CN210150714U - 一种基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，属于天然气制氢装置领域，包括转化炉、转化管、上猪尾管、混合气上升管；还包括混合气分配管和支撑混合气分配管的随动支撑件，混合气上升管的出口连接至混合气分配管；上猪尾管的一端连接至混合气分配管，另一端连接至转化管的上端，转化管的上端设置有膨胀节。将混合气上升管和转化管系的热膨胀位移统一考虑，上猪尾管仅用于克服两者之间的热膨胀差，使炉顶结构得到优化，简化了管系结构，高合金钢材用量减少，降低投资，使炉顶操作空间增大，更便于操作维护，安全性增加，得到同样的产品压力，前端动力消耗降低，装置运行成本更低，降低了管系热损失，能耗降低，燃料消耗低。

Description

一种基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统

技术领域

本实用新型属于天然气制氢装置领域，具体涉及一种基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统。

背景技术

在制氢过程中，烃类水蒸汽转化炉中的转化管在冷态和操作工况下温差达800-900℃，转化管热膨胀量达到200mm以上，现有技术采用转化炉进出口扰性管(称为上下猪尾管)连接来克服转化管热膨胀问题。根据结构设计的特点，有的采用炉管上膨胀结构即上猪尾管吸收热膨胀，有的采用下膨胀结构即下猪尾管吸收热膨胀。但无论是哪种膨胀结构，都会使猪尾管在承受高温高压的同时附加了位移载荷，受力状况苛刻。要使得猪尾管系安全运行，需要保证力臂很长才能制作成弹性极佳的猪尾管以用于吸收热膨胀，造成了猪尾管系结构复杂且占用空间大，高合金材料用量大，工艺气在猪尾管中压降大，热损失大的缺点。

此外，为克服热膨胀过程中转化管受阻和转化管自身重量产生轴向附加压应力导致转化管弯曲的问题，对于上膨胀结构的转化管系，需采用恒力弹簧支吊架或配重块来平衡，这些附加的结构同时设置在炉顶，因炉顶还设置有燃烧系统、燃料及助燃空气管路系统，从而造成炉顶结构复杂，操作空间小，巡检检修极为不便，安全隐患大。

传统技术的天然气与水蒸气的混合气，在加热后通过混合气上升管送往转化炉顶部进转化管，该上升管在冷态和操作工况下的温差约600℃，该部分温差导致的热膨胀差需由上升管本身制作成Π型结构来补偿，同样造成了高合金材料用量大，工艺气在上升管中压降大，热损失大的缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，旨在充分利用膨胀管系自身结构特性进行优化，从而达到简化结构，合理利用材料，降低消耗及管系阻力的目的，以解决现有制氢装置中热膨胀管系结构复杂、高合金材料用量大、热损失大的问题。

为实现本实用新型目的，采用的技术方案为：一种基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，包括转化炉、转化管、上猪尾管、混合气上升管；还包括混合气分配管和支撑混合气分配管的随动支撑件，所述混合气上升管的出口连接至混合气分配管；所述上猪尾管的一端连接至混合气分配管，另一端连接至转化管的上端，转化管的上端设置有膨胀节。

作为所述的进一步可选方案，所述混合气分配管为环状结构，并环设于转化炉外部。

作为所述的进一步可选方案，所述随动支撑件为多个，且均匀间隔设置在混合气分配管下部。

作为所述的进一步可选方案，所述转化炉外壁设有支撑架，随动支撑件安装于支撑架上。

作为所述的进一步可选方案，所述随动支撑件为弹簧件，弹簧件的一端固定，另一端与混合气分配管固定连接。

作为所述的进一步可选方案，还包括下猪尾管和下集气管，下猪尾管的一端与转化管的下端连接，另一端连接至下集气管。

作为所述的进一步可选方案，所述下集气管呈环状。

作为所述的进一步可选方案，还包括支撑转化炉的立柱和支撑下集气管的固定支架，固定支架固定于立柱。

作为所述的进一步可选方案，所述转化管的下端固定于转化炉底部。

作为所述的进一步可选方案，所述转化炉的内壁设有隔热衬里。

本实用新型的有益效果是：对转化炉辐射段的热膨胀管系综合考虑，以管系之间的热膨胀差来进行猪尾管挠性设计，将转化管系和混合气上升管的热膨胀系统综合考虑，通过混合气分配管支撑于随动支撑件上，混合气分配管可随混合气上升管的热膨胀位移同时移动；受热时转化管热膨胀，膨胀节随转化管的热膨胀或热收缩同时膨胀或收缩并保证炉膛的密封性，转化管与混合气上升管的膨胀量差通过上猪尾管的变形吸收，并且同时膨胀节也取代了原有的弹簧支吊架或配重块吸收轴向附加压应力。从而将混合气上升管和转化管系的热膨胀位移统一考虑，上猪尾管仅用于克服两者之间的热膨胀差，摒弃了传统的转化管系和混合气上升管独立考虑热膨胀、分别进行热膨胀位移的吸收和补偿。使炉顶结构得到优化，大大简化了管系结构，高合金钢材用量减少，降低投资，使炉顶操作空间增大，更便于操作维护，安全性增加，降低了系统阻力，得到同样的产品压力，前端动力消耗降低，装置运行成本更低，降低了管系热损失，能耗降低，燃料消耗低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，下面描述中的附图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基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统的结构示意图；

图2是图1中A处放大图；

附图标记：1、立柱；2、转化炉；3、隔热衬里；4、转化管；5、支撑架；6、随动支撑件；7、混合气分配管；8、上猪尾管；9、膨胀节；10、燃烧器；11、混合气上升管；12、转化炉膛；13、下猪尾管；14、下集气管；15、固定支架；16、固定筒；17、柱塞。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。可以理解的是，附图仅仅提供参考与说明用，并非用来对本实用新型加以限制。附图中显示的连接关系仅仅是为了便于清晰描述，并不限定连接方式。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件时，它可以是直接连接到另一个组件，或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步阐述。

