CN204474593U - 一种乙烯裂解炉用椭圆形截面的辐射炉管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种乙烯裂解炉用椭圆形截面的辐射炉管，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；所述第一程炉管和第二程炉管均包括三根炉管，第三程炉管包括一根炉管；所述第一程炉管的三根炉管均为椭圆形炉管，所述第二程炉管和第三程炉管均为圆形炉管；所述第一程炉管的每根炉管的一端与一个椭圆-圆过渡管件的一端连接，椭圆-圆过渡管件的另一端与U型管的一端连接，每个U型管的另一端与第二程炉管中一根炉管的一端连接，第二程炉管的另一端与三合一管件的入口端连接，三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。
Description
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椭圆形截面的辐射炉管。
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以及过渡管5和Y型管件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。
所有的乙烯裂解炉的专利商设计的两程炉管均采用圆形炉管。
裂解炉反应的起始是吸热反应，需要吸收大量的热量以达到裂解反应温度。所以通常对于两程炉管来说第一程管都要选择小管径，以获得大表面积，达到大量吸热快速升温的效果。
一般来说，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。
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椭圆形截面的辐射炉管，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3-3-1型辐射炉管物料下进上出或者上进下出；第一程管采用椭圆形炉管，可以改善裂解工艺性能，同时可获得良好机械性能。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种乙烯裂解炉用椭圆形截面的辐射炉管，包括第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管；
所述第一程炉管和第二程炉管均包括三根炉管，第三程炉管包括一根炉管；
所述第一程炉管的三根炉管均为椭圆形炉管，所述第二程炉管和第三程炉管均为圆形炉管；
所述第一程炉管的每根炉管的一端与一个椭圆-圆过渡管件的一端连接，椭圆-圆过渡管件的另一端与U型管的一端连接，每个U型管的另一端与第二程炉管中一根炉管的一端连接，第二程炉管的另一端与三合一管件的入口端连接，三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。
在所述第一程炉管的每根炉管的内壁上均设有两个与其轴线平行的凸起；
两个所述凸起的横截面均为弧形；
在第一程炉管的每根炉管的横截面上，两个凸起分别位于椭圆形长轴的两端。
所述椭圆-圆过渡管件为管状结构，其上端面的横截面为椭圆形，下端面的横截面为圆形，中间为从椭圆形到圆形的过渡段，其上端面的尺寸与第一程炉管的每根炉管的横截面尺寸相同，下端面的尺寸与U型管的横截面的尺寸相同。
所述三合一管件包括连通的三个入口端和一个出口端，所述第二程炉管的三根炉管的一端分别与所述三合一管件的三个入口端连接。
所述第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管均垂直吊挂，并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、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3-3-1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、第一程炉管是椭圆炉管，较圆形炉管来说增大了表面积，有利于裂解反应的进行；
3、第一程炉管是椭圆炉管，较圆形炉管来说减小了相邻炉管间的遮蔽效应，最大程度的减小了冷区面积(S2＜S1)，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、椭圆形炉管截面在长轴两端有两个弧形凸起，可以起到减小管内流体边界层、增加传热效果的作用。
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本实用新型三程炉管构型
图4现有技术炉管截面图
图5本实用新型的炉管截面图1
图6本实用新型的炉管截面图2
1-第一程炉管(椭圆形炉管)；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-椭圆-圆过渡管件；6’-Y型管件；7-现有技术圆形炉管间冷区示意；8-本实用新型的椭圆炉管间冷区示意；S1-圆形炉管间的冷区范围；S2-椭圆形炉管间的冷区范围；9-弧形凸起；10-三合一管件；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：
