CN109423321A - 一种乙烯裂解炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化工设备技术领域，提供一种乙烯裂解炉，包括：辐射段6、对流段8、过渡段7；辐射段6内垂直排布多组的辐射炉管9；辐射炉管为两程分支型，每个辐射炉管包括第一程炉管1、第二程炉管2以及对称弯管5或对称弯管5与S型弯管4形成的弯管组合件；对称弯管5在同一平面内或空间上结构对称；由2‑4个两程分支辐射炉管构成一小组，每2‑4个两程分支辐射炉管的第一程炉管1相邻排列、每2‑4个两程分支的辐射炉管的第二程炉管2相邻排列，且单排布置在底部燃烧器中间，整体形成第一程炉管1和第二程炉管2连续地间隔排布或呈轴向对称排布。本发明可以实现炉管受热均匀的同时避免炉管弯曲，减少操作费用和延长使用寿命、减少投资。

Description

一种乙烯裂解炉

技术领域

本发明涉及化工设备技术领域，更具体地，涉及一种乙烯裂解炉。

背景技术

石油化工的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。

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。

德国Linde公司采用2-1两程炉管，通常单排布置，配一级急冷(废热)锅炉或线性急冷(废热)锅炉。林德公司在EP1146105公开了2-1型炉管的一种排布方式(图2)：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。这种布置当与线性急冷(废热)锅炉连接时，炉管间距受到线性急冷(废热)锅炉外管管径限制，往往需要将二程管之间的间距加大，从而使得炉膛尺寸变大，使投资增加。

中国石化所开发的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型可以配一级急冷(废热)锅炉，或与线性锅炉、二级急冷锅炉相匹配。其在专利文件ZL200510089081.8中公开了一种炉管排列方式(图3)，两根入口管与根出口管交错间隔排列，一程直管经一Y型管合并后与二程管通过对称U连接。此种排布由于受到入口弹簧外形尺寸及安装现在，使得入口弹簧安装困难，从而影响炉管的安装并使得炉管由单排排列在运行中变成了双排，进而受热不均，最终使裂解炉运行周期缩短。

美国鲁姆斯克雷斯特公司在专利文件CN1067669中公布了6-l构型的两程炉管(图4)，其炉管排布为：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，第一程管之间及第一程与第二程管之间的膨胀差比较难消除，最后会造成炉管弯曲。

发明内容

本发明的目的是为解决现有技术中出现的问题，提供了一种乙烯裂解炉，可以实现炉管受热均匀的同时避免炉管弯曲，且不影响裂解炉工艺技术指标、在线率，实现减少操作费用和延长炉管使用寿命、减少投资，最终实现提高经济效益，从而节省新建裂解炉的投资和实现在现有炉膛中布置更多炉管进行扩能。

为了实现上述目的，本发明提供一种乙烯裂解炉，该乙烯裂解炉包括：至少一个辐射段6、对流段8、位于辐射段和对流段之间的过渡段7、急冷锅炉12、高压汽包13和引风机14；

所述辐射段6内排布有底部燃烧器10和/或侧壁燃烧器11，并垂直排布有多组的辐射炉管9；

所述辐射炉管9为两程分支的辐射炉管，每一个两程分支的辐射炉管包括第一程炉管1、第二程炉管2以及连接第一程炉管1和第二程炉管2的弯管组合件；所述弯管组合件由对称弯管5和S型弯管4组成；所述对称弯管5为在同一平面内或空间上结构对称的弯管；

由2-4个两程分支的辐射炉管9构成一小组，每2-4个两程分支的辐射炉管的第一程炉管1相邻排列、每2-4个两程分支的辐射炉管的第二程炉管2相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器10中间，整体形成第一程炉管1和第二程炉管2连续地间隔排布或整体呈轴向对称排布。

在不同小组的第一程管1与第二程管2之间的热膨胀方向为相向运动，其相邻管间距适当加大以防止炉管间距过小。对于相邻的第一程管与第二程管之间间距因热膨胀变大的情况，由于对受热没有副作用，可以不进行调整。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，多组对流炉管水平配置在所述对流对流段8。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，所述弯管组合件由一个对称弯管5和一个S型弯管4组成；或者由一个对称弯管5的入口端和出口端各连接一个S型弯管4而组成。

所述对称弯管5为在一平面或空间内的对称的弯管，其具体形状可以是半圆管、半椭圆管或其他对称的弧形或曲线，其直径或长度是根据具体炉管构型或排列来确定或进行调整的。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，所述两程分支的辐射炉管为2-1型辐射炉管，每一个2-1型辐射炉管由两根第一程炉管1和一根第二程炉管2构成；

