CN109486507A - 一种乙烯裂解炉 - Google Patents

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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、对流段、过渡段；辐射段内垂直排布有多组的辐射炉管；辐射炉管为两程不分支的辐射炉管，每一个两程不分支的辐射炉管包括第一程炉管、第二程炉管以及连接第一程炉管和第二程炉管的对称弯管或对称弯管与S型弯管形成的弯管组合件；对称弯管为在同一平面内或空间上结构对称的弯管；由2‑8个两程不分支的辐射炉管构成一小组，每2‑8个两程不分支的辐射炉管的第一程炉管相邻排列、每2‑8个两程不分支的辐射炉管的第二程炉管相邻排列，每一小组的第一程炉管与另一小组的第二程炉管相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器中间，整体形成第一程炉管和第二程炉管连续地间隔排布。

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。
美国Stone&Webster公司采用的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，图2为其在美国专利公开的炉管布置图；
中国石化所开发的CBL裂解技术，采用改进1-1型等两程炉管，对于1-1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)，一根入口管与一根出口管交错间隔排列，第一程管的直管与第二程管的直管通过对称U连接。此种排布在受热方面效果最佳，但由于受到入口弹簧外形尺寸及安装限制和炉管在热膨胀时移动方向的不一致，一方面因入口弹簧安装困难而影响炉管的安装，另一方面又使得炉管由单排排列在运行中变成了双排或炉管间距缩小；例如，图3-1中第二组炉管有3组1-1型炉管组成，其(从左数第2根管)第二程管受热膨胀后向下移动，此时会带动其第一程管(从右数第2根)向下和向右移动，这样会使其与相邻的右侧管之间的间距缩小，同时与其左侧相邻的炉管之间间距会稍微加大。此外，由于相邻两大组的集合管布置需要足够热膨胀空间，也需要炉管间距加大等，这些都使得受热不均，最终使裂解炉运行周期缩短。另外，由于两根第二程管之间只有一根第一程管，安装弹簧吊架的空间不足，不利于弹簧的安装，从而影响炉管的热膨胀，进而造成炉管弯曲或受热不均。
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，从而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、对流段、位于辐射段和对流段之间的过渡段、急冷锅炉、高压汽包和引风机；
所述辐射段内排布有底部燃烧器和/或侧壁燃烧器，并垂直排布有多组的辐射炉管；
所述辐射炉管为两程不分支的辐射炉管，每一个两程不分支的辐射炉管包括第一程炉管、第二程炉管以及连接第一程炉管和第二程炉管的弯管组合件；所述弯管组合件由对称弯管与S型弯管组成；所述对称弯管为在同一平面内或空间上结构对称的弯管；
由2-8个两程不分支的辐射炉管构成一小组，其中，每2-8个两程不分支的辐射炉管的第一程炉管相邻排列、每2-8个两程不分支的辐射炉管的第二程炉管相邻排列，每一小组的第一程炉管与另一小组的第二程炉管相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器中间，整体形成第一程炉管和第二程炉管连续地间隔排布。
在不同小组的第一程管与第二程管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，优选地，所述两程不分支的辐射炉管为1-1型辐射炉管，每一个两程不分支的辐射炉管包括一根第一程炉管和一根第二程炉管，所述辐射炉管按以下方式中的一种排布：
方式一：按两根第一程炉管和两根第二程炉管的方式连续地间隔排布；
方式二：按三根第一程炉管和三根第二程炉管的方式连续地间隔排布；
方式三：按四根第一程炉管和四根第二程炉管的方式连续地间隔排布。
以上三种排布方式可以实现，在不同小组的出口管之间有足够的空间来安装悬挂第一程炉管的弹簧吊架。
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和一个S型弯管组成；或者由一个对称弯管的入口端和出口端各连接一个S型弯管而组成。
所述对称弯管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，更优选地，所述第一程炉管的出口端与弯管组合件入口端的S型弯管连接，然后与对称弯管连接，对称弯管再与第二程炉管的入口端连接；
进一步优选地，所述弯管组合件的俯视投影成L型。
根据本发明提供的乙烯裂解炉，更优选地，所述第一程炉管的出口端与弯管组合件的对称弯管连接，再与弯管组合件出口端的S型弯管连接，S型弯管再与第二程炉管的入口端连接；
进一步优选地，所述弯管组合件的俯视投影成L型。
根据本发明提供的乙烯裂解炉，更优选地，所述第一程炉管的出口端与弯管组合件入口端的S型弯管连接，然后与对称弯管连接，再与弯管组合件出口端的S型弯管连接，最后弯管组合件出口端的S型弯管与第二程炉管的入口端连接。
进一步优选地，所述弯管组合件的俯视投影成Z型。这是所述弯管组合件的一种布置方式，它的优点是受力平衡，即对称弯管两端的S型弯管分处于所述第一程炉管和第二程炉管所处平面的两侧，对称弯管的俯视投影是平行的，且与炉管所在平面成一角度，同一侧S型弯管的俯视投影可以是平行的，也可以是不平行的，其侧视投影优选以炉管所在平面为对称，对称弯管与炉管所在平面所成的夹角以及S型弯管与炉管所在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，所述弯管组合件的另一种布置为所述弯管组合件的俯视投影成L型：分处于所述第一程炉管和第二程炉管所处平面的两侧，同一侧对称弯管的俯视投影是平行的，同一侧S型弯管的俯视投影是平行的，其侧视投影优选以第一程炉管和第二程炉管所处平面为对称，对称弯管与炉管所在平面所成的夹角以及S型弯管与炉管所在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，连接所述第一程炉管和第二程炉管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和第二程炉管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和第二程炉管所处的炉管平面的两侧。所述弯管组合件的俯视投影可以为中心对称图形，或者不为中心对称图形。