图1、图2示出了本实用新型提供的基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，包括转化炉2、转化管4、上猪尾管8、混合气上升管11；还包括混合气分配管7和支撑混合气分配管7的随动支撑件6，所述混合气上升管11的出口连接至混合气分配管7；所述上猪尾管8的一端连接至混合气分配管7，另一端连接至转化管4的上端，转化管4的上端设置有膨胀节9。

混合气分配管7为环状结构，并环设于转化炉2外部。转化炉2内各转化管4分别经膨胀节9、上猪尾管8连通至混合气分配管7，进而连通混合气上升管11。膨胀节9可设置于转化管4上部的出转化炉2处，如图1。膨胀节9的两端可分别连接至转化炉2和转化管4，或膨胀节9设于转化管4与上猪尾管8之间等等。膨胀节9随转化管4的热膨胀或热收缩同时膨胀或收缩即可。

随动支撑件6为多个，且均匀间隔设置在混合气分配管7下部，均衡的提供支撑力，随动支撑件6在热膨胀中跟随移动稳定性高。混合气分配管7为环状时，随动支撑件6周向均布。可设置3-6个，也可设置更多个，具体根据实际情况设置相应数量及排布方式。

转化炉2外壁设有支撑架5，随动支撑件6安装于支撑架5上。随动支撑件6为弹簧件，弹簧件的一端固定，另一端与混合气分配管7固定连接。弹簧件可包括固定筒16、固定筒16内的弹簧和抵压在弹簧上端的柱塞17，柱塞17上端伸出固定筒16并与混合气分配管7连接。固定筒16可固定安装于支撑架5。随动支撑件6还可以直接采用弹簧、或弹簧减震器等结构，或采用液压或气压执行元件等可对混合气分配管7起到支撑作用并跟随其上下移动的随动结构器件。

本随动膨胀系统还包括下猪尾管13和下集气管14，下猪尾管13的一端与转化管4的下端连接，另一端连接至下集气管14。转化管4内反应完成后的转化气经过下猪尾管13汇入下集气管14收集后进入下一工段。下集气管14呈环状，可环设于转化炉2外。本随动膨胀系统还包括支撑转化炉2的立柱1和支撑下集气管14的固定支架15，固定支架15固定于立柱1。下集气管14通过固定支架15固定于转化炉2的立柱1上。转化管4的下端固定于转化炉2底部，具体固定连接在转化炉2底部的出炉体处。转化炉2的内壁设有隔热衬里3，使转化炉2内部与外界隔绝。

转化炉2的炉体由立柱1支撑在基础上，转化反应为一强吸热式反应过程，转化反应在转化管4内进行，靠燃烧器10为反应提供热量，隔热衬里3使转化炉膛12与外界隔绝，转化炉2的炉体可为一圆柱型壳体，转化管4圆周均布于转化炉膛12内部。混合气分配管7和下集气管14为环状结构，混合气上升管11来的工艺物料通过混合气分配管7和上猪尾管8均匀分配给每根转化管4；在转化管4内反应完成后的转化气经过下猪尾管13汇入下集气管14收集后进入下一工段。

混合气上升管11与转化管4均采用高合金钢制成，其在高温下线膨胀系数高，热膨胀量大。由于混合气上升管11与转化管4内物料温度及各自结构长度不一样，则膨胀量不一样。转化管4固定在转化炉2的底部出炉体处，受热时转化管4的热膨胀向顶部方向。膨胀节9随转化管4的热膨胀或热收缩同时膨胀或收缩并保证炉膛的密封性。混合气上升管11受热向上膨胀或降温向下收缩时，混合气分配管7在如弹簧等随动支撑件6的牵引下可自由上下移动。转化管4与混合气上升管11的膨胀量差通过上猪尾管8的变形吸收。上猪尾管8可设计成在最大膨胀量差以及管内操作压力的情况下保证安全不会破坏即可。膨胀节9可采用波纹式膨胀节。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，包括转化炉、转化管、上猪尾管、混合气上升管；其特征在于，还包括混合气分配管和支撑混合气分配管的随动支撑件，所述混合气上升管的出口连接至混合气分配管；所述上猪尾管的一端连接至混合气分配管，另一端连接至转化管的上端，转化管的上端设置有膨胀节。

2.根据权利要求1所述的基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，其特征在于，所述混合气分配管为环状结构，并环设于转化炉外部。

3.根据权利要求1所述的基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，其特征在于，所述随动支撑件为多个，且均匀间隔设置在混合气分配管下部。

4.根据权利要求1所述的基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，其特征在于，所述转化炉外壁设有支撑架，随动支撑件安装于支撑架上。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，其特征在于，所述随动支撑件为弹簧件，弹簧件的一端固定，另一端与混合气分配管固定连接。

6.根据权利要求1所述的基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，其特征在于，还包括下猪尾管和下集气管，下猪尾管的一端与转化管的下端连接，另一端连接至下集气管。

7.根据权利要求6所述的基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，其特征在于，所述下集气管呈环状。

8.根据权利要求6或7所述的基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，其特征在于，还包括支撑转化炉的立柱和支撑下集气管的固定支架，固定支架固定于立柱。

9.根据权利要求1所述的基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，其特征在于，所述转化管的下端固定于转化炉底部。

10.根据权利要求1所述的基于热膨胀稳定性的随动膨胀系统，其特征在于，所述转化炉的内壁设有隔热衬里。

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