CN204198676U - 一种乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，属于石油化工领域。该乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管包括上部的8字形截面炉管和下部的圆形炉管，两者同轴线设置；所述8字形截面炉管的下端通过过渡管件与所述圆形炉管的上端相连通。本实用新型单程炉管上部分是8字形截面炉管，较现有技术单程圆形炉管来说增大了比表面积，有利于裂解反应起始阶段的大量吸热，有利于裂解反应的发生且生产能力较大；单程炉管上部分炉管外表面是8字形或类似椭圆形，其较圆形炉管来说减小了相邻炉管间的遮蔽效应，保证炉管径环向表面上的温度分布均匀，减轻了结焦的程度，进而延长了裂解炉的运行周期。

Description

一种乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管

技术领域

本实用新型属于石油化工领域，具体涉及一种乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，用于石油化工生产中的乙烯装置裂解炉辐射室内。

背景技术

石油化工乙烯装置中乙烯裂解炉广泛采用的辐射段炉管构型为两程炉管和四程炉管，而单程管在乙烯裂解炉中的应用只有毫秒炉。无论是哪个专利商设计的任何构型的辐射盘管，其炉管均采用圆形炉管。

毫秒炉采用单程炉管，管长12m左右，停留时间降至0.1s以下。单程炉管较多程炉管管长有所缩短，同时也降低了炉管内物料的压降，压降从原来的0.15MPa左右降到0.04MPa或者更低，由于烃分压下降，使得裂解的选择性提高。但较短的管长也带来了传热面不足的缺点，为解决这个问题，一方面可以增加裂解的温度，增加炉管表面的热强度，这就需要提高炉管的材质等级。现阶段就材料的发展来看已经到了一个瓶颈。另一方面，可增加炉管的比表面积，采用小管径。

但对单程炉管而言，在反应的后期，从压力降方面来看，由于此时转化率较高，管内流体体积增大较多，以致线速度增大较多，管径小而引起压降就会较为严重，故以大管径为宜；从热强度方面看，由于转化率已经较高，增长缓慢，对热强度要求不高了，故管径大一些对传热的影响不显著；从结焦趋势方面看，由于转化率已较高，二次反应已在进行，结焦可能性较大，故要用较大管径的，已延长操作周期。综上所述，反应初期宜用较小管径，反应后期宜用较大管径的炉管。

所有的乙烯裂解炉的专利商设计的炉管均采用圆形炉管2(如图1所示)，再加上小管径炉管对结焦较为敏感，尤其是现在炉管排布越来越密集，相邻炉管间遮蔽越来越严重，这就导致同一根炉管受双面辐射传热时迎火面温度高，相邻炉管间受遮蔽影响温度较低，造成实际有效换热面积减小，炉管受热不均匀，结果是高温区易结焦，炉管易弯曲变形。

目前，针对现有单程炉管受热不均匀、易结焦等缺点，为了增强辐射炉管的换热效果，减轻结焦程度，延长操作周期，裂解炉广泛采用的一种强化传热技术是在辐射炉管上增加一个强化传热部件，该部件可以有效减小管内流体的边界层，有增强换热、增大吸热的效果，从而延长操作周期。目前应用最广泛的一种技术就是在炉管的管段之间增加扭曲片。扭曲片是一个单独的静态铸造部件，炉管是离心铸造而成，这两种不同制造方法的管件和管段组装成辐射盘管以后会对辐射盘管在传热效果和机械性能上造成一定的影响。扭曲片因其结构特点，在其使用过程中容易堵塞，影响使用安全。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，改善裂解工艺性能，提高生产能力，同时具有良好的机械性能。

本实用新型是通过以下技术方案实现的:

一种乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，包括上部的8字形截面炉管和下部的圆形炉管，两者同轴线设置；

所述8字形截面炉管的下端通过过渡管件与所述圆形炉管的上端相连通。

所述8字形截面炉管的内腔的横截面是由两个直径相等的圆相交而成的；

两个圆的半径均为R，两个圆的相交高度为h，20mm≤R≤40mm，R/3≤h≤R/2。

所述8字形截面炉管的外表面的横截面为椭圆形。

另外，也可以设计为，所述8字形截面炉管的外表面的横截面是由两个直径相等的圆相交而成的。

所述过渡管件为8字形到圆形过渡管件，所述8字形到圆形过渡管件上端的内腔的横截面为8字形，其大小与所述8字形截面炉管的内腔相同，所述8字形到圆形过渡管件下端的内腔的横截面为圆形，其大小与所述圆形炉管的内腔相同，所述8字形到圆形过渡管件的上端和下端之间为从8字形向圆形的过渡段。

所述8字形截面炉管的长度为1，单程炉管的总长为L，L/3≤1≤L。

所述8字形截面炉管的横截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为α，且0°≤α≤30°。

所述辐射炉管构型中的炉管均为垂直吊挂，8字形截面炉管和圆形炉管的轴线垂直于辐射传热区的中线。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:

(1)单程炉管上部分是8字形截面炉管，较现有技术单程圆形炉管来说增大了比表面积，有利于裂解反应起始阶段的大量吸热，有利于裂解反应的发生且生产能力较大。

(2)单程炉管上部分外表面是8字形或类似椭圆形，其较圆形炉管来说减小了相邻炉管间的遮蔽效应，保证炉管径环向表面上的温度分布均匀，减轻了结焦的程度，进而延长了裂解炉的运行周期。