根据本发明提供的乙烯裂解炉，在相邻第一程炉管和第二程炉管之间的炉管间距适当扩大，具体值与炉管管径及炉管长度有关，需要根据应力计算来最终确定。
根据本发明提供的乙烯裂解炉，优选地，所述裂解炉中，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，如专利文件CN1260469所公开的扭曲管，以便增加吸收辐射热。
一小组辐射炉管的第一程炉管集中布置在第二程炉管的一侧，第一程管和第二程炉管的数量优选为2-4根。所述辐射炉管的第一程炉管为变径或不变径的炉管。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等于2，且第一程炉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炉管之间的膨胀差，同时由于布置在第二程炉管之间的第一程炉管数量大于等于2，因此有足够的空间布置支撑炉管的弹簧吊架，由于在第一程管与第二程管之间的间距适当考虑因炉管运动方向所造成的间距缩小，因此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，更有利于吸收第一程管与第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等于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，工程实施更加容易，且便于对现有裂解炉实施扩能；
(4)将相邻第一程炉管和第二程炉管之间的炉管间距适当加大，可有效的避免因炉管间距缩小引起的受热不均。
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U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为现有技术的一种1-1型炉管的主视图。
图3-2为图3-1所述辐射炉管的侧视图。
图3-3为图3-1所述辐射炉管的俯视图。
图4-1为本发明的第一种1-1型辐射炉管的排列图。
图4-2为本发明中图4-1所示辐射炉管的侧视图。
图4-3为本发明中图4-1所示辐射炉管的俯视图。
图5-1为本发明的第二种1-1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为本发明的第三种1-1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。
上述图中各标号说明如下：
1-第一程炉管；2-第二程炉管；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，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为两程不分支的辐射炉管，每一个两程不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的一个对称弯管5与一个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；
如图4-1所示，所述辐射炉管9为两程1-1型不分支变径辐射炉管，共有5小组辐射炉管构成，由2个两程不分支的辐射炉管构成一小组，其中，每2个两程不分支的辐射炉管的第一程炉管1相邻排列、每2个两程不分支的辐射炉管的第二程炉管2相邻排列，每一小组的第一程炉管1与另一小组的第二程炉管2相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器中间，整体形成第一程炉管1和第二程炉管2连续地间隔排布。
每个1-1型辐射炉管9由一根第一程炉管1与一根第二程炉管2在下端采用通过一个对称弯管5与一个S型弯管4形成的弯管组合件连接；第一程炉管1、第二程炉管2与弯管组合件的连接方式为：所述第一程炉管1出口端先与所述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的出口端再与第二程炉管2的入口端连接；
如图4-2和图4-3所示，S型弯管4布置于第一程炉管1与第二程炉管2所在平面的两侧，对称弯管5与炉管所在平面呈一角度，且在炉管所在平面两侧对称弯管5相互平行；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所处平面的两侧，且所述弯管组合件的俯视投影分处于第一程炉管1和第二程炉管2所在平面的两侧。所述弯管组合件的俯视投影成L型。
将相邻第一程炉管和第二程炉管之间的炉管间距根据应力分析结果适当加大，以避免因炉管间距缩小引起的受热不均。
实施例2
本发明还提供了一种乙烯裂解炉，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为两程不分支的辐射炉管，每一个两程不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的一个对称弯管5入口端和出口端各连接1个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；
