CN103773422B - 一种用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，每两根第一程炉管通过一个弧形的第一级集合管连接，第一级集合管上端两个管口分别连接两根第一程炉管，两个第一级集合管连接到一个弧形的第二级集合管，第二级集合管上端两个管口分别连接第一级集合管下端管口，第二级集合管下端的管口和弯管连接，弯管的另一端连接第二程炉管。本发明可以消除炉管底部连接件变形对辐射炉管的附加力，避免了辐射炉管弯曲变形，延长裂解炉的运行周期，延长炉管的使用寿命，同时，管内反应物料流速波动较小，不出现流动滞留区域，降低了管内物料的停留时间，有利于烃类裂解反应，提高了目的产物的收率。

Description

一种用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管
技术领域
本发明涉及乙烯裂解炉领域，进一步地说，是涉及一种用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管。
背景技术
乙烯管式裂解炉是当今乙烯生产中的核心装置，近几年，我国乙烯产量持续增加，截止2011年，我国乙烯年生产总量已突破1500万吨。“十二五”期间，四川成都80万吨乙烯/年、武汉80万吨乙烯/年、抚顺扩建到100万吨乙烯/年和大庆扩建到120万吨乙烯/年等都将相继投产运行，本领域的技术进步将带来巨大的经济效率和社会效益。
世界上开发乙烯管式裂解炉技术的专利商有ABB Lummus Global、Technip、Stone&Webster、Linde、KBR和Sinopec公司等，并且已经占据乙烯裂解技术的主导地位。目前，这些技术专利商都十分注重乙烯裂解炉新型技术的研究与开发，辐射段炉管的设计研究就是重要研究方向之一，辐射段盘管的设计是决定裂解选择性和提高裂解产品收率的关键步骤，改变辐射盘管的结构和排布，例如，不分支变径、分支变径、单程等径等不同结构的辐射炉管已经成为炉管优化的重要方向。
正如本领域技术人员所知，裂解炉的辐射段炉管具有高温、短停留、低烃分压等特点，有利于乙烯生产的高选择性、高能力和长周期运行。上述裂解炉技术专利商较多采用两程分支变径或者两程变径高选择性炉管，第一程采用小直径炉管，利用比表面积大的特点达到快速升温的目的，第二程采用大直径的炉管，降低对烃类裂解反应后期的结焦敏感性。目前，工业应用的两程高选择性辐射炉管主要有2-1型、4-1型、5-1型、6-1型、8-1型以及U（1-1）型，高选择性炉管的比表面积大，升温速度快，非常有利于烃类裂解反应。
目前，采用4-1型炉管的裂解炉技术专利商主要是ABB Lummus Global，进口管是四根平行的炉管，出口管是一根炉管，炉管采用错排排列，第一程炉管采用单排、第二程炉管采用双排。第一程和第二程炉管采用特殊的连接管，即底平锥形管连接。ABB Lummus Global公司在专利CN1067669中公布了其炉管排布，其第一程为6根，第二程为1根炉管，采用底平锥形连接管将第一程和第二程炉管连接起来。这种炉管结构第一程可以为多根炉管，第二程为一根炉管，本发明专利对比为第一程四根炉管，第二程一根炉管，详见图1，在炉管受热膨胀时，第二程炉管先向下膨胀，第一程所有炉管在第二程炉管的牵引下向下运动，离第二程炉管较远的一程炉管受力小，离第二程炉管较近的一程炉受力大，由于一程所有炉管采用同类钢制材料连接和受力不均匀性，一程的四根炉管运动距离并不一样，就会造成炉管弯曲变形，这将直接影响到炉管使用寿命和裂解炉的运行周期。因此，裂解炉炉管仍需要进一步改进和完善。
发明内容
为了解决现有4-1型、5-1型、6-1型和8-1型等几种辐射段炉管的连接结构和排布方式使得集合管、弯管和直管等部分炉管受热不均，产生弯曲变形，炉管使用寿命缩短，裂解炉运行周期缩短等问题，本发明提供给了一种用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，采用弧形的集合管和弯管形式连接一程炉管和二程炉管，消除炉管底部连接件变形对辐射炉管的附加力，避免了辐射炉管弯曲变形，延长裂解炉的运行周期，延长炉管的使用寿命，同时，由于采用弧形集合管和弯管形式，管内反应物料流速波动较小，不出现流动滞留区域，降低了管内物料的停留时间，有利于烃类裂解反应，提高了目的产物的收率。
本发明的目的是提供一种用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管。
所述炉管为两程立式炉管，第一程炉管的数量为4，第二程炉管为1根炉管，
每两根第一程炉管通过一个弧形的第一级集合管连接，第一级集合管上端两个管口分别连接两根第一程炉管，两个第一级集合管连接到一个弧形的第二级集合管，第二级集合管上端两个管口分别连接第一级集合管下端管口，第二级集合管下端的管口和弯管连接，弯管的另一端连接第二程炉管。
其中优选，
所述第一级集合管的弧度为120°-240°,优选为150°-210°。
所述第二级集合管的弧度为120°-240°,优选为150°-210°。
所述弯管的弧度为90°-270°，优选为150°-210°
所述第一程炉管等径且平行。
所述第一级集合管的下端管口内径小于所述第二级集合管的下端管口内径；
所述第二级集合管的下端管口内径等于或者小于所述弯管的内径。
所述第一级集合管下端管口内径范围为60mm-80mm；优选70mm-75mm；
所述第二级集合管下端管口内径范围为80mm-120mm优选95mm-105mm；
所述弯管内径范围为80mm-120mm，优选95mm-105mm。
以上所述的第一程炉管和第二程炉管可采用现有技术中通常的炉管，其内径和排布方式也可采用现有技术中通常的，可根据具体情况调整，本发明中，可优选：
所述第一程炉管内径范围为40mm-60mm；更优选为45mm-55mm；
所述第二程炉管内径范围为80mm-120mm，更优选为95mm-105mm。
具体可采用以下技术方案：
一种新型两程辐射段炉管的裂解炉用两程炉管，第一程为四根平行竖直入口管，第二程为一根竖直出口管，组成一个新型4-1型辐射炉管，该新型4-1型辐射炉管垂直布置在裂解炉辐射段中央，辐射炉管所在立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；入口管与横跨段进口管相连，出口管与急冷锅炉相连。两个入口管底部用一个第一级弧形集合管连接，第一级弧形集合管两个出口管再用第二级弧形集合管连接，第二级弧形集合管出口管用弯管连接，然后再将第二程炉管和弯管连接起来。所述的4-1型炉管在裂解炉辐射段炉膛内，入口管和出口管均单排排列，受热均匀，炉管不易变形。本发明的弧形集合管和弯管没有额外的偏心力问题，避免了辐射炉管的底部弯曲变形，
与现有技术相比，本发明的有益效果显著。两个第一级弧形集合管和一个第二级弧形集合管是本发明核心，该弧形集合管减小了管内滞留区域，避免了受热不均匀和炉管弯曲的现象，同时，滞留区域的减小降低了管内物料的停留时间，提高了烃类裂解反应的选择性，提高目的产物的收率。单排排列方式可以使炉管两面都面对辐射源炉墙，加热效果显著，炉管间距较小，炉管组数较多，提高了生产能力。
附图说明
图1是现在两程4-1型辐射炉管的一程炉管下端集合管和弯管示意图。
图2是本发明的4-1型辐射炉管的一程炉管下端集合管和弯管示意图。
图3本发明的两程4-1型辐射炉管的正视图示意图。
图4本发明的两程4-1型辐射炉管的俯视图示意图
附图标记说明：
1第一程炉管；2第二程炉管；3第一级集合管；4第二级集合管；5弯管
具体实施方式
下面结合实施例，进一步说明本发明。
实施例：
如图2所示，一种用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管。
所述炉管为两程立式炉管，第一程炉管的数量为4，第二程炉管为1根炉管，每两根第一程炉管1通过一个弧形的第一级集合管3连接，第一级集合管3上端两个管口分别连接两根第一程炉管1，两个第一级集合管3连接到一个弧形的第二级集合管4，第二级集合管4上端两个管口分别连接第一级集合管3下端管口，第二级集合管4下端的管口和弯管5连接，弯管5的另一端连接第二程炉管2。
所述第一级集合管的弧度为180°，所述第二级集合管的弧度为180°，所述弯管的弧度为180°。所述第一程炉管等径且平行。
所述第一级集合管下端管口内径73mm；
所述第二级集合管下端管口内径101.5mm；
所述弯管内径101.5mm；
所述第一程炉管内径50.7mm；
所述第二程炉管内径101.5mm。
将本实施例的炉管和现有技术的4-1型炉管的工艺结果进行比较。保证石脑油进料量不变、稀释蒸汽量不变、热负荷不变和辐射段出口温度不变，将实施例和现有技术进行比较，见表1
表1实施例与现有技术的工艺比较
现有技术4-1型炉管的辐射段出口平均线速度为167.13m/s,宏观停留时间为0.3288s，通过实施本发明技术，管内物料在一程管和二程管连接区域流动速度更快了，滞留区域减小了，平均线速度提高至169.98m/s,宏观停留时间为0.3147s，停留时间有所降低，烯烃目的产物的收率有所提高。

