根管子的长度延长，在第二程管下部合并，也即保留了1-1型炉管的机械性能，工艺性能保留了2-1的优点，这样一来就把两者的优点结合在一起。同时，本发明将4-1型炉管的第一程2根管在下部先合并，然后在第二程管下部合并，也即保留了2-1型炉管的机械性能，工艺性能保留了4-1的优点，这样一来就把两者的优点结合在一起。

本发明的一种烃类蒸汽裂解制乙烯裂解炉是这样实现的：

本发明的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；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烟道区；

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辐射炉管；

第一程管最终在第二程管下端采用一倒Y型管合并为一根管；

第一程炉管1与第二程炉管2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。

所述的对称弯管为在一平面内的沿中心线对称的弯管；

所述的S型弯管为一成S型的立体结构件；

所述的弯管组合为由一个S型弯管和一个对称弯管构成的组合构件。

所述的辐射炉管第一程管有偶数根变径或不变径的炉管，第一程炉管布置在第二程管的两侧或者一侧。

在具体实施中，

所述的辐射炉管第一程管可以为偶数根变径或不变径的炉管，其中，第一程炉管可以对称布置在第二程管的两侧，每侧可以各布置一半一程管，每一个辐射炉管两侧的对称弯管在同一平面内，俯视投影为一直线，且与S型弯管或一程管投影成“Z”型，每侧第一程管数量优选为2、4、6、8和10根，由于一程管最终在第二程管下部合并，并采用弯管来吸收与二程管之间的膨胀差，当一程管布置在两侧时炉管受力更加平衡，因此有效地克服了2-1、4-1型等分支炉管的机械性能上的缺点；

另外，第一程炉管集中也可以布置在第二程管的一侧，第一程管数量优选为2、4、6、8、10、12和16根。所述的辐射炉管第一程管有偶数根变径或不变径的炉管，第一程炉管集中布置在第二程管的一侧。每一个辐射炉管两侧的对称弯管对称布置在炉管所在平面的两侧。由于一程管最终在第二程管下部合并，并采用弯管来吸收与二程管之间的膨胀差，因此有效地克服了2-1、4-1型等分支炉管存在的由于一程管膨胀不等而引起的机械性能上的缺点。

所述的第一程炉管内径可以为40～65mm，第二程炉管内径可以为55～130mm，所述的第一程与第二程管之间的连接管内径为40～90mm。

所述的辐射段炉管可以设置强化传热构件，如CN1260469所公开的扭曲管，以便增加吸收辐射热。

所述的一台裂解炉可以布置一组或多组相同的辐射炉管，每程辐射炉管管径是可以分段变径或连续变径。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)由于一程管最终在第二程管下部合并，并采用弯管来吸收与二程管之间的膨胀差，因此有效地克服了2-1、4-1型等分支炉管存在的由于一程管膨胀不等而引起的机械性能上的缺点，当一程管布置在一程管两侧时炉管受力更加平衡，最终延长了辐射炉管使用寿命；

(2)一程管最终在第二程管下部合并与一程管在下端经一次合并后再与第二程管连接相比，由于一程管长度加长，炉管比表面积增加，在裂解深度相同时有利于延长裂解炉运行周期，在运行周期相同时，有利于提高烯烃收率。

附图说明

图1A为现有技术裂解炉示意图

图1A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1B为现有技术1-1炉管布置图

图2A、图2B为本发明的2-1型炉管图

图3为本发明的4-1型炉管图

图4A为2-1型炉管的一种排列方式(第一程管对称排列在二程管的两侧)

图4B为2-1型炉管的一种排列方式

图5为本发明2-1型炉管的一种排布方式(第一程管对称排列在二程管的两侧)

图6为本发明2-1型炉管的一种排布方式(第一程管排列在二程管的一侧)

图7为本发明4-1型炉管的一种排布方式(第一程管对称排列在二程管的两侧)

图8为Stone&Webster公司在美国申请专利附图，专利号US6528027

图9为EXXON公司申请的专利附图，专利号CN1259981

图10为Linde公司在欧洲申请专利附图，专利号EP1146105

图11为LUMMUS公司在中国申请专利所附图，专利号CN1067669。

具体实施方式

实施例1

如图4A和图4B所示，采用两程2-1型分支变径炉管，其中第一程炉管布置在第二程炉管的两侧，第二程炉管数量为8根，第一程炉管总数量为16根，在二程管两侧各布置8根。

第一程与第二程炉管在同一个平面内。每个辐射炉管一、二程炉管间连接件的两个相同对称弯管在同一平面内且与炉管平面成一夹角。一组辐射炉管的对称弯管俯视投影为一组平行线。二程管两侧的第一程管处各有一S弯管向炉管平面外弯出，其俯视投影与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4A中所有S弯管俯视投影相互平行，图4B中S弯管俯视投影则两两相互平行。每一个辐射炉管两侧的对称弯管与S型弯管俯视投影成“Z”型。

