CN103789002B - 气相加热炉及其在化工领域的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种气相加热炉，该气相加热炉包括辐射段，该辐射段具有换热管（10），其中，该换热管（10）中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。本发明还提供了该气相加热炉在化工领域的应用。通过上述技术方案，在气相加热炉的辐射段的换热管中设置根据本发明的强化传热元件，其阻力较低，传热系数相对较高，因此不但达到了强化传热，减少燃料用量，更多回收高品位能量，保证催化重整收率等目的，增加了工业过程中的可实施性。

Description

气相加热炉及其在化工领域的应用
技术领域
本发明涉及化工领域，具体地，涉及一种气相加热炉，以及该气相加热炉在化工领域的应用。
背景技术
在化工领域，通常涉及到反应物质为气相的情况。
例如催化重整技术就涉及到气相物质的加热。催化重整是以石脑油为原料生产高辛烷值汽油及芳烃的重要炼油过程。“重整”是使烃类分子重新排列成新分子结构的工艺过程，在催化剂的作用下，环烷烃和烷烃转化成芳烃和异构烷烃，同时产生蒸汽。由于重整反应是一个吸热反应，在绝热反应器中进行，所需热量一般由加热炉来提供。
另外，制氢技术也涉及到气相物质的加热，氢作为高效清洁能源及清洁油品生产的原料，需求量也不断增长，氢生产成本较高的问题显得更加突出。为了降低制氢成本，国内外的研究人员针对制氢催化剂以及工艺两个方面开展了大量研究工作。烃类水蒸气转化执法是目前工业应用最普遍的制氢方法，该方法是一个强吸热过程，通常在加热炉里进行，反应过程需要吸收大量的热量。
通常，制氢加热炉炉管的原料入口温度为350-45-，出口温度为750-800，炉管管壁最高温度为950，而且制氢加热炉炉管内装填了催化剂，管内催化剂堆积密度及其易碎性都直接影响着传热量的大小。一台制氢加热炉处理量、热负荷和热强度等参数首先取决于催化剂的性能。制氢加热炉炉管内进行的转化反应要求把管内的原料气尽快加热到高温。
此外，氯乙烯的生产也涉及到气相物质的加热。二氯乙烷裂解炉是将二氯乙烷裂解转化为氯乙烯单体和氯化氢，采用气相法进行，由于二氯乙烷裂解炉的反应器结构简单，不需要使用催化剂，但与催化裂解反应工艺类似。在二氯乙烷裂解炉中，裂解反应在裂解炉的反应管中进行，炉体由对流段和辐射段组成，原料在对流段预热，在辐射段炉管进行反应，二氯乙烷裂解反应是强吸热反应，热量由辐射段侧壁燃烧器的燃料燃烧来提供。
由上文可知，二氯乙烷裂解炉是氯乙烯生产装置的重要设备，其运行质量直接关系着生产原料的消耗和装置的能耗等。通过对流段炉管的换热来预热原料，辐射段炉管的换热来提供二氯乙烷裂解反应需要的热量，裂解炉中热源向炉管壁的传热是由辐射和对流两种传热方式组成。
以上所介绍的催化重整加热炉、制氢加热炉和二氯乙烷裂解炉都属于气相加热炉，在炉管内均为对流换热，现在应用的很多强化传热技术都是对于强化对流传热进行研究，以提高炉管管壁到炉管内物料的总传热系数K和对流传热热强度q，公式如下：
其中，δ、δf、δe分别为炉管管壁厚度、滞流边界层厚度和结焦边界层厚度，λ、λf、λe、αt分别为炉管管壁的导热系数、滞流边界层的导热系数、结焦边界层的导热系数和物料的导热系数，TW和Tt分别为炉管管壁温度和管内物料温度。
根据上述原理，相关技术人员设计出了各种形式的强化传热装置。主要是通过传热面的形状或者管内加入构件来增加流体湍流程度，或者通过扩展传热面积来提高传热效率，从而节约能量。目前，最常用的强化传热装置的结构是在传热管中增加设置扭曲片。尽管扭曲片强化传热效果良好，但是对于气相加热炉来说，管内的流体流动形式由活塞流变为旋转流，产生了很大的切向速度，对边界层有很强的冲刷力，减薄滞流边界层和减少炉管的结焦量。
尽管由管式换热管改进的强化传热装置种类很多，应用也很广泛，但是现有这些装置加工制造难度较大，费用成本很高，并且长周期运行也是一个瓶颈，而且上述结构的强化传热管的压降较大。而压降的大小对于带有反应的气相加热炉影响较大。因此，如何在增强传热就成为一个重要的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种气相加热炉，该气相加热炉通过强化传热元件使得换热效果更好。
为了实现上述目的，本发明提供一种气相加热炉，该气相加热炉包括包括辐射段，该辐射段具有换热管，其中，该换热管中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。