更优选地，每组辐射炉管9按四根第一程炉管1、两根第二程炉管2的方式连续地间隔排布。

或更优选地，每组辐射炉管9按四根第一程炉管1、两根第二程炉管2的方式整体呈轴向对称排布。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，所述两程分支的辐射炉管为3-1、4-1型辐射炉管，每一个辐射炉管由3或4根第一程炉管1和一根第二程炉管2构成；

更优选地，每组辐射炉管9按6根第一程炉管1、两根第二程炉管2的方式连续地间隔排布，每组辐射炉管9按8根第一程炉管1、两根第二程炉管2的方式续地间隔排布。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，两个所述第一程炉管1可以在其下端采用Y型管或掌型管合并为一根管；所述的Y型管具有两个入口和一个出口；所述的掌型管管具有两个以上的入口和一个出口。在本发明中所提及的弯管组合件与第一程炉管或Y型管或掌型管的“相连”包括直接连接的情况以及通过一个过渡管来形成连接的情况，这可根据具体情况的需要加以选择，而过渡管可以是弯管或直管。

按照本发明所述两程分支的辐射炉管，每两个第一程炉管1可以先通过一个Y形管或掌型管3合并，再与弯管组合件连接，然后弯管组合件再与第二程炉管2入口段相连。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，所述第一程炉管1在下端通过Y型管或掌型管3合并后，通过一个弯管组合件与第二程炉管2的入口端连接。

进一步优选地，所述第一程炉管1和第二程炉管2可采用以下几种方式连接：

1)所述第一程炉管1的出口端与Y型管或掌型管3的入口端连接，Y型管或掌型管3的出口端与弯管组合件入口端的S型弯管4连接，然后与对称弯管5连接，对称弯管5再与第二程炉管2的入口端连接。

2)所述第一程炉管1的出口端与Y型管或掌型管3的入口端连接，Y型管或掌型管3的出口端与所述弯管组合件的对称弯管5连接，再与弯管组合件出口端的S型弯管4连接，S型弯管4再与第二程炉管2的入口端连接。

3)所述第一程炉管1的出口端与Y型管或掌型管3的入口端连接，Y型管或掌型管3的出口端与弯管组合件入口端的S型弯管4连接，然后与对称弯管5连接，再与弯管组合件出口端的S型弯管4连接，最后弯管组合件出口端的S型弯管4与第二程炉管2的入口端连接。

对于3-1型炉管，第一程管是通过三个入口和一个出口的掌型管合并，然后通过弯管组合件与第二程管连接。对于4-1型炉管，可以是通过四个入口和一个出口的掌型管合并或者是先通过两个Y型管两两合并再通过一个Y型管合并，然后通过弯管组合件与第二程管连接。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，连接所述第一程炉管1和第二程炉管2的每个弯管组合件的管长相同，重量相等；也就是说连接所述第一程炉管1和第二程炉管2的每个弯管组合件的管长可能会不相同，但以相同为最佳。且所述弯管组合件分处于所述第一程炉管1和第二程炉管2所处炉管平面的两侧。同一侧S型弯管4的俯视投影是可以平行的，其侧视投影优选以第二程炉管平面为对称，根据需要其侧视投影也可以不对称，对称弯管5与炉管平面所成的夹角以及S型弯管4与炉管平面所成的夹角不是一个确定数，是根据炉管构型及具体排布来确定的。

根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，每程辐射炉管的管径为分段变径或连续变径。辐射炉管的管径是根据工艺要求来确定的。

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。

一台裂解炉可以布置一组或多组相同的辐射炉管，每组可根据需要设置一定数量的辐射炉管，如每一组辐射炉管设置4或8个。

所述辐射炉管可以沿辐射段长度方向(如图1)或沿辐射段宽度方向(如图4)排列。

一组辐射炉管的第一程炉管集中布置在第二程炉管的一侧，第一程管数量优选为4和6根。每一个辐射炉管两侧的S型弯管在侧视图中以炉管所在平面对称布置在其两侧，可以布置在炉管所在平面的两侧靠近第二程炉管和、或布置靠近第一程炉管的下部。由于在第二程炉管之间排列的第一程炉管数量大于2，且第一程管不与相邻的几根第二程炉管采用弯管组合件连接，因此弯管组合件长度长，有利于吸收第一程炉管之间及与第二程管之间的膨胀差，因此有效地克服了2-1、3-1、4-1型等分支炉管存在的由于第一程管之间膨胀不等以及两程炉管之间的膨胀差而引起的机械性能上的缺点。同时由于连接第一程管、第二程管的弯管组合件重量相同，S型弯管对称布置，因此二程管受力是平衡的，此外，由于布置在第二程管之间的第一程管数量大于2，因此有足够的空间布置支撑炉管的弹簧吊架，同时也保留了炉管受热均匀的特点。

