CN204325241U - 一种乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管 - 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5-5-1型辐射炉管，属于裂解炉领域。本装置包括第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管；所述第一程炉管包括五根8字形截面炉管、五个8字形-圆形过渡管件和五根圆形炉管，所述第二程炉管包括五根圆形炉管，第三程炉管为一根圆形炉管；所述第一程炉管的开口端位于最上方，所述第三程炉管的开口端位于最下方；或者，所述第一程炉管的开口端位于最下方，所述第三程炉管的开口端位于最上方。

Description

一种乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管

技术领域

本实用新型属于裂解炉领域，具体涉及一种乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管。

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，而三程管在乙烯裂解炉中还未有应用。

如图1和图2所示，斯通-韦伯斯特公司开发的两程2-1型(包括第一程炉管1’和第二程炉管2及过渡管5和Y型管6’)及四程2-1-1-1型炉管(包括第一程炉管1’、第二程炉管2、第三程炉管3和第四程炉管4及过渡管5和Y型管6’)为典型的不分枝变径管，此两种炉管的管径逐程放大，但每程的管数都是1个，停留时间约为0.15s-0.3s。两程2-1型炉管长度较四程2-1-1-1型炉管短，停留时间也较短，压降也较小；四程2-1-1-1型炉管较两程2-1型炉管长，停留时间也稍长，压降也较大一些，但是生产能力较两程2-1型炉管大。

目前，无论是两程2-1型及四程2-1-1-1型炉管布置，辐射炉管入口和出口都在裂解炉辐射炉顶，横跨管、炉管弹簧吊架系统和废热锅炉均布置在炉顶的狭小空间，它们合理的、无碰撞的布置一直是工程设计的难点。

另一方面，世界上重要的乙烯裂解技术提供商所设计的两程2-1型及四程2-1-1-1型炉管均采用圆形炉管，如图1和图2所示。

以现有2-1-1-1型炉管来说，为平衡生产能力和裂解反应特性，在炉管排布上排布紧密，管间距较小；第一、二程炉管需要采用较小管径的炉管，第三、四程炉管采用较大管径的炉管。这样就会带来单组炉管的生产能力较小，相邻炉管间遮蔽越来越严重，从而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5-5-1型辐射炉管，其具有两程2-1型炉管较短停留时间和较低压力降的特点，又具有四程2-1-1-1型炉管生产能力较大的特点，三程5-5-1型辐射炉管物料下进上出或者上进下出；同时，该炉管构型第一程炉管为8字形截面，此种构型改善了裂解工艺性能、提高生产能力，同时具有良好机械性能。

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5-5-1型辐射炉管，包括第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管；

所述第一程炉管包括五根8字形截面炉管、五个8字形-圆形过渡管件和五根圆形炉管，所述第二程炉管包括五根圆形炉管，第三程炉管为一根圆形炉管；

所述第一程炉管的开口端位于最上方，所述第三程炉管的开口端位于最下方；

或者，所述第一程炉管的开口端位于最下方，所述第三程炉管的开口端位于最上方。

所述第一程炉管的每根8字形截面炉管的一端分别与一个所述8字形-圆形过渡管件的一端连接，每个8字形-圆形过渡管件的另一端与所述第一程炉管中的一根圆形炉管的一端连接，所述第一程炉管中的每根圆形炉管的另一端通过一个U型管与第二程炉管中的一根圆形炉管的一端连接，第二程炉管的五根圆形炉管的另一端均连接到五合一管件的入口端，五合一管件的出口端与跨管的一端连接，跨管的另一端与第三程炉管的一端连接。

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。

或者，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8字形-圆形过渡管件的一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，另一端的内腔的横截面为圆形，其大小与所述第一程炉管中的圆形炉管的内腔相同，所述8字形-圆形过渡管件的一端和另一端之间为从8字形向圆形的过渡段；

所述五合一管件的入口端分为五个分支，每个分支与第二程炉管中的一根圆形炉管连接；

所述五合一管件的出口端与跨管连接。

每根所述8字形截面炉管的长度为l，第一程炉管的总长为L，L/3≤l≤L。

每根所述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8字形-圆形过渡管件中，8字形截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为α，且0°≤α≤30°。

所述第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管中的各个炉管均为垂直吊挂，8字形截面炉管和圆形炉管的轴线均垂直于辐射传热区的中线；

所述第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管中的各个炉管的中心线沿辐射室中线分布，且位于同一个平面上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型具有两程2-1型炉管较短停留时间和较低压力降的特点，又具有四程2-1-1-1型炉管生产能力较大的特点，在一定程度上改善了工艺性能；三程5-5-1型辐射炉管可采取物料炉底进炉顶出的方式，使横跨管布置在炉底、废热锅炉和部分炉管的弹簧吊架系统布置在炉顶，增加了炉顶空间布置的灵活性，给工程实施带来了便利；

(2)第一程管是8字形截面的5-5-1型炉管，较现有技术2-1和2-1-1-1型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；

(3)第一程管外表面是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；

(4)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现有技术的两程2-1型炉管构型

图2现有技术的四程2-1-1-1型炉管构型

图3本实用新型三程5-5-1型炉管构型

图4本发明炉管截面图1

图5本发明炉管截面图2

图68字形炉管水平排布图

图78字形炉管α夹角排布图

1-第一程炉管(8字形炉管)；1’-第一程炉管(圆形炉管)；2-第二程炉管；3-第三程炉管；4-第四程炉管；5-过渡管；6-8字形-圆形过渡管件；6’-Y型管；7-五合一管件；20-辐射段中线。