优选地，所述换热管中设置有第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，其中，
该第一强化传热元件包括第一扭曲片，所述第一扭曲片具有沿所述换热管的轴向方向从所述第一扭曲片的上侧边至下侧边贯穿形成的竖孔；
该第二强化传热元件包括所述第一扭曲片和设置在所述第一扭曲片之中的第一套管，该第一扭曲片的内边缘与所述第一套管的外表面相连；
该第三强化传热元件包括第二扭曲片，所述第二扭曲片具有贯穿所述第二扭曲片的表面而形成的边缘闭合的横孔；
该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的所述第一扭曲片和/或第二扭曲片；
该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个所述第一扭曲片和设置在该两个第一扭曲片之中的第二套管，该两个第一扭曲片中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。
优选地，所述第一强化传热元件和/或第二强化传热元件和/或第三强化传热元件和/或第四强化传热元件和/或第五强化传热元件关于所述换热管的中心线对称。
优选地，所述第一套管和/或第二套管为圆柱形管，并且该圆柱形管的中心线与所述换热管的中心线重合。
优选地，在所述横孔中心处做所述第二扭曲片的切面，所述横孔在该切面上的投影为圆形。
优选地，所述换热管中设置的所述强化传热元件的个数为1-24个。
优选地，所述强化传热元件的个数为2-10个
优选地，所述换热管中设置多个所述强化传热元件，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于15D且小于等于75D。
优选地，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于25D且小于等于50D
优选地，所述第一强化传热元件的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。
优选地，所述第一强化传热元件的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.8D。
优选地，所述第二强化传热元件竖孔的直径和/或所述第一套管和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。
优选地，所述第二强化传热元件竖孔的直径和/或所述第一套管和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.8D。
优选地，所述横孔的面积与整个所述第二扭曲片的面积的比值为大于等于0.05且小于等于0.95，优选为大于等于0.05且小于等于0.8。
优选地，所述强化传热元件的沿所述换热管的轴向长度和所述换热管的直径之间的比例为1-10。
优选地，所述强化传热元件的沿所述换热管的轴向长度和所述换热管的直径之间的比例为1-6。
优选地，所述强化传热元件的旋转角度为90-1080°。
优选地，所述强化传热元件的旋转角度为120-360°。
优选地，所述强化传热元件与所述换热管为铸造或焊接或锻造而成。
优选地，所述强化传热元件与换热管的管体的材料相同，或者所述强化传热元件的材料比所述换热管的管体的材料导热性更好。
优选地，所述气相加热炉包括催化重整加热炉、制氢加热炉、二氯乙烷裂解炉。
本发明还提供根据本发明所述的气相加热炉在化工领域中的应用。
通过上述技术方案，在气相加热炉的辐射段的换热管中设置根据本发明的强化传热元件，其阻力较低，传热系数相对较高，因此不但达到了强化传热，减少燃料用量，更多回收高品位能量，保证催化重整收率等目的，增加了工业过程中的可实施性。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是具有第一强化传热元件的换热管的截面图；
图2是如图1所示的换热管的侧视图，其中假设换热管为透明，因此能够看到换热管之内的第一强化传热元件的结构示意图；
图3是具有第二强化传热元件的换热管的截面图；
图4是如图3所示的换热管的侧视图，其中假设换热管为透明，因此能够看到换热管之内的第二强化传热元件的结构示意图；
图5是具有第三强化传热元件的换热管的截面图；
