CN203959811U - 一种制氢转化炉出口集合管 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种制氢转化炉出口集合管，属于石油化工装置领域。所述出口集合管包括：热壁集合管、冷壁集合管支管和冷壁集合管总管，热壁集合管的两端封闭，每排转化炉的炉管与多根热壁集合管连接，且每根热壁集合管上连接有相邻布置的多根炉管，与一排炉管连接的多根热壁集合管与一根冷壁集合管支管连接，多根冷壁集合管支管的一端与一根冷壁集合管总管连接，每根冷壁集合管支管的另一端封闭，炉管与热壁集合管垂直设置，热壁集合管与冷壁集合管支管平行设置，冷壁集合管支管与冷壁集合管总管垂直设置。本实用新型通过热壁集合管与冷壁集合支管相连，有效地降低了出口集合管的管系应力，制氢转化炉可长期安全操作。

Description

一种制氢转化炉出口集合管

技术领域

本实用新型涉及石油化工装置领域，特别涉及一种制氢转化炉出口集合管。

背景技术

大型制氢转化炉设计技术体现为“三高一低”的特点，即转化气高进口温度、高出口温度、高空速及低水碳比。为提高转化深度，转化炉出口转化气温度通常达到860～925℃。研究表明，当转化气出口温度大于870℃时，采用下猪尾管将转化管与集合管进行连接的方式非常容易出现局部尾管开裂问题，因此，目前新设计的大型制氢转化炉均不再采用出口猪尾管结构，而是采用转化管与下集合管直接相连的形式。

现有的一种转化炉出口集合管，其转化炉的炉管与炉底的下集合管直接相连。该下集合管采用冷壁集合管，即下集合管内填充有绝热材料。在炉管内设有耐高温的引导管，该引导管引导高温转化气体进入下集合管内，由于下集合管的外壳与引导管之间的环形空间采用绝热材料填充，故下集合管的外壳温度较低，例如，从炉管的管壁到下集合管的管壁的温度大约900℃下降到250℃以下。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于转化炉的炉管数量比较多，下集合管(即冷壁集合管)上需要开设比较多的孔，且为了便于炉管与下集合管连接，下集合管的长度比较长，这会导致下集合管上的热膨胀量增大，在热膨胀量得不到及时释放时将产生较大的应力，而当应力超过允许值后，又会造成下集合管蠕变胀大甚至开裂，进而给生产应用带来不便，造成损失。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本实用新型实施例提供了一种制氢转化炉出口集合管。所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种制氢转化炉出口集合管，适用于连接所述转化炉的炉管，所述转化炉包括多排炉管，所述出口集合管包括：热壁集合管、冷壁集合管支管和冷壁集合管总管，所述热壁集合管的两端封闭，每排所述炉管与多根所述热壁集合管连接，且每根所述热壁集合管上连接有多根相邻布置的所述炉管，与同一排所述炉管连接的多根所述热壁集合管与一根所述冷壁集合管支管连接，多根所述冷壁集合管支管的一端分别与一根所述冷壁集合管总管连接，多根所述冷壁集合管支管的另一端分别封闭，所述转化炉的炉管与所述热壁集合管垂直设置，所述热壁集合管与所述冷壁集合管支管平行设置，所述冷壁集合管支管与所述冷壁集合管总管垂直设置。

进一步地，所述热壁集合管设于所述转化炉的辐射炉膛内。

进一步地，每根所述热壁集合管的中部设有开孔，所述开孔处连接有三通。

进一步地，每根所述热壁集合管通过所述三通与所述冷壁集合管支管连接。

更进一步地，每根所述热壁集合管通过所述三通和大小头与所述冷壁集合管支管连接。

进一步地，每根所述炉管焊接在所述热壁集合管上。

更进一步地，每根所述炉管通过加强接头焊接在所述热壁集合管上。

优选地，每根所述冷壁集合管支管的一端连接在所述冷壁集合管总管上，每根所述冷壁集合管支管的另一端安装有法兰和法兰盖。

可选地，所述冷壁集合管总管的两端安装有所述法兰和所述法兰盖，所述冷壁集合管总管的中部连接有伸出的管，所述管与所述冷壁集合管总管垂直设置。

可选地，所述冷壁集合管总管的一端安装有法兰和法兰盖，所述冷壁集合管总管的另一端为出口端。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在炉管与冷壁集合管支管之间设置热壁集合管，多根炉管与一根热壁集合管连接，多根热壁集合管与一根冷壁集合管支管连接，由于热壁集合管的数量远小于炉管的数量，可以大量的减少冷壁集合管上的开孔的数量，减少了冷壁集合管支管的长度，简化了制作工艺，且有效地降低了出口集合管的管系应力及变形量，保证了制氢转化炉长周期的安全操作，且采用热壁集合管与炉管连接，而非冷壁集合管与炉管连接的方式，减少了冷壁集合管的使用数量，由于热壁集合管的造价小于冷壁集合管支管的造价，冷热壁集合管结合的方式，在一定程度上节约了设备的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的制氢转化炉出口集合管的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的制氢转化炉出口集合管沿图1中A-A线的截面示意图；