本实用新型辐射炉管为三程炉管，第一程炉管1和第二程管2为三根炉管，第三程炉管3为一根炉管，第一程炉管1为椭圆形炉管，第二程炉管2和第三程炉管3为圆形炉管。第一程炉管通过椭圆-圆过渡管件6与U型管连接。
具体说来，为了克服现有两程2-1炉管和四程2-1-1-1炉管的缺点，本实用新型采用三程3-3-1型辐射炉管，辐射炉管物料下进上出，在一定程度上改善了工艺性能；将第一程管设计成椭圆形炉管，第二程和第三程管是圆形炉管。增大了第一程管换热表面积，减小了相邻炉管的遮蔽效应，从而减小了冷区面积，提高了有效换热面积，使辐射传热更加均匀。
如图3所示，一个实施例如下：辐射炉管为三程炉管3-3-1型炉管，第一程炉管和第二程炉管为三根炉管，第三程炉管为一根炉管，第一程炉管为椭圆形炉管，第二程和第三程炉管为圆形炉管。
第一程炉管为椭圆形炉管，椭圆形炉管的横截面在长轴两端分别设置有弧形凸起9，如图6所示。辐射炉管均为垂直吊挂，并垂直于辐射传热区的中线20。椭圆形炉管截面在长轴两端有两个弧形凸起，可以起到减小管内流体边界 层、增加传热效果的作用。
图4和5中是多组炉管排布，多组排列以体现椭圆形炉管之间排布具有较小的遮蔽性。(S2＜S1)。具体来说，图4为第一程管是圆形的炉管排列，其中，圆形炉管间冷区示意为7，圆形炉管间的冷区范围为S1；图5为第一程管是椭圆形的炉管排列，其中，椭圆炉管间冷区示意为8，椭圆形炉管间的冷区范围为S2，第一程炉管是椭圆炉管，较圆形炉管来说减小了相邻炉管间的遮蔽效应，最大程度的减小了冷区面积(S2＜S1)，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。
本实用新型提供了一种乙烯裂解炉用椭圆形截面的辐射炉管，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3-3-1型辐射炉管可采取物料炉底进炉顶出的方式(物料永远是从第一程到第三程炉管，第一程管可能在最上部、第三程管在最下部，也可以是第一程管在最下部、第三程管在最上部)，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；将第一程管设计成椭圆形炉管，第二程管是圆形炉管，增大了第一程管换热表面积，减小了相邻炉管的遮蔽效应，从而减小了冷区面积，提高了有效换热面积，使辐射传热更加均匀。
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 (6)
1.一种乙烯裂解炉用椭圆形截面的辐射炉管，其特征在于：所述乙烯裂解炉用椭圆形截面的辐射炉管包括第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管；
所述第一程炉管和第二程炉管均包括三根炉管，第三程炉管包括一根炉管；
所述第一程炉管的三根炉管均为椭圆形炉管，所述第二程炉管和第三程炉管均为圆形炉管；
所述第一程炉管的每根炉管的一端与一个椭圆一圆过渡管件的一端连接，椭圆一圆过渡管件的另一端与U型管的一端连接，每个U型管的另一端与第二程炉管中一根炉管的一端连接，第二程炉管的另一端与三合一管件的入口端连接，三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。
2.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉用椭圆形截面的辐射炉管，其特征在于：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。
3.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉用椭圆形截面的辐射炉管，其特征在于：在所述第一程炉管的每根炉管的内壁上均设有两个与其轴线平行的凸起；
两个所述凸起的横截面均为弧形；
在第一程炉管的每根炉管的横截面上，两个凸起分别位于椭圆形长轴的两端。
4.根据权利要求2所述的乙烯裂解炉用椭圆形截面辐射炉管，其特征在于：所述椭圆-圆过渡管件为管状结构，其上端面的横截面为椭圆形，下端面的横截面 为圆形，中间为从椭圆形到圆形的过渡段，其上端面的尺寸与第一程炉管的每根炉管的横截面尺寸相同，下端面的尺寸与U型管的横截面的尺寸相同。
5.根据权利要求3所述的乙烯裂解炉用椭圆形截面的辐射炉管，其特征在于：所述三合一管件包括连通的三个入口端和一个出口端，所述第二程炉管的三根炉管的一端分别与所述三合一管件的三个入口端连接。
6.根据权利要求1至4任一所述的乙烯裂解炉用椭圆形截面的辐射炉管，其特征在于：所述第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管均垂直吊挂，并垂直于辐射传热区的中线。
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