(3)8字形截面炉管的截面是由两个圆相交构成，此种结构有明显的强化传热效果，无需增加额外的强化传热部件就可以达到有效的减小管内流体边界层、增加传热效果的作用，且有机械性能和传热效果连续的特点。

附图说明

图1现有技术单程炉管

图2本实用新型单程炉管的结构示意图

图3本实用新型炉管截面图

图4本实用新型炉管截面图

图58字形-圆过渡管件的结构示意图

图68字形炉管水平排布示意图

图78字形炉管α夹角排布示意图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述:

具体说来，为了克服现有单程炉管的缺点，本实用新型单程炉管上部分炉管采用8字形截面炉管，下部分为圆形炉管。这样，增大了上部分炉管换热表面积，提高了生产能力，减小了相邻炉管的遮蔽效应，提高了有效换热面积，使辐射传热更加均匀；有强化传热效果，减小管内流体边界层，有增加传热效果的作用。

实施例1

如图2所示，该炉管上部分炉管是8字形截面炉管1、下部分炉管是圆形炉管2的单程炉管。辐射炉管构型中的炉管均为垂直吊挂，并垂直于所述辐射传热区的中线10。单程炉管上部分8字形截面炉管1和下部分圆形炉管2之间采用类8字形到圆形过渡管件3连接，其结构是由一个8字形截面的构型向一个圆构型过渡，如图5所示。

单程炉管上部分8字形截面炉管1的横截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为0°，即水平排列，如图6所示。另外，单程炉管上部分8字形截面炉管1的横截面的长轴也可以与辐射传热区的中线夹角为α°，即旋转排列，如图7所示。α°排列可以缩短沿中线排布的间距，这样可以多排一些炉管，可以带来裂解能力上的提高，一定程度上提高了产量。

如图3所示，8字形截面炉管截面内表面由两个圆相交构成，类似8字形状，外表面类似椭圆形状。相交圆半径R＝30mm，相交圆相交高度为h＝15mm。单程炉管全长L＝10000mm，上部分8字形截面炉管长1＝8000mm(l实际包括了8字形截面炉管和过渡管件的长度，这样从工艺特性上限定了上下部的比例)。

实施例2

如图4所示，该炉管上部分炉管是8字形截面炉管1、下部分炉管是圆形炉管2的单程炉管。辐射炉管构型中的炉管均为垂直吊挂，并垂直于所述辐射传热区的中线。单程炉管上部分8字形截面炉管1和下部分圆形炉管2之间采用类8字形到圆形过渡管件3连接，其结构是由一个8字形截面的构型向一个圆构型过渡。

单程炉管上部分8字形截面炉管1的横截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为0°，即水平排列，如图6所示。另外，单程炉管上部分8字形截面炉管1的横截面的长轴也可以与辐射传热区的中线夹角为α°，即旋转排列，如图7所示。α°排列可以缩短沿中线排布的间距，这样可以多排一些炉管，可以带来裂解能力上的提高，一定程度上提高了产量。

如图4所示，8字形截面炉管截面由两个圆管相交焊接而成，其整体形状近似8字形构型。相交圆半径R＝30mm，相交圆相交高度为h＝15mm。单程炉管全长L＝10000mm，上部分8字形截面炉管长1＝8000mm。

单程炉管上部分是8字形截面炉管，较现有技术单程圆形炉管来说增大了比表面积，有利于裂解反应起始阶段的大量吸热，有利于裂解反应的发生且生产能力较大；单程炉管上部分炉管外表面是8字形或类似椭圆形，其较圆形炉管来说减小了相邻炉管间的遮蔽效应，保证炉管径环向表面上的温度分布均匀，减轻了结焦的程度，进而延长了裂解炉的运行周期；8字形截面炉管的截面是由两个圆相交构成，此种结构有明显的强化传热效果，可以有效的减小管内流体边界层，有增加传热效果的作用。

上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，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 (8)

1.一种乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，其特征在于：所述乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管包括上部的8字形截面炉管和下部的圆形炉管，两者同轴线设置；

所述8字形截面炉管的下端通过过渡管件与所述圆形炉管的上端相连通。

2.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，其特征在于：所述8字形截面炉管的内腔的横截面是由两个直径相等的圆相交而成的；

两个圆的半径均为R，两个圆的相交高度为h，20mm≤R≤40mm，R/3≤h≤R/2。

3.根据权利要求2所述的乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，其特征在于：所述8字形截面炉管的外表面的横截面为椭圆形。

4.根据权利要求2所述的乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，其特征在于：所述8字形截面炉管的外表面的横截面是由两个直径相等的圆相交而成的。

5.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，其特征在于：所述过渡管件为8字形到圆形过渡管件，所述8字形到圆形过渡管件上端的内腔的横截面为8字形，其大小与所述8字形截面炉管的内腔相同，所述8字形到圆形过渡管件下端的内腔的横截面为圆形，其大小与所述圆形炉管的内腔相同，所述8字形到圆形过渡管件的上端和下端之间为从8字形向圆形的过渡段。

6.根据权利要求1至5任一所述的乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，其特征在于：所述8字形截面炉管的长度为1，单程炉管的总长为L，L/3≤1≤L。

7.根据权利要求6所述的乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，其特征在于：所述8字形截面炉管的横截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为α，且0°≤α≤30°。

8.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉用8字形截面的单程辐射炉管，其特征在于：所述辐射炉管构型中的炉管均为垂直吊挂，8字形截面炉管和圆形炉管的轴线垂直于辐射传热区的中线。