与现有技术相比，本发明技术方案带来的有益效果在于：

(1)由于第一程炉管与第二程炉管之间的弯管组合件长度比现有技术的长，因此既有效地克服了2-1、3-1、4-1型等分支炉管存在的由于第一程炉管间因热膨胀不等而引起的机械性能上的缺点，有利于吸收一程管与二程管间的热膨胀差，避免了炉管发生弯曲，最终延长了辐射炉管使用寿命；

(2)由于布置在第二程管之间的一程管数量大于2，因此有足够的空间布置支撑炉管的弹簧吊架，而且使得炉管与吊架连接简单；

(3)采用这种布置，使得相邻两大组的间距加大，不需要加大空间来布置集合管，使得在同一炉膛中比如图3-1、3-2、3-3中的方案可以布置更多组炉管，可以节省投资和占地，且便于对现有裂解炉实施扩能。

本发明的其它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

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1为现有技术裂解炉的示意图。

图2-1为现有技术的一种2-1型辐射炉管的主视图。

图2-2为图2-1所示辐射炉管的俯视图。

图3-1为现有技术的另一种2-1型辐射炉管的主视图。

图3-2为图3-1所示辐射炉管的侧视图。

图3-3为图3-1所示辐射炉管的俯视图。

图4为现有技术的8-1型辐射炉管的排列图。

图5-1为本发明的第一种2-1型辐射炉管的主视图。

图5-2为本发明中图5-1所示辐射炉管的侧视图。

图5-3为本发明中图5-1所示辐射炉管的俯视图。

图6-1为本发明的第二种2-1型辐射炉管的主视图。

图6-2为本发明中图6-1所示辐射炉管的侧视图。

图6-3为本发明中图6-1所示辐射炉管的俯视图。

图7-1为本发明的第三种2-1型辐射炉管的主视图。

图7-2为本发明中图7-1所示辐射炉管的侧视图。

图7-3为本发明中图7-1所示辐射炉管的俯视图。

图8-1为本发明的第四种2-1型辐射炉管的主视图。

图8-2为本发明中图8-1所示辐射炉管的侧视图。

图8-3为本发明中图8-1所示辐射炉管的俯视图。

上述图中各标号说明如下：

1-第一程炉管；2-第二程炉管；3-Y型管或掌型管；4-S型弯管；5-对称弯管；

6-辐射段；7-过渡段；8-对流段；9-辐射炉管；10-底部燃烧器；11-侧壁燃烧器；12-急冷锅炉；13-高压汽包；14-引风机。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然实施例中描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。

实施例1

本发明提供了一种乙烯裂解炉，如图1所示，该乙烯裂解炉包括：至少一个辐射段6、对流段8、位于辐射段和对流段之间的过渡段7、急冷锅炉12、高压汽包13和引风机14；

所述辐射段6内排布有底部燃烧器10和/或侧壁燃烧器11，并垂直排布有多组的辐射炉管9；

如图5-1所示，所述辐射炉管9为两程2-1型分支变径的辐射炉管，每一个两程2-1型分支变径的辐射炉管包括第一程炉管1、第二程炉管2以及连接第一程炉管1和第二程炉管2的对称弯管5与S型弯管4形成的弯管组合件；所述对称弯管5为在同一平面内或空间上结构对称的弯管；

图中一共有三小组辐射炉管9，每一小组由两个2-1型分支变径辐射炉管构成。每两个2-1型分支变径辐射炉管的第一程炉管1相邻排列、每两个2-1型分支变径辐射炉管的第二程炉管2相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器10中间，整体形成第一程炉管1和第二程炉管2连续地间隔排布且布置在同一铅锤平面内。

所述两根第一程炉管1在下端通过Y型管3合并后，先与所述弯管组合件的S型弯管4连接，然后与对称弯管5的入口端连接，对称弯管5的出口端再连接另一个S型弯管4，对称弯管5的出口端的S型弯管4与第二程炉管2的入口端连接；

如图5-2所示，S型弯管4布置于第二程炉管2所处平面的两侧；如图5-3所示，对称弯管5与第二程炉管2所在平面呈一角度，且对称弯管5相互平行；每一个所述弯管组合件分处于所述炉管所处平面的两侧，并且其俯视投影为“Z”形。每个辐射炉管中，连接所述第一程炉管1和第二程炉管2的每个弯管组合件的管长相同，重量相等且布置在炉管所在平面的两侧。