图6是如图5所示的换热管的侧视图，其中假设换热管为透明，因此能够看到换热管之内的第三强化传热元件的结构示意图；
图7是根据本发明优选实施方式的催化重整加热炉的示意图；
图8是根据本发明优选实施方式的制氢加热炉的示意图；
图9是根据本发明优选实施方式的二氯乙烷裂解炉的示意图。
附图标记说明
1第一扭曲片 2第二扭曲片
3第一套管 10换热管
20烟囱 21对流段
22辐射段 23火墙
24燃烧器 30火嘴
31原料气入口 32转化气出口
33烟气出口
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指本发明的换热管和气相加热炉在工作情况下的方向，也就是附图中所示的方向。
本发明提供一种气相加热炉，该气相加热炉包括包括辐射段，该辐射段具有换热管10，其中，该换热管10中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，该扭曲片上具有孔。
在气相加热炉中，如图7所示，辐射段22用于对原料进行加热。通常地，扭曲片可以理解成一条水平方向上的线段绕其自身中点旋转，同时还在竖直方向上向上或者向下平移而经过的轨迹曲面，并且在换热管10设置有扭曲片的部分管段的横截面中，扭曲片的截面一直都是换热管10截面圆的直径。扭曲片包括一对相互平行的上侧边和下侧边，以及一对扭曲边，该一对上侧边和下侧边与换热管10的直径相等，两个扭曲边始终与换热管10的管壁接触。
在换热管10中设置包括该扭曲片的强化传热元件能够利用流体自身的旋转，减薄了流体的边界层，以达到强化传热的目的。在本发明的气相加热炉的辐射段，换热管10中的扭曲片上具有孔，从而在提高传热效果的同时，减小了对流体流过换热管10的阻力，而且便于进行清焦。
通过上述技术方案，在气相加热炉的辐射段的换热管中设置根据本发明的强化传热元件，其阻力较低，传热系数相对较高，因此不但达到了强化传热，减少燃料用量，更多回收高品位能量，保证催化重整收率等目的，增加了工业过程中的可实施性。
优选地，所述换热管10中设置有第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，其中，
该第一强化传热元件包括第一扭曲片1，所述第一扭曲片1具有沿所述换热管10的轴向方向从所述第一扭曲片1的上侧边至下侧边贯穿形成的竖孔；
该第二强化传热元件包括所述第一扭曲片1和设置在所述第一扭曲片1之中的第一套管3，该第一扭曲片1的内边缘与所述第一套管3的外表面相连；
该第三强化传热元件包括第二扭曲片2，所述第二扭曲片2具有贯穿所述第二扭曲片2的表面而形成的边缘闭合的横孔；
该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的所述第一扭曲片1和/或第二扭曲片2；
该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个所述第一扭曲片1和设置在该两个第一扭曲片1之中的第二套管，该两个第一扭曲片1中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。
根据扭曲片上孔的设置方式的不同，本发明中提供了第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件，下面分别对这五种强化传热元件进行介绍。
第一强化传热元件包括第一扭曲片1，如图1和图2所示，该第一扭曲片1上具有沿换热管10的轴向方向从第一扭曲片1的上侧边至下侧边贯穿的第一竖孔，因此第一扭曲片1就会从中间断开分成两个扭曲的部分，也就是在换热管10设置有第一强化传热元件的部分管段的横截面中，第一扭曲片1的截面为换热管10截面圆的直径上与圆周相连的两个线段。
对于普通的换热管，管内流体换热的主要热阻集中在层流底层的低速区，但是对于本发明的设置有第一强化传热元件的换热管来说，管内流体的活塞流转变旋转流，提高了切向速度，破坏了原来的层流层，减薄边界层，增加传热系数，提高了换热管的传热效果。
并且，由于第一扭曲片1上具有竖孔，从而使得水力清焦头和除垢头能够插入换热管中，以进行机械清焦和除垢。
这样通过上述技术方案，该竖孔可以降低阻力、提高传热系数，并且能够进行机械清焦，这样不但增强了气相加热炉的辐射段的传热效率，而且降低了气相加热炉的辐射段的换热管的结焦速率和结垢速率，还可以在停车条件下进行机械清焦和除垢，保证了工业过程的可实施性。