图3是本实用新型实施例提供的制氢转化炉出口集合管沿图1中B-B线的截面示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

为了便于理解本实用新型的实施例，下面对制氢转化炉的结构进行简要地介绍。转化炉由辐射段和对流段(包括空气预热系统)组成。辐射段包括钢结构、衬里、燃烧器、辐射管系等。辐射管系一般由入口集合管、入口尾管、转化管、出口尾管(有些转化炉不设)及出口集合管组成，转化炉的炉管位于辐射炉膛内，其顶端通过入口尾管与转化炉入口集合管连接，该炉管的另一端与转化炉的出口集合管连接。辐射炉膛与对流室连接，辐射炉膛燃烧产生的高温烟气进入对流段预热转化炉工艺介质、发生蒸汽并加热燃烧空气，之后由烟气引风机排入烟囱。在对流段预热后的工艺介质经入口集合管及入口尾管进入辐射段转化炉的炉管内进行化学反应。

实施例

本实用新型实施例提供了一种制氢转化炉出口集合管，参见图1和图2，转化炉设有多排炉管1，出口集合管包括：热壁集合管2、冷壁集合管支管3和冷壁集合管总管4，热壁集合管2的两端封闭，每排炉管1与多根热壁集合管2连接，且每根热壁集合管2上连接有多根相邻布置的炉管1，与同一排炉管1连接的多根热壁集合管2与一根冷壁集合管支管3连接，多根冷壁集合管支管3的一端分别与一根冷壁集合管总管4连接，多根冷壁集合管支管3的另一端分别封闭，转化炉的炉管1与热壁集合管2垂直设置，热壁集合管2与冷壁集合管支管3平行设置，冷壁集合管支管3与冷壁集合管总管4垂直设置。容易理解地，炉管1也与冷壁集合管总管4垂直设置。

可以理解地，图1中仅示出了一排炉管1，其他排炉管由于被遮挡而未示出。

在实际应用中，每根热壁集合管2上可以连接50根以内(即1～50根)的相邻布置的炉管1，每根冷壁集合管支管3上可以连接5根以内(即1～5根)的热壁集合管2。

在本实施例中，将热壁集合管2与冷壁集合管支管3平行设置，集合管走向简单，便于布置实施。热壁集合管2设于转化炉的辐射炉膛7内，转化炉的炉底可以不用设置保温箱，减少了投资。

实现时，每根炉管1可以焊接在热壁集合管2上。在本实施例中，每根炉管1通过加强接头11焊接在热壁集合管2上。通过加强接头11焊接的方式可以有效降低焊接处发生泄露的危险性。在其他实施例中，炉管1也可以直接焊接在热壁集合管2上。容易理解地，在每根热壁集合管2上与炉管1连接处均设有对应的孔。

结合图1，每根热壁集合管2的中部还设有开孔，开孔处连接有三通21。在实际应用中，参见图1，三通21上与炉管1连接处对应地设有多处通孔。每根热壁集合管2可以通过三通21和大小头(即异径管)22与冷壁集合管支管3连接。实现时，大小头22的相关尺寸可以根据冷壁集合管支管3的尺寸进行设计。相应地，每根冷壁集合管支管3上设有与大小头22配合的孔3a(见图3)。

在本实施例中，每根冷壁集合管支管3的一端连接在冷壁集合管总管4上，每根冷壁集合管支管3的另一端安装有法兰5和法兰盖5a。在转化炉不生产(即停炉)时，可打开法兰5和法兰盖5a对冷壁集合管支管3或冷壁集合管总管4的内部进行检查。

实现时，在一种实现方式中，冷壁集合管总管4的两端安装有法兰5和法兰盖5a，冷壁集合管总管4的中部连接有伸出的管4a，管4a与冷壁集合管总管4垂直设置。

在另一种实现方式中，冷壁集合管总管4的一端安装有法兰5和法兰盖5a，此时，冷壁集合管总管4的另一端作为出口端。在实际应用中，还可以在冷壁集合管总管4的出口处连接管4a。具体地，冷壁集合管总管4上的管4a的出口可以设于转化炉的侧面。在实际应用中，管4a的出口还可以根据转化炉的下游设备的设置位置，设置在转化炉的其他位置，例如，转化炉的端面。