实施例2

本发明还提供了一种乙烯裂解炉，如图1所示，该乙烯裂解炉包括：至少一个辐射段6、对流段8、位于辐射段和对流段之间的过渡段7、急冷锅炉12、高压汽包13和引风机14；

所述辐射段6内排布有底部燃烧器10和/或侧壁燃烧器11，并垂直排布有多组的辐射炉管9；

如图6-1所示，所述辐射炉管9为两程2-1型分支变径的辐射炉管，每一个两程2-1型分支变径的辐射炉管包括第一程炉管1、第二程炉管2以及连接第一程炉管1和第二程炉管2的对称弯管5与S型弯管4形成的弯管组合件；所述对称弯管5为在同一平面内或空间上结构对称的弯管；

图中一共有两小组辐射炉管9，每一小组由两个2-1型分支变径辐射炉管构成。每两个2-1型分支变径辐射炉管的第一程炉管1相邻排列、每两个2-1型分支变径辐射炉管的第二程炉管2相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器10中间，整体形成第一程炉管1和第二程炉管2呈轴向对称排布且布置在同一铅锤平面内。

所述两根第一程炉管1在下端通过Y型管3合并后，先与所述弯管组合件的S型弯管4连接，然后与对称弯管5的入口端连接，对称弯管5的出口端再与另一个S型弯管4连接，对称弯管5的出口端的S型弯管4与第二程炉管2的入口端连接；

如图6-2所示，S型弯管4布置于第二程炉管2所处平面的两侧；如图6-3所示，对称弯管5与炉管所在平面呈一角度，且对称弯管5相互平行；每一个所述弯管组合件分处于所述炉管所处平面的两侧，并且其俯视投影为“Z”形。

每个辐射炉管中，连接所述第一程炉管1和第二程炉管2的每个弯管组合件的管长相同，重量相等且布置在炉管所在平面的两侧。

实施例3

本发明提供了一种乙烯裂解炉，如图1所示，该乙烯裂解炉包括：至少一个辐射段6、对流段8、位于辐射段和对流段之间的过渡段7、急冷锅炉12、高压汽包13和引风机14；

所述辐射段6内排布有底部燃烧器10和/或侧壁燃烧器11，并垂直排布有多组的辐射炉管9；

如图7-1所示，所述辐射炉管9为两程2-1型分支变径的辐射炉管，每一个两程2-1型分支变径的辐射炉管包括第一程炉管1、第二程炉管2以及连接第一程炉管1和第二程炉管2的对称弯管5与S型弯管4形成的弯管组合件；所述对称弯管5为在同一平面内或空间上结构对称的弯管；

图中一共有三小组辐射炉管9，每一小组由两个2-1型分支变径辐射炉管构成。每两个2-1型分支变径辐射炉管的第一程炉管1相邻排列、每两个2-1型分支变径辐射炉管的第二程炉管2相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器10中间，整体形成第一程炉管1和第二程炉管2连续地间隔排布且布置在同一铅锤平面内。

所述两根第一程炉管1在下端通过Y型管3合并后，先与所述弯管组合件的S型弯管4连接，然后与对称弯管5的入口端连接，对称弯管5的出口端与第二程炉管2的入口端连接；

如图7-2所示，S型弯管4布置于第二程炉管2所处平面的两侧；如图7-3所示，对称弯管5与炉管所在平面呈一角度，且每一组的对称弯管5相互平行；所述弯管组合件布置于所述炉管所处平面的两侧，并且其俯视投影为“L”形。

每个辐射炉管中，连接所述第一程炉管1和第二程炉管2的每个弯管组合件的管长相同，重量相等。

实施例4

本发明提供了一种乙烯裂解炉，如图1所示，该乙烯裂解炉包括：至少一个辐射段6、对流段8、位于辐射段和对流段之间的过渡段7、急冷锅炉12、高压汽包13和引风机14；

所述辐射段6内排布有底部燃烧器10和/或侧壁燃烧器11，并垂直排布有多组的辐射炉管9；

如图8-1所示，所述辐射炉管9为两程2-1型分支变径的辐射炉管，每一个两程2-1型分支变径的辐射炉管包括第一程炉管1、第二程炉管2以及连接第一程炉管1和第二程炉管2的对称弯管5与S型弯管4形成的弯管组合件；所述对称弯管5为在同一平面内或空间上结构对称的弯管；