第二强化传热元件包括第一扭曲片1和第一套管3，如图3和图4所示，该第一套管3的外表面与该第二强化传热元件的第一扭曲片1的内边缘相连。也就是说，换热管10之内设置第一套管3，在换热管10和第一套管3之间连接有通过竖孔分离的部分扭曲片。
该第二强化传热元件相当于在第一强化传热元件中设置第一套管3，因此其增强传热效率的原理相同，并且也具有降低结焦速率和结构速率的效果。其中该第一套管3主要起到加强架构强度的作用，防止换热管10长期使用而损坏扭曲片。
第三强化传热元件包括第二扭曲片2，该第二扭曲片2上设置有贯穿第二扭曲片2的表面而形成的边缘闭合的横孔，如图5和图6所示。
该第三强化传热元件的第二扭曲片2上的横孔的开孔方向有别于第一扭曲片1中的竖孔，该横孔能够通过轴向方向流动的流体，也能够通过径向方向流动的流体，因此也能够改变流体的流向，破坏原有的层流，以增加传热系数，提高了换热管的传热效果。而且扭曲片上的横孔可以沿轴向方向上下对应，这样就可以沿轴向贯通，从而便于机械清焦和水力清焦操作。
该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个第一扭曲片1，或者两个第二扭曲片2，或者一个第一扭曲片1和一个第二扭曲片2。在换热管10的设置有该第四强化传热元件的部分的所有横截面中，两个第一扭曲片1截面线所在的直线都是相互垂直的。
需要说明的是，当第四强化传热元件包括两个在横截面上相互垂直设置的第一扭曲片1时，该两个第一扭曲片1的竖孔的直径不一定相同，并且竖孔设置的位置也不一定相同。也就是说，该第四强化传热元件中的两个第一扭曲片1不一定相同。
该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个第一扭曲片1和设置在所述第一扭曲片1之中的第二套管，两个第一扭曲片1中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。
由于两个第一扭曲片1的竖孔的直径不一定相同，并且竖孔设置的位置也不一定相同，因此该第二套管的直径和位置可以满足两个扭曲片中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连即可。
需要说明的是，由于本发明中换热管10中强化传热元件优选为第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，因此换热管10中强化传热元件的数量至少为两个，而且该两个强化传热元件可以为第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的任意两种。当换热管10中的强化传热元件多于两个时，只要这些强化传热元件多于两种即可，而对具体强化传热元件的种类及其排列顺序均不加以限制，而且强化传热元件之间的间距也并不一定相同，可以根据需要任意设置。
而且，带有上述强化传热元件的换热管整体采用真空冶金熔模精铸而成，或者采用锻造的方法加工二成，或者通过焊接的方法加工而成，满足实际应用中对换热管强度要求即可。
优选地，所述第一强化传热元件和/或第二强化传热元件和/或第三强化传热元件和/或第四强化传热元件和/或第五强化传热元件关于所述换热管10的中心线对称。
在本优选实施方式中，第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的一种或多种的扭曲片上形成孔之后的剩余部分关于换热管10的中心线对称。也就是说，对于第一扭曲片1和第二扭曲片2来说，形成竖孔和横孔之后的剩余部分相互分离且对称，对于第二强化传热元件和第五强化传热元件来说，该扭曲片形成相应的孔之后的剩余部分通过第一套管3或第二套管连接在一起，其中，竖孔的中心处于换热管10的中心线上，并且竖孔也关于中心线对称。这样的对称地结构能够使得换热管10中的各个强化传热元件受到流体的作用力均匀。
优选地，所述第一套管3和/或第二套管为圆柱形管，并且该圆柱形管的中心线与所述换热管10的中心线重合。
更优选地，对于第二强化传热元件和第五强化传热元件来说，第一套管3和/或第二套管优选为圆柱形管，也就是说竖孔在换热管10的俯视图上为圆形。
优选地，在所述横孔中心处做所述第二扭曲片2的切面，所述横孔在该切面上的投影为圆形。
对于第三强化传热元件上的横孔来说，由于第二扭曲片2是一个曲面，因此横孔的边缘不在一个平面上。在优选实施方式中，在横孔的中心处做扭曲片的切面，横孔在切面上的投影为圆形。