如图5-1所示，所述辐射炉管为两程1-1型不分支变径辐射炉管，共有3小组辐射炉管构成，由3个两程不分支的辐射炉管构成一小组，其中，每3个两程不分支的辐射炉管的第一程炉管1相邻排列、每3个两程不分支的辐射炉管的第二程炉管2相邻排列，每一小组的第一程管1与另一小组的第二程管2相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器中间，整体形成第一程炉管1和第二程炉管2连续地间隔排布。
每个1-1型辐射炉管9由一根第一程炉管1与一根第二程炉管2在下端采用通过一个对称弯管5与两个S型弯管4形成的弯管组合件连接；第一程炉管1、第二程炉管2与弯管组合件的连接方式为：所述第一程炉管1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；
如图5-2和图5-3所示，S型弯管4布置于辐射炉管平面的两侧，对称弯管5与炉管平面呈一角度且相互平行；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所处的炉管平面的两侧，且所述弯管组合件的俯视投影为中心对称图形。所述弯管组合件的俯视投影成Z型。
将相邻第一程炉管和第二程炉管之间的炉管间距根据应力分析结果适当加大，以避免因炉管间距缩小引起的受热不均。
实施例3
本发明还提供了一种乙烯裂解炉，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为两程不分支的辐射炉管，每一个两程不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的一个对称弯管5入口端和出口端各连接1个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；
如图6-1所示，所述辐射炉管为两程1-1型不分支变径辐射炉管，共有5小组辐射炉管构成，由2个两程不分支的辐射炉管构成一小组，其中，每2个两程不分支的辐射炉管的第一程炉管1相邻排列、每2个两程不分支的辐射炉管的第二程炉管2相邻排列，每一小组的第一程管1与另一小组的第二程管2相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器中间，整体形成第一程炉管1和第二程炉管2连续地间隔排布。
每个1-1型辐射炉管9由一根第一程炉管1与一根第二程炉管2在下端采用通过对称弯管5与S型弯管4形成的弯管组合件连接；第一程炉管1、第二程炉管2与弯管组合件的连接方式为：所述第一程炉管1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；
如图6-2和图6-3所示，S型弯管4布置于辐射炉管平面的两侧，对称弯管5与炉管平面呈一角度且相互平行；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所处的炉管平面的两侧，且所述弯管组合件的俯视投影为中心对称图形。所述弯管组合件的俯视投影成Z型。
将相邻第一程炉管和第二程炉管之间的炉管间距根据应力分析结果适当加大，以避免因炉管间距缩小引起的受热不均。
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 (10)

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)为两程不分支的辐射炉管，每一个两程不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2-8个两程不分支的辐射炉管构成一小组，其中，每2-8个两程不分支的辐射炉管的第一程炉管(1)相邻排列、每2-8个两程不分支的辐射炉管的第二程炉管(2)相邻排列，每一小组的第一程炉管(1)与另一小组的第二程炉管(2)相邻排列，且单排布置在两排底部燃烧器中间，整体形成第一程炉管(1)和第二程炉管(2)连续地间隔排布。
2.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，所述两程不分支的辐射炉管为1-1型辐射炉管，每一个两程不分支的辐射炉管包括一根第一程炉管(1)和一根第二程炉管(2)，所述辐射炉管(9)按以下方式中的一种排布：
方式一：按两根第一程炉管(1)和两根第二程炉管(2)的方式连续地间隔排布；
方式二：按三根第一程炉管(1)和三根第二程炉管(2)的方式连续地间隔排布；
方式三：按四根第一程炉管(1)和四根第二程炉管(2)的方式连续地间隔排布。
3.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。
4.根据权利要求3所述的乙烯裂解炉，其中，所述第一程炉管(1)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。
5.根据权利要求3所述的乙烯裂解炉，其中，所述第一程炉管(1)的出口端与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。
6.根据权利要求3所述的乙烯裂解炉，其中，所述第一程炉管(1)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。
7.根据权利要求4或5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。
8.根据权利要求6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。
9.根据权利要求3-6中任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，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)所处的炉管平面的两侧。
10.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉，其中，所述裂解炉中，每程辐射炉管的管径为分段变径或连续变径。
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