CN217442249U - 一种带拱形横弧板的管板及具有该管板的工业炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石化工业炉技术领域，具体涉及一种带拱形横弧板的管板及具有该管板的工业炉，包括立幅板、横弧板、框板和支脚，立幅板开有供外围炉管穿过的多个支撑孔，每块所述立幅板的侧壁设有多块所述横弧板，横弧板横向布置且呈纵向拱起的弯曲状，横弧板与立幅板上的支撑孔错开布置；框板围在立幅板的周侧，支脚固定于框板的外侧。纵向拱起弯曲的管板具有更合理的受力状况，横弧板一方面能把拱形上面承受的载荷向拱形两端传递，分配给两端的框板，更直接传递到两端的支脚，减轻立幅板中间部位的受力。另一方面，横弧板能承受炉管受热膨胀伸长时通过与管孔之间的摩擦施加给管板的推力，弥补立幅板在这个方向受力功能的不足。

Description

一种带拱形横弧板的管板及具有该管板的工业炉

技术领域

本实用新型涉及石化工业炉技术领域，尤其涉及石油炼制、石油化工、煤化工及其他化工工艺过程对流体介质进行换热的设备，具体涉及一种带拱形横弧板的管板及具有该管板的工业炉。

背景技术

(1)传统加热炉的结构设计及功能

加热炉是炼油及石油化工装置中的心脏，管式加热炉的作用于是将管内的介质(油料或气体)加热至工艺所需的温度。

炉体的四面由高大的炉墙围成炉膛，炉墙由工字钢等型钢钢架上铺焊钢板，钢板上分布焊接保温钉，在保温钉之间浇铸入隔热和耐磨材料。两侧炉墙上安装的支耳支持着管板，炉管穿过带孔的管板由管板支持，炉管内流过的是需要加热的油料，炉管外面在炉膛内垂直从下往上(或水平从左到右、从右到左)流过的是高温烟气或热风，热量通过管壁传给管内的油料。

一般来说，为了充分平衡和利用各种热源，一台加热炉通常由底部的辐射段、上面的对流段、顶部的烟囱和周边的辅助设施组成，其中的对流段由多组结构相同的模块上下叠装而成。为了节省加热炉内部的空间以及降低加热陆的整体高度，对流段模块通常呈长方体结构。两侧炉墙上管板支耳之间的距离是跨距，厚度为b的n块管板，跨距B基本等于炉墙之间的距离，在结构设计和强度校核时，业内通常把管板简化为跨距和厚度不变、而等效高度为h、承受均布线载荷G/B的简支梁，则炉管及管内介质重力在管板底部的拉应力最大，且与跨距B成正比例。

(2)传统加热炉的管板及其存在的问题

随着社会经济的长期发展，一方面，开采的原油劣质化越来越严重，炼油及化工工艺技术向高温高压深度加工发展，工业炉从加热功能到反应功能，管板所经历的温度越来越高。另一方面，能源需求激增，工业炉向规模化发展，国家发改委针对石化化工领域专门发布《石化化工重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案(2021-2025年)》，严禁新建1000万吨/年以下常减压，80万吨/年以下石脑油裂解制乙烯，对其他石油化工装置的产能下限也有类似要求。规模化产能要求工业炉越来越大，大跨度炉膛需要大宽度的管板来支承炉管，大宽度管板的整体在宽度方向的受力特点是上部受压应力作用，下部受拉应力作用，按传统结构设计管板难以满足经济性建设的要求。2015年，文“大型加热炉高等级发展促进模块化制造技术进步[J].石油化工设备技术，2015，36(1)：28-33.”报道国内已有宽度达4.6m、高度达2.0m、两侧横弧板高各达0.25m的铸造管板业绩。