优选地，所述换热管10中设置强化传热元件的个数为1-24个。更优选地，所述强化传热元件的个数为2-10个。优选地，所述换热管10中设置多个所述强化传热元件，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于15D且小于等于75D。更优选地，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于25D且小于等于50D。
强化传热元件可以在换热管10的整个长度上设置，也可以分段设置在换热管10上，并且该强化传热元件也可以根据需要而选择均匀设置或不均匀设置，本发明对此不加以限制。相邻强化传热元件之间轴向距离为大于等于15D且小于等于75D。更优选地，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于25D且小于等于50D。。这样分段地不断将管内的流体从活塞流变为旋转流，提高传热效率。本优选实施方式是根据换热管10的长度设置的一般范围，本发明对此并不作限定，任何与换热管10的长度相适应的强化传热元件的个数以及轴向间距都在本发明的保护范围之内。
而且，需要说明的是，由于本发明中换热管10中强化传热元件优选为第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，因此换热管10中强化传热元件的数量至少为两个，而且该两个强化传热元件可以为第一强化传热元件、第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的任意两种。当换热管10中的强化传热元件多于两个时，只要这些强化传热元件多于两种即可，而对具体强化传热元件的种类及其排列顺序均不加以限制，而且强化传热元件之间的间距也并不一定相同，可以根据需要任意设置。
优选地，所述第一强化传热元件的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。更优选地，所述第一强化传热元件的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.8D。优选地，所述第二强化传热元件的竖孔的直径和/或所述第一套管3和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。更优选地，所述第二强化传热元件竖孔的直径和/或所述第一套管3和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.8D。。优选地，所述横孔的面积与整个所述第二扭曲片的面积的比值为大于等于0.05且小于等于0.95，优选为大于等于0.05且小于等于0.8。
在本优选实施方式中，给出了第一强化传热元件的竖孔、第二强化传热元件的竖孔、第一套管3、第二套管和横孔的直径优选数值范围。上述直径的数值范围是根据一般的经验设置的。由于要进行机械清焦和除垢，因此该孔的直径的最小值应当以能够使清焦头和除垢头伸入换热管10为准。例如，现有的最小清焦头的直径为如5mm，即相应的孔直径为5mm。
优选地，所述强化传热元件的沿所述换热管10的轴向长度和所述换热管10的直径之间的比例为1-10，优选为1-6。优选地，所述强化传热元件的旋转角度为90-1080°，优选为120-360°。
通常，扭曲片扭曲180°的轴向长度与沿与直径的比值为扭曲比，该扭曲比决定了每个强化传热元件的长度，而强化传热元件的旋转角度决定了强化传热元件的扭曲程度，从而影响传热效率。强化传热元件的扭曲比可以根据实际情况进行调整，以上仅仅给出了通常情况下的优选范围，并不对本发明的保护范围进行限制。所述强化传热元件的旋转角对管内流体旋转流的程度有影响，在相同扭曲比的前提下，旋转角度越大，流体的切向速度就越大。但是本发明并不限于上述旋转角度的值，任何适用的旋转角度值都可以用在本发明中。
优选地，所述强化传热元件与所述换热管10为铸造或焊接或锻造而成。也就是说，在本发明的优选实施方式中，该强化传热元件与换热管10可以为一体地形成，也可以相互连接在一起，并且本发明对强化传热元件与换热管10一体形成或连接的方法并不加以限制。
优选地，所述强化传热元件与换热管10的管体的材料相同，或者所述强化传热元件的材料比所述换热管10的管体的材料导热性更好。本发明对强化传热元件和换热管10的材料并不加以限制，但是在本优选实施方式中，强化传热元件所使用的材料的导热性比换热管10的管体的材料更好或者相同。