Claims (8)

1.一种用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，所述炉管为两程立式炉管，第一程炉管的数量为4，第二程炉管为1根炉管，其特征在于：
每两根第一程炉管通过一个弧形的第一级集合管连接，第一级集合管上端两个管口分别连接两根第一程炉管，两个第一级集合管连接到一个弧形的第二级集合管，第二级集合管上端两个管口分别连接第一级集合管下端管口，第二级集合管下端的管口和弯管连接，弯管的另一端连接第二程炉管；
所述第一级集合管的弧度为120°-240°；
所述第二级集合管的弧度为120°-240°；
所述弯管的弧度为90°-270°。
2.如权利要求1所述的用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，其特征在于：
所述第一级集合管的弧度为150°-210°；
所述第二级集合管的弧度为150°-210°；
所述弯管的弧度为150°-210°。
3.如权利要求1所述的用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，其特征在于：
所述第一程炉管等径且平行。
4.如权利要求1～3之一所述的用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，其特征在于：
所述第一级集合管的下端管口内径小于所述第二级集合管的下端管口内径；
所述第二级集合管的下端管口内径等于或者小于所述弯管的内径。
5.如权利要求4所述的用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，其特征在于：
所述第一级集合管下端管口内径范围为60mm-80mm；
所述第二级集合管下端管口内径范围为80mm-120mm；
所述弯管内径范围为80mm-120mm。
6.如权利要求5所述的用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，其特征在于：
所述第一级集合管下端管口内径范围为70mm-75mm；
所述第二级集合管下端管口内径范围为95mm-105mm；
所述弯管内径范围为95mm-105mm。
7.如权利要求4所述的用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，其特征在于：
所述第一程炉管内径范围为40mm-60mm；
所述第二程炉管内径范围为80mm-120mm。
8.如权利要求7所述的用于乙烯裂解炉的两程辐射段炉管，其特征在于：
所述第一程炉管内径范围为45mm-55mm；
所述第二程炉管内径范围为95mm-105mm。
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