CN103965948B - 一种辐射炉管构型 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种辐射炉管构型，属于石油化工领域。所述辐射炉管构型包括至少一组3-2型炉管，每组所述3-2型炉管包括第一程管(1)和第二程管(2)；所述第一程管(1)所包括的炉管的根数与第二程管(2)所包括的炉管的根数的比值为3∶2。本发明克服了1-1型和2一1型炉管在布置中的限制，在特定的炉膛尺寸下使炉管的排布有更多的选择，并且保证了第一程管的高比表面积特点，降低了第一程管和第二程管的管壁温度差，改善了现有两程炉管的高温变形，进而延长了裂解炉的运行周期。
Description
技术领域
本发明属于石油化工领域，具体涉及一种辐射炉管构型，用于石油化工生产中的乙烯装置裂解炉中。
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&BraunRoot公司，欧洲的德国Linde公司、Technip(KTI)公司以及中国所开发的CBL裂解炉。关于乙烯裂解炉辐射盘管构型，各个公司的两程炉管都有自己的特点，具体如下：
美国LUMMUS公司：采用4-1、5-1、8-1等两程炉管；
美国Stone&Webster公司：采用1-1(U)型炉管；
美国Kellog&BraunRoot公司：采用U型炉管；
德国Linde公司：采用2-1两程炉管；
Technip(荷兰KTI)公司：采用2-1、1-1(U)型两程炉管；
中国开发的CBL裂解技术，采用2-1型和改进2-1型两程炉管。
第一程管采用小直径炉管，利用它比表面积大的特点达到快速升温的目的，第二程管采用较大直径的炉管以降低对结焦敏感性的影响。第一程炉管和第二程炉管的比表面积差和管径差，是影响裂解反应好坏的重要因素。如第一程管与第二程管的比表面积和管径相差程度大，导致炉管整体受热不均匀，影响管壁温度分布，使裂解炉运行周期较短；如第一程炉管与第二程炉管的比表面积和管径相差过小，则不能达到第一程炉管快速升温且第二程炉管抑制结焦作用。
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，提供一种辐射炉管构型，在改善裂解工艺性能同时具有良好机械性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种辐射炉管构型，安装在乙烯裂解炉的辐射传热区内，包括至少一组3-2型炉管，每组所述3-2型炉管包括第一程管1和第二程管2；
所述第一程管1所包括的炉管的根数与第二程管2所包括的炉管的根数的比值为3∶2。
所述的第一程管1的各个炉管的内径均为40～100mm，第二程管2的各个炉管的内径为55～130mm。
所述辐射炉管构型中的各个炉管均为垂直吊挂，并垂直于所述辐射传热区的中线10。
每组所述3-2型炉管进一步包括五通型管件3；
所述第一程管1包括3根炉管，所述第二程管2包括2根炉管；所述五通型管件3设有5个接口，分别连接第一程管1的3根炉管的下端和第二程管2的2根炉管的下端。
每组所述3-2型炉管进一步包括五通型管件3和回弯管；
所述第一程管1包括3根炉管，所述第二程管2包括2根炉管；所述五通型管件3设有5个接口，所述第一程管1的3根炉管的下端分别连接五通型管件3的3个接口，五通型管件3的另外2个接口分别连通一个回弯管的一端，两个回弯管的另一端分别与该组中的第二程管2的2根炉管的下端连通。
每组所述3-2型炉管进一步包括五通型管件3和U型回弯管；
所述第一程管1包括3根炉管，所述第二程管2包括2根炉管；所述五通型管件3设有5个接口，所述第一程管1的3根炉管的下端分别连接五通型管件3的3个接口，五通型管件3的另外两个接口分别连通一个U型回弯管的一端，两个U型回弯管的另一端分别与该组中的第二程管2的2根炉管的下端连通；
所有U型回弯管平行布置。
每组所述3-2型炉管中，所述第一程管1的各个炉管呈单排排列，即第一程管1的各个炉管的中心线位于同一个平面上，且该平面与辐射传热区的中线10形成范围为0～90度的夹角；
所述第二程管2的各个炉管呈单排排列，即第二程管2的各个炉管的中心线位于同一个平面上，且该平面平行于辐射传热区的中线10。
每组所述3-2型炉管中，所述第一程管1的各个炉管呈单排排列，即第一程管1的各个炉管的中心线位于同一个平面上，且该平面与辐射传热区的中线10形成范围为0～90度的夹角；
所述第二程管2的各个炉管呈双排交错排列，即相邻的两个炉管的中心线不在一个平面上。
每组所述3-2型炉管中，所述第一程管1的各个炉管呈交错排列布置，即相邻的两个炉管的中心线不在一个平面上；第二程管2的各个炉管呈交错排列布置，即相邻的两个炉管的中心线不在一个平面上。
当所述炉管构型由两组3-2型炉管构成时，两组3-2型炉管的第二程管2相邻设置，两组3-2型炉管的第一程管1分别设置在各自第二程管2的外侧；
当所述炉管构型由四组3-2型炉管构成时，四组3-2型炉管的第二程管2依次相邻设置，第一组和第二组3-2型炉管的第一程管1相邻设置，并位于第二程管2的一侧，第三组和第四组3-2型炉管的第一程管1相邻设置，并位于第二程管2的另一侧。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)由于三根第一程管合并成两根第二程炉，克服了1-1型和2-1型炉管在布置中的限制，在特定的炉膛尺寸下使炉管的排布有更多的选择。