优选地，所述气相加热炉包括催化重整加热炉、制氢加热炉、二氯乙烷裂解炉。本文中分别以催化重整加热炉、制氢加热炉和二氯乙烷裂解炉为例对气相加热炉进行描述。但是，本发明并不限于此，现有技术中的气相加热炉都可以应用到本发明中。
本发明还提供根据本发明所述的气相加热炉在化工领域中的应用。下面举例说明。
实施例1
以一台年产量1百万吨/年的连续重整装置为例，该装置中包括重整加热炉，该重整加热炉为气相加热炉，根据本发明的优选实施方式来对该重整装置进行改进。在相同的工艺条件下，利用根据现有技术的重整加热炉（辐射段的换热管内不设置扭曲片）和根据本发明的重整加热炉来进行对比实验。其中，根据本发明的重整加热炉中，重整加热炉的换热管中设置2个第一强化传热元件，该强化传热元件的扭曲比为2.5，长度为255mm，该强化传热元件与换热管之间通过焊接连接，并且两个强化传热元件均匀分布。实验结果的工艺参数如表1所示，出炉温度相同且实验周期条件相同，在相同的实验时间内，根据本发明的重整加热炉的流量增加了5%。
表1重整加热炉对比实验工艺参数
现有技术的重整加热炉 本发明的重整加热炉
加热炉的处理量(kt/a) 1000 1000
全炉的热负荷（KW） 90000 90000
工艺介质流量（kg/s） 110 118
工艺介质出炉温度(℃) 554 554
操作压力（MPa） 0.3-0.5 0.3-0.5
实施例2
以8.5万吨/年的二氯乙烷裂解炉为例，该二氯乙烷裂解炉为气相加热炉，根据本发明的优选实施方式来对该二氯乙烷裂解炉进行改进。在相同的工艺条件下，利用根据现有技术的二氯乙烷裂解炉（辐射段的换热管内不设置扭曲片）和根据本发明的二氯乙烷裂解炉来进行对比实验。实验结果的工艺参数如表2所示，在入口温度和出口温度相同且实验周期相同的条件下，根据本发明的二氯乙烷裂解炉的处理量增加了2.7%。
表2二氯乙烷裂解炉对比实验工艺参数
现有技术的二氯乙烷裂解炉 本发明的二氯乙烷裂解炉
流量（t/h） 72-74 74-76
转化率（%） 50 50
炉管管径（mm） 168×9 168×9
炉管长度（mm） (25×16120+9683)×2 (25×16120+9683)×2
辐射段尺寸(mm) 18260×3200×12000 18260×3200×12000
入口温度（℃） 240 240
入口压力(MPa) 2.4 2.4
出口温度（℃） 490 490
出口压力(MPa） 2.0 2.0
密度（g/cm3） 1.2529 1.2529
实施例3
以3000标准立方米/小时的制氢装置为例，该制氢装置包括制氢加热炉，该制氢加热炉为气相加热炉，根据本发明的优选实施方式来对该制氢加热炉进行改进。在相同的工艺条件下，利用根据现有技术的制氢加热炉（辐射段的换热管内不设置扭曲片）和根据本发明的制氢加热炉来进行对比实验。实验结果的工艺参数如表3所示，在入口温度和出口温度相同且实验周期相同的条件下，根据本发明的制氢加热炉的处理量增加了3%。
表3制氢加热炉对比实验工艺参数
现有技术的制氢加热炉 本发明的制氢加热炉
原料入口流量(t/h） 800 824
水碳比 4 4
水蒸汽压力（MPa） 3.5 3.5
入口温度（℃） 500-650 500-650
出口温度（℃） 820-860 820-860
管壁热强度（w/m2） 80000 82400
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (23)

1.一种气相加热炉，该气相加热炉包括辐射段，该辐射段具有换热管(10)，其特征在于，该换热管(10)中设置有强化传热元件，该强化传热元件包括扭曲片，
所述换热管(10)中设置有第一强化传热元件，该第一强化传热元件为第一扭曲片(1)，第一扭曲片为一条水平方向上的线段绕其自身中点旋转，同时还在换热管竖直方向上向上或者向下平移而经过的轨迹曲面，并且在换热管设置有第一扭曲片的部分管段的横截面中，第一扭曲片的截面一直都是换热管截面圆的直径，并且第一扭曲片包括一对相互平行的上侧边和下侧边，以及一对扭曲边，该一对上侧边和下侧边与换热管的直径相等，两个扭曲边始终与换热管的管壁接触，所述第一扭曲片(1)具有沿所述换热管(10)的轴向方向从所述第一扭曲片(1)的上侧边至下侧边贯穿形成的竖孔，以使得第一扭曲片形成两个扭曲部分。
2.根据权利要求1所述的气相加热炉，其特征在于，所述换热管(10)中还设置有第二强化传热元件、第三强化传热元件、第四强化传热元件和第五强化传热元件中的至少一种，其中，