实施例2

如图5所示，采用2-1型两程分支变径炉管，其中第一程炉管布置在第二程炉管的两侧，第二程炉管数量为8根，第一程炉管总数量为16根，在二程管两侧各布置8根。

第二程炉管处在一个垂直平面内，第一程炉管所在两个平面与第二程炉管所在平面成一相同夹角并以其为对称面。每个辐射炉管一、二程管间连接件的两个相同对称弯管在同一平面内且与第二程炉管平面成一夹角。一组辐射炉管的对称弯管俯视投影为一组平行线。第一程管炉管平面外倾斜，其俯视投影与二程炉管平面垂直、且所有一程管俯视投影相互平行。每一个辐射炉管两侧的对称弯管与一程管投影成“Z”型。

其夹角根据炉膛高度、倾斜开始位置、炉管尺寸及炉管间距等因素确定，图4A作为一个特例是在一程炉管下部倾斜，另外一个特例是第一程管的两个平面与第二程管平面平行，即一程管上部与第二程管平行。

实施例3

如图6所示，采用两程2-1型分支变径炉管，其中第一程炉管布置在第二程炉管的一侧，第二程炉管数量为8根，第一程炉管总数量为16根。

第一程与第二程炉管在同一个平面内。每个辐射炉管一、二程炉管间连接件的两个相同对称弯管所在的两个平面与第二程炉管平面成一相同夹角并以其为对称面，其夹角根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。第一程管有两个S弯管分别向炉管平面外弯出，其俯视投影与炉管平面的夹角根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。

实施例4

如图7所示，采用两程4-1型分支变径炉管，其中第一程炉管布置在第二程炉管的两侧，第二程炉管数量为4根，第一程炉管总数量为16根，在二程管两侧各布置8根。

第一程与第二程炉管在同一个平面内。每个辐射炉管一、二程炉管间连接件的两个相同对称弯管在同一平面内且与炉管平面成一夹角。一组辐射炉管的对称弯管俯视投影为一组平行线。二程管两侧的第一程管合并后各有一S弯管向炉管平面外弯出，其俯视投影与炉管平面的夹角根据具体炉管数量、管径及管排布置确定。图中所有S弯管俯视投影相互平行，每一个辐射炉管两侧的对称弯管与S型弯管俯视投影成“Z”型。

上述技术方案只是本发明的几种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选地或仅为说明发明如何实现，而并不具有限制性的意义。

本发明的急冷锅炉主要采用双套管式急冷锅炉(线性急冷锅炉、U型急冷锅炉、二级急冷锅炉等)，也可采用传统式、浴缸式、快速急冷等锅炉。炉管的布置型式不限于附图所列。本发明辐射段炉管可用于新建裂解炉或对裂解炉进行扩能改造。

Claims (10)

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；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烟道区；

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的辐射炉管；

第一程管最终端在第二程管下端采用一倒Y型管合并为一根管；

第一程炉管（1）与第二程炉管（2）之间由对称弯管或对称弯管与S型弯管的组合形成的空间立体结构连接件连接。

2.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于：

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S型弯管为一成S型的立体结构件；

所述的对称弯管与S型弯管的组合为由一个S型弯管和一个对称弯管构成的组合构件。

3.根据权利要求1所述的裂解炉，其特征在于：

所述的辐射炉管第一程管有偶数根变径或不变径的炉管，第一程炉管布置在第二程管的两侧或者一侧。

4.根据权利要求3所述的裂解炉，其特征在于：

所述的第一程炉管对称布置在第二程管的两侧，每侧各布置一半一程管；每一个辐射炉管两侧的对称弯管在同一平面内，俯视投影为一直线，且与S型弯管或第一程管投影成“Z”型。

5.根据权利要求3所述的裂解炉，其特征在于：

所述的第一程炉管集中布置在第二程管的一侧；每一个辐射炉管两侧的对称弯管对称布置在炉管所在平面的两侧。

6.根据权利要求4或5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55～130mm。

7.根据权利要求4或5所述的裂解炉，其特征在于：

所述的第一程与第二程管之间的连接管内径为40～90mm。

8.根据权利要求4或5所述的裂解炉，其特征在于：

一台所述的裂解炉布置一组或多组相同的辐射炉管，每程辐射炉管管径是可以分段变径或连续变径。

9.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。

10.根据权利要求4或5所述的裂解炉，其特征在于：

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S型弯管为一成S型的立体结构件；

所述的对称弯管与S型弯管的组合为由一个S型弯管和一个对称弯管构成的组合构件；

所述的第一程炉管内径为40～65mm，第二程炉管内径为55～130mm；

所述的第一程与第二程管之间的连接管内径为40～90mm；

一台所述的裂解炉布置一组或多组相同的辐射炉管，每程辐射炉管管径是可以分段变径或连续变径；

所述的辐射段炉管设置强化传热构件。

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