(2)有效调整了第一程管和第二程管的比表面积和流道比例，保证了第一程管的高比表面积特点，调整第一程管和第二程管的表面积差和管径差，降低了第一程管和第二程管的管壁温度差，改善了现有两程管壁温相差大，易高温变形的缺点，进而延长了裂解炉的运行周期。
附图说明
图1为本发明裂解炉辐射炉管的示意图。
图2-1为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第一个实施例的主视图。
图2-2为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第一个实施例的左视图。
图2-3为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第一个实施例的俯视图。
图3-1为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第二个实施例的主视图。
图3-2为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第二个实施例的左视图。
图3-3为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第二个实施例的俯视图。
图4-1为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第三个实施例的主视图。
图4-2为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第三个实施例的左视图。
图4-3为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第三个实施例的俯视图。
图5-1为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第四个实施例的主视图。
图5-2为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第四个实施例的左视图。
图5-3为本发明裂解炉辐射炉管构型的排布的第四个实施例的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
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，本发明将第一程管设计为3根，将第二程管设计为2根。也即保留了第一程管比表面积大，升温快的优点；第二程采用较大直径的炉管以降低对结焦敏感性的影响。避免第一程管和第二程管的表面积差大，优化整个辐射炉管的受热状态。
本发明一种用于乙烯装置裂解炉的辐射炉管构型是这样实现的：
如图1所示，所述辐射炉管构型包括至少一组3-2型炉管，每组所述3-2型炉管包括第一程管1、第二程管2和五通型管件3；
所述第一程管1通过所述五通型管件3与所述第二程管2连通；
所述第一程管1所包括的炉管的根数与第二程管所包括的炉管的根数的比值为3∶2；
所述第一程管1包括3根炉管，所述第二程管2包括2根炉管；所述五通型管件3设有5个接口，分别连接第一程管1的3根炉管和第二程管2的2根炉管。第一程管1的3根炉管通过五通型管件3合并为第二程管的两根炉管。
所述辐射炉管构型中的炉管均为垂直吊挂，即均位于铅垂平面内；在乙烯裂解炉辐射传热区的两程炉管构型，第一程管数量为3，第二程管数量为2。称之为一组3-2型炉管。
所述的第一程管单排排列，即第一程管的三根炉管的中心线在一个平面上，称该平面为中心线平面，该第二程管单排排列，即第二程管的两根炉管的中心线在一个平面上，单排排列的第一程管的中心线平面与辐射传热区的中线形成一定的夹角布置，夹角范围0～90度，单排排列的第二程管的中心线平面平行于辐射传热区的中线；
所述的第一程管单排排列，第二程管双排交错排列，单排排列的第一程管的中心线平面与辐射传热区的中线形成一定的夹角布置，夹角范围0～90度。
所述的第一程管交错排列布置，第二程管交错排列布置。
所述的第一程管内径为40～100mm，第二程管内径为55～130mm。
实施例1
如图2-1至图2-3所示，采用两组3-2型分支炉管，其中第一程管布置在第二程管的两侧，第一程管单排排列，第二程管单排排列。单排排列的第一程管的炉管中心线平面与辐射传热区的中线10的夹角为0度(当这个角度为0度时候，第一程管与辐射传热区长度方向平行，此时占用空间最大，换热效果最好；当角度为90度时候，第一程管的排布方向与辐射传热区垂直，占用空间最小，换热效果不好。因此设计这个角度，在实际应用过程中可以选取不同的角度。
第二程管的总数量为4根，第一程管的总数量为6根，在第二程管两侧各布置3根，即两组的第二程管相邻设置，两组的第一程管分别设置在各自第二程管的外侧。在第一程管中下部设置一个五通型管件(该管件只起到连接三根管与两根管的作用，具体结构跟炉管的实际排布形式有关，因此不在本发明的保护范围，下同)，将流道数从3流道变为2流道。在两程炉管的底部，通过回弯管连接。
实施例2
如图3-1至图3-3所示，采用两组3-2型分支炉管，其中第一程管布置在第二程管的两侧，第一程管单排排列，第二程管交错排列，即相邻的两个炉管平行，但是中心线不在一个平面上。单排排列的第一程管的炉管中心线平面与辐射传热区的中线的夹角为0度。