图中一共有三小组辐射炉管9，每一小组由两个2-1型分支变径辐射炉管构成。每两个2-1型分支变径辐射炉管的第一程炉管1相邻排列、每两个2-1型分支变径辐射炉管的第二程炉管2相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器10中间，整体形成第一程炉管1和第二程炉管2连续地间隔排布且布置在同一铅锤平面内。

所述两根第一程炉管1在下端通过Y型管3合并后，先与所述弯管组合件的对称弯管5连接，然后与S型弯管4的入口端连接，S型弯管4的出口端与第二程炉管2的入口端连接；

如图8-2所示，S型弯管4布置于第二程炉管2所处平面的两侧；如图8-3所示，对称弯管5与炉管所在平面呈一角度，且每一组的对称弯管5相互平行；所述弯管组合件布置于所述炉管所处平面的两侧，并且其俯视投影为“L”形。

每个辐射炉管中，连接所述第一程炉管1和第二程炉管2的每个弯管组合件的管长相同，重量相等。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (12)

1.一种乙烯裂解炉，其特征在于，该乙烯裂解炉包括：至少一个辐射段(6)、对流段(8)、位于辐射段和对流段之间的过渡段(7)、急冷锅炉(12)、高压汽包(13)和引风机(14)；

所述辐射段(6)内排布有底部燃烧器(10)和/或侧壁燃烧器(11)，并垂直排布有多组的辐射炉管(9)；

所述辐射炉管(9)为两程分支的辐射炉管，每一个两程分支的辐射炉管包括第一程炉管(1)、第二程炉管(2)以及连接第一程炉管(1)和第二程炉管(2)的弯管组合件；所述弯管组合件由对称弯管(5)与S型弯管(4)组成；所述对称弯管(5)为在同一平面内或空间上结构对称的弯管；

由2-4个两程分支的辐射炉管(9)构成一小组，每2-4个两程分支的辐射炉管的第一程炉管(1)相邻排列、每2-4个两程分支的辐射炉管的第二程炉管(2)相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器(10)中间，整体形成第一程炉管(1)和第二程炉管(2)连续地间隔排布或整体呈轴向对称排布。

2.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，所述弯管组合件由一个对称弯管(5)和一个S型弯管(4)组成；或者由一个对称弯管(5)的入口端和出口端各连接一个S型弯管(4)而组成。

3.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，所述两程分支的辐射炉管为2-1型、3-1型、4-1型辐射炉管，每一个2-1型辐射炉管由两根第一程炉管(1)和一根第二程炉管(2)构成；优选地，每组辐射炉管(9)按4、6、8根第一程炉管(1)、两根第二程炉管(2)的方式排布。

4.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，所述第一程炉管(1)在下端通过Y型管或掌型管(3)合并后，通过一个弯管组合件与第二程炉管(2)的入口端连接。

5.根据权利要求4所述的乙烯裂解炉，其中，所述第一程炉管(1)的出口端与Y型管或掌型管(3)的入口端连接，Y型管或掌型管(3)的出口端与弯管组合件入口端的S型弯管(4)连接，然后与对称弯管(5)连接，对称弯管(5)再与第二程炉管(2)的入口端连接。

6.根据权利要求4所述的乙烯裂解炉，其中，所述第一程炉管(1)的出口端与Y型管或掌型管(3)的入口端连接，Y型管或掌型管(3)的出口端与所述弯管组合件的对称弯管(5)连接，再与弯管组合件出口端的S型弯管(4)连接，S型弯管(4)再与第二程炉管(2)的入口端连接。

7.根据权利要求4所述的乙烯裂解炉，其中，所述第一程炉管(1)的出口端与Y型管或掌型管(3)的入口端连接，Y型管或掌型管(3)出口端与弯管组合件入口端的S型弯管(4)连接，然后与对称弯管(5)连接，再与弯管组合件出口端的S型弯管(4)连接，最后弯管组合件出口端的S型弯管(4)与第二程炉管(2)的入口端连接。

8.根据权利要求5或6所述的乙烯裂解炉，其中，所述弯管组合件的俯视投影成L型。

9.根据权利要求7所述的乙烯裂解炉，其中，所述弯管组合件的俯视投影成Z型。

10.根据权利要求4-7中任意一项所述的乙烯裂解炉，其中，连接所述第一程炉管(1)和第二程炉管(2)的每个弯管组合件的管长相同，重量相等。

11.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，每程辐射炉管的管径为分段变径或连续变径。

12.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，所述辐射炉管沿辐射段长度方向或沿辐射段宽度方向排列。