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2-1和2-1-1-1型炉管的缺点，如图3所示，本实用新型第一程炉管1采用8字形截面炉管，第二程炉管2和第三程管3为圆形炉管。

所述第一程炉管1的8字形截面炉管的下端分别连接到所述8字形-圆形过渡管件6的上端，8字形-圆形过渡管件6的下端与所述第一程炉管1中的圆形炉管的上端连接，该圆形炉管的下端通过U型管与第二程炉管2的下端连接，第二程炉管2的上端与五合一管件7一端连接，五合一管件7另一端与跨管的一端连接，跨管的另一端与第三程炉管3的上端连接。

实施例1

如图3和图4所示，第一程炉管是8字形截面炉管，第二和三程管是圆形炉管的5-5-1型炉管。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20。第一程8字形截面炉管和第二程圆形炉管之间采用8字形-圆形过渡管件以及U型管连接，8字形-圆形过渡管件的结构是由一个8字形截面的构型向一个圆构型过渡。

第一程8字形截面炉管和第二及三程圆形炉管的中心线沿辐射室中线分布，且第一程8字形截面炉管和第二及三程圆形炉管的中心线位于同一个平面上。

第一程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0°，即水平排列，8字形到圆过渡管件中的8字形截面与辐射传热区的中线夹角为0°如图6所示，另外，第一程8字形截面炉管的横截面的长轴、8字形到圆过渡管件中的8字形截面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。

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。第一程炉管全长L＝10000mm，8字形截面炉管长l＝5000mm(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3和图5所示，第一程炉管是8字形截面炉管1，第二和三程管是圆形炉管的5-5-1型炉管。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。第一程8字形截面炉管和第二程圆形炉管之间采用类8字形截面-圆过渡管件连接，其结构是由一个8字形截面的构型向一个圆构型过渡。

第一程8字形截面炉管和第二和三程管圆形炉管的中心线沿辐射室中线分布，且第一程8字形截面炉管和第二和三程管圆形炉管的中心线位于同一个平面上。

第一程8字形截面炉管与辐射传热区的中线夹角为0°，即水平排列。8字形-圆过渡管件中的8字形截面与辐射传热区的中线夹角为0°，如图6所示，也可以成第一定角度，如图7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。第一程炉管全长L＝10000mm，8字形截面炉管长l＝5000mm。

本实用新型提供了一种乙烯裂解炉用5-5-1型辐射炉管，其具有两程2-1型炉管较短停留时间和较低压力降的特点，又具有四程2-1-1-1型炉管生产能力较大的特点，在一定程度上改善了工艺性能；三程5-5-1型辐射炉管不仅可以采取物料炉顶进、炉底出的方式，也可采取物料炉底进炉顶出的方式，即第一程炉管的开口端位于最下方，从底部进料，第三程炉管的开口端位于最上方，从顶部出料，使横跨管布置在炉底、废热锅炉和部分炉管的弹簧吊架系统布置在炉顶，增加了炉顶空间布置的灵活性，给工程实施带来了便利；第一程管采用8字形截面炉管，增大了第一程管换热表面积，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。

上述技术方案只是本实用新型的几种最为典型的实施方式，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，而不仅限于本实用新型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。本实用新型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 (9)

1.一种乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管，其特征在于：所述乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管，包括第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管；

所述第一程炉管包括五根8字形截面炉管、五个8字形-圆形过渡管件和五根圆形炉管，所述第二程炉管包括五根圆形炉管，第三程炉管为一根圆形炉管；

所述第一程炉管的开口端位于最上方，所述第三程炉管的开口端位于最下方；

或者，所述第一程炉管的开口端位于最下方，所述第三程炉管的开口端位于最上方。

2.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管，其特征在于：所述第一程炉管的每根8字形截面炉管的一端分别与一个所述8字形-圆形过渡管件的一端连接，每个8字形-圆形过渡管件的另一端与所述第一程炉管中的一根圆形炉管的一端连接，所述第一程炉管中的每根圆形炉管的另一端通过一个U型管与第二程炉管中的一根圆形炉管的一端连接，第二程炉管的五根圆形炉管的另一端均连接到五合一管件的入口端，五合一管件的出口端与跨管的一端连接，跨管的另一端与第三程炉管的一端连接。

3.根据权利要求2所述的乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管，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。

4.根据权利要求3所述的乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管，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。

5.根据权利要求3所述的乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管，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。

6.根据权利要求4或5所述的乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管，其特征在于：所述8字形-圆形过渡管件的一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，另一端的内腔的横截面为圆形，其大小与所述第一程炉管中的圆形炉管的内腔相同，所述8字形-圆形过渡管件的一端和另一端之间为从8字形向圆形的过渡段；

所述五合一管件的入口端分为五个分支，每个分支与第二程炉管中的一根圆形炉管连接；

所述五合一管件的出口端与跨管连接。

7.根据权利要求6所述的乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管，其特征在于：每根所述8字形截面炉管的长度为1，第一程炉管的总长为L，L/3≤1≤L。

8.根据权利要求7所述的乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管，其特征在于：每根所述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8字形-圆形过渡管件中，8字形截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为α，且0°≤α≤30°。

9.根据权利要求8所述的乙烯裂解炉用8字形截面的5-5-1型辐射炉管，其特征在于：所述第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管中的各个炉管均为垂直吊挂，8字形截面炉管和圆形炉管的轴线均垂直于辐射传热区的中线；

所述第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管中的各个炉管的中心线沿辐射室中线分布，且位于同一个平面上。