第二程管的总数量为4根，第一程管总数量为6根，在第二程管两侧各布置3根。在第一程管底部设置一个五通型管件，将流道数从3流道变为2流道，同时五通型管件起到回弯管的作用，第二程管交错布置。
实施例3
如图4-1至图4-3所示，采用两程3-2型分支炉管，其中第一程管布置在第二程管的两侧，第一程管交错排列，第二程管交错排列。
第二程管的总数量为4根，第一程管的总数量为6根，在二程管两侧各布置3根。在第一程管底部设置一个五通型管件，将流道数从3流道变为2流道，同时五通型管件起到回弯管的作用。
实施例4
如图5-1至图5-3所示，采用四组3-2型分支炉管，其中第一程管布置在第二程管的一侧，第一程管单排排列，第二程管单排排列。
第二程管数量为8根，第一程管总数量为12根。在第一程管中下部设置一个五通型管件，将流道数从3流道变为2流道。在两程炉管的底部，通过U型回弯管连接。U型弯管平行布置。
对于多于四组的，按照上面的规律排列即可。具体来说，整个裂解炉辐射传热区由多个炉管大组单元构成，每大组单元可为如上所述的两组3-2型，或者如上所述的四组3-2型，通常不会超过四组。也就是说上述所述的所有炉管排布都是针对一个大组单元进行描述的，至于整个炉膛由多少个大组单元，不在本发明的保护范围之内。现有技术中的裂解炉辐射炉管通常由4至8个大族单元构成。
本发明的3-2型炉管是一种新型的炉管构型，假设同一个炉膛中，在炉管管径相当的情况下可以布置60组1-1，40组2-1型，同时也可能布置下12组3-2炉管，不同的炉管构型对裂解炉的裂解效果不尽相同，本发明为裂解炉的设计提供了更多的炉管构型的选择。
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的，而并不具有限制性的意义。炉管的布置型式不限于各个图所列，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 (6)
1.一种辐射炉管构型，安装在乙烯裂解炉的辐射传热区内，其特征在于：所述辐射炉管构型包括至少一组3-2型炉管，每组所述3-2型炉管包括第一程管(1)和第二程管(2)；
所述第一程管(1)所包括的炉管的根数与第二程管(2)所包括的炉管的根数的比值为3:2；
所述辐射炉管构型中的各个炉管均为垂直吊挂，并垂直于所述辐射传热区的中线(10)；
每组所述3-2型炉管进一步包括五通型管件(3)和回弯管；
所述第一程管(1)包括3根炉管，所述第二程管(2)包括2根炉管；所述五通型管件(3)设有5个接口，所述第一程管(1)的3根炉管的下端分别连接五通型管件(3)的3个接口，五通型管件(3)的另外2个接口分别连通一个回弯管的一端，两个回弯管的另一端分别与该组中的第二程管(2)的2根炉管的下端连通。
2.根据权利要求1所述的辐射炉管构型，其特征在于：所述的第一程管(1)的各个炉管的内径均为40～100mm，第二程管(2)的各个炉管的内径为55～130mm。
3.根据权利要求1所述的辐射炉管构型，其特征在于：所述回弯管为U型，所有U型回弯管平行布置。
4.根据权利要求1或3所述的辐射炉管构型，其特征在于：每组所述3-2型炉管中，所述第一程管(1)的各个炉管呈单排排列，即第一程管(1)的各个炉管的中心线位于同一个平面上，且该平面与辐射传热区的中线(10)形成范围为0～90度的夹角；
所述第二程管(2)的各个炉管呈单排排列，即第二程管(2)的各个炉管的中心线位于同一个平面上，且该平面平行于辐射传热区的中线(10)；
当所述炉管构型由两组3-2型炉管构成时，两组3-2型炉管的第二程管(2)相邻设置，两组3-2型炉管的第一程管(1)分别设置在各自第二程管(2)的外侧；
当所述炉管构型由四组3-2型炉管构成时，四组3-2型炉管的第二程管(2)依次相邻设置，第一组和第二组3-2型炉管的第一程管(1)相邻设置，并位于第二程管(2)的一侧，第三组和第四组3-2型炉管的第一程管(1)相邻设置，并位于第二程管(2)的另一侧。
5.根据权利要求1或3所述的辐射炉管构型，其特征在于：
每组所述3-2型炉管中，所述第一程管(1)的各个炉管呈单排排列，即第一程管(1)的各个炉管的中心线位于同一个平面上，且该平面与辐射传热区的中线(10)形成范围为0～90度的夹角；
所述第二程管(2)的各个炉管呈双排交错排列，即相邻的两个炉管的中心线不在一个平面上；
当所述炉管构型由两组3-2型炉管构成时，两组3-2型炉管的第二程管(2)相邻设置，两组3-2型炉管的第一程管(1)分别设置在各自第二程管(2)的外侧；
当所述炉管构型由四组3-2型炉管构成时，四组3-2型炉管的第二程管(2)依次相邻设置，第一组和第二组3-2型炉管的第一程管(1)相邻设置，并位于第二程管(2)的一侧，第三组和第四组3-2型炉管的第一程管(1)相邻设置，并位于第二程管(2)的另一侧。
6.根据权利要求1或3所述的辐射炉管构型，其特征在于：每组所述3-2型炉管中，所述第一程管(1)的各个炉管呈交错排列布置，即相邻的两个炉管的中心线不在一个平面上；第二程管(2)的各个炉管呈交错排列布置，即相邻的两个炉管的中心线不在一个平面上；
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