需要说明的是，冷壁集合管支管和冷壁集合管总管设有内衬，该内衬材料为绝热材料，例如，低合金钢材料等，通常为便于衬里施工及进行内部检查，冷壁集合管支管和冷壁集合管直径比较大，其直径大于热壁集合管的直径。

下面以大小为10×10⁴Nm³/h的制氢转化炉为例，对采用全冷壁出口集合管及本申请中的冷热壁结合出口集合管这两种型式采用ANSYS软件进行了管系应力模拟计算及分析对比，结果见表1和表2。

表1 出口集合管在热态操作工况下各部件的等效应力

从表1中的数据可以看出，与全冷壁集合管技术相比，本申请的出口集合管在热态操作工况下，冷壁集合管支管的最大等效应力减小为53MPa，下降了16％，冷壁集合管总管最大等效应力减小为40MPa，下降了20％。

表2 出口集合管各部件的等效位移

从上表2可以看出，与全冷壁集合管技术相比，本申请在热态操作工况下各部件的变形量明显变小，冷壁集合管支管的最大变形减小为45.1mm，下降了20％，冷壁集合管总管的最大变形减小为20.9mm，下降了37％。

本实用新型实施例通过在炉管与冷壁集合管支管之间设置热壁集合管，多根炉管与一根热壁集合管连接，多根热壁集合管与一根冷壁集合管支管连接，由于热壁集合管的数量小于炉管的数量，可以大量的减少冷壁集合管上的开孔的数量，减少了冷壁集合管支管的长度，简化了制作工艺，且有效地降低了出口集合管的管系应力及变形量，保证了制氢转化炉长周期的安全操作，且采用热壁集合管与炉管连接，而非冷壁集合管与炉管连接的方式，减少了冷壁集合管的使用数量，由于热壁集合管的造价小于冷壁集合管支管的造价，冷热壁集合管结合的方式，在一定程度上节约了设备的成本。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种制氢转化炉出口集合管，适用于连接所述转化炉的炉管，所述转化炉包括多排炉管，其特征在于，所述出口集合管包括：热壁集合管、冷壁集合管支管和冷壁集合管总管，所述热壁集合管的两端封闭，每排所述炉管与多根所述热壁集合管连接，且每根所述热壁集合管上连接有多根相邻布置的所述炉管，与同一排所述炉管连接的多根所述热壁集合管与一根所述冷壁集合管支管连接，多根所述冷壁集合管支管的一端分别与一根所述冷壁集合管总管连接，多根所述冷壁集合管支管的另一端分别封闭，所述转化炉的炉管与所述热壁集合管垂直设置，所述热壁集合管与所述冷壁集合管支管平行设置，所述冷壁集合管支管与所述冷壁集合管总管垂直设置。

2.根据权利要求1所述的出口集合管，其特征在于，所述热壁集合管设于所述转化炉的辐射炉膛内。

3.根据权利要求1所述的出口集合管，其特征在于，每根所述热壁集合管的中部设有开孔，所述开孔处连接有三通。

4.根据权利要求3所述的出口集合管，其特征在于，每根所述热壁集合管通过所述三通与所述冷壁集合管支管连接。

5.根据权利要求4所述的出口集合管，其特征在于，每根所述热壁集合管通过所述三通和大小头与所述冷壁集合管支管连接。

6.根据权利要求1所述的出口集合管，其特征在于，每根所述炉管焊接在所述热壁集合管上。

7.根据权利要求1所述的出口集合管，其特征在于，每根所述炉管通过加强接头焊接在所述热壁集合管上。

8.根据权利要求1所述的出口集合管，其特征在于，每根所述冷壁集合管支管的一端连接在所述冷壁集合管总管上，每根所述冷壁集合管支管的另一端安装有法兰和法兰盖。

9.根据权利要求1所述的出口集合管，其特征在于，所述冷壁集合管总管的两端安装有法兰和法兰盖，所述冷壁集合管总管的中部连接有伸出的管，所述管与所述冷壁集合管总管垂直设置。

10.根据权利要求1所述的出口集合管，其特征在于，所述冷壁集合管总管的一端安装有法兰和法兰盖，所述冷壁集合管总管的另一端为出口端。