该第二强化传热元件包括所述第一扭曲片(1)和设置在所述第一扭曲片(1)之中的第一套管(3)，该第一扭曲片(1)的内边缘与所述第一套管(3)的外表面相连；
该第三强化传热元件包括第二扭曲片(2)，所述第二扭曲片(2)具有贯穿所述第二扭曲片(2)的表面而形成的边缘闭合的横孔；
该第四强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的所述第一扭曲片(1)和/或第二扭曲片(2)；
该第五强化传热元件包括在横截面上相互垂直设置的两个所述第一扭曲片(1)和设置在该两个第一扭曲片(1)之中的第二套管，该两个第一扭曲片(1)中至少一个的内边缘与所述第二套管的外表面相连。
3.根据权利要求2所述的气相加热炉，其特征在于，所述第一强化传热元件和/或第二强化传热元件和/或第三强化传热元件和/或第四强化传热元件和/或第五强化传热元件关于所述换热管(10)的中心线对称。
4.根据权利要求3所述的气相加热炉，其特征在于，所述第一套管(3)和/或第二套管为圆柱形管，并且该圆柱形管的中心线与所述换热管(10)的中心线重合。
5.根据权利要求2或3所述的气相加热炉，其特征在于，在所述横孔中心处做所述第二扭曲片(2)的切面，所述横孔在该切面上的投影为圆形。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的气相加热炉，其特征在于，所述换热管(10)中设置的所述强化传热元件的个数为1-24个。
7.根据权利要求6所述的气相加热炉，其特征在于，所述换热管(10)中设置的所述强化传热元件的个数为2-10个。
8.根据权利要求6所述的气相加热炉，其特征在于，所述换热管(10)中设置多个所述强化传热元件，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于15D且小于等于75D。
9.根据权利要求8所述的气相加热炉，其特征在于，相邻所述强化传热元件之间的轴向距离为大于等于25D且小于等于50D。
10.根据权利要求3所述的气相加热炉，其特征在于，所述第一强化传热元件的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。
11.根据权利要求10所述的气相加热炉，其特征在于，所述第一强化传热元件的竖孔的直径为大于等于0.05D且小于等于0.8D。
12.根据权利要求4所述的气相加热炉，其特征在于，所述第二强化传热元件竖孔的直径和/或所述第一套管(3)和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.95D。
13.根据权利要求12所述的气相加热炉，其特征在于，所述第二强化传热元件竖孔的直径和/或所述第一套管(3)和/或所述第二套管的直径为大于等于0.05D且小于等于0.8D。
14.根据权利要求5所述的气相加热炉，其特征在于，所述横孔的面积与整个所述第二扭曲片的面积的比值为大于等于0.05且小于等于0.95。
15.根据权利要求14所述的气相加热炉，其特征在于，所述横孔的面积与整个所述第二扭曲片的面积的比值为大于等于0.05且小于等于0.8。
16.根据权利要求2所述的气相加热炉，其特征在于，所述强化传热元件的沿所述换热管(10)的轴向长度和所述换热管(10)的直径之间的比例为1-10。
17.根据权利要求2所述的气相加热炉，其特征在于，所述强化传热元件的沿所述换热管(10)的轴向长度和所述换热管(10)的直径之间的比例为1-6。
18.根据权利要求2所述的气相加热炉，其特征在于，所述强化传热元件的旋转角度为90-1080°。
19.根据权利要求2所述的气相加热炉，其特征在于，所述强化传热元件的旋转角度为120-360°。
20.根据权利要求1或2所述的气相加热炉，其特征在于，所述强化传热元件与所述换热管(10)为铸造或焊接或锻造而成。
21.根据权利要求1或2所述的气相加热炉，其特征在于，所述强化传热元件与换热管(10)的管体的材料相同，或者所述强化传热元件的材料比所述换热管(10)的管体的材料导热性更好。
22.根据权利要求1所述的气相加热炉，其特征在于，所述气相加热炉包括催化重整加热炉、制氢加热炉和二氯乙烷裂解炉。
23.根据权利要求1-22中任意一项所述的气相加热炉在化工领域中的应用。
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