因此，改进已有的管板结构，既可改善其受力模式，也可改善铸造工艺的浇铸条件，可以提高工业炉的经济效益，具有很强的现实意义。

实用新型内容

针对现有技术存在上述技术问题，本实用新型提供一种带拱形横弧板的管板及具有该管板的工业炉。

为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

提供一种带拱形横弧板的管板，包括立幅板、横弧板、框板和支脚，立幅板开有供外围炉管穿过的多个支撑孔，每块所述立幅板的侧壁设有多块所述横弧板，横弧板横向布置且呈纵向拱起的弯曲状，横弧板与立幅板上的支撑孔错开布置；框板围在立幅板的周侧，支脚固定于框板的外侧。

作为进一步优选的方案，所述立幅板的两侧分别设有所述横弧板，或所述立幅板仅一侧设有所述横弧板。

作为进一步优选的方案，所述横弧板为连续的曲率相同的整段弯曲结构。

作为进一步优选的方案，所述立幅板的与所述横弧板交叉的支撑孔的孔边设有过渡弧板，所述横弧板与所述过渡弧板形成连续的整片结构。

作为进一步优选的方案，过渡弧板位于对应支撑孔的上部或下部。

作为进一步优选的方案，过渡弧板与横弧板为等高结构。

作为进一步优选的方案，横弧板为间断的分段结构，其包括多段拱形分段。

作为进一步优选的方案，多段拱形分段的曲率不同，且拱形中心位置不同。

作为进一步优选的方案，立幅板和横弧板为共同一体化铸造结构；或立幅板和横弧板由钢板组焊而成。

工业炉，包括炉墙、端部管板、支耳、中间管板和盘管，端部管板固定在炉墙的两端，支耳固定在炉墙的顶部，中间管板沿炉墙内部分布，盘管包括多条炉管和多个弯头，炉管穿过中间管板和端部管板的支撑孔，弯头将多条炉管连通起来，其特征是：中间管板为上述的一种带拱形横弧板的管板。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的带拱形横弧板的管板及具有该管板的工业炉，与现有技术相比，纵向拱起弯曲的管板具有更合理的受力状况，横弧板一方面能把拱形上面承受的载荷向拱形两端传递，分配给两端的框板，更直接传递到两端的支脚，减轻立幅板中间部位的受力。另一方面，横弧板能承受炉管受热膨胀伸长时通过与管孔之间的摩擦施加给管板的推力，弥补立幅板在这个方向受力功能的不足。本实用新型既改善其受力模式，也可改善铸造工艺的浇铸条件，可以提高工业炉的经济效益。

附图说明

图1为实施例中的工业炉的一组模块的结构示意图。

图2为常规思维下的一种管板结构示意图，一般想到的是重新规划管孔平整分布，侧壁设置直板。

图3为实施例中的一种带横弧板的管板的第二种结构形式。

图4为实施例中的一种带横弧板的管板的第三种结构形式，是图3中的A-A视向示意图。

图5为实施例中的一种带横弧板的管板的第四种结构形式，示出图3的C处过渡弧板结构。

图6为实施例中的一种带横弧板的管板的第五种结构形式。

图7为实施例中的一种带横弧板的管板的第六种结构形式。

具体实施方式

以下结合具体实施例及附图对本实用新型进行详细说明。

本实施例的工业炉，如图1至图7所示，包括炉墙1、端部管板3、支耳、中间管板5和盘管2，端部管板3固定在炉墙的两端，支耳固定在炉墙1的顶部，中间管板5沿炉墙内部分布，盘管2包括多条炉管4和多个弯头6，炉管4穿过中间管板5和端部管板3的支撑孔，弯头6将多条炉管连通起来。作为改进的是：

中间管板5为一种带拱形横弧板的管板，是扁平的板框式结构，正面呈矩形，主要参考图2，包括立幅板7、横弧板9、框板10和支脚11，立幅板7开有供外围炉管穿过的多个支撑孔8，每块所述立幅板7的侧壁设有多块所述横弧板9，横弧板9横向布置且呈纵向拱起的弯曲状，横弧板9与立幅板7上的支撑孔8错开布置。框板10围在立幅板7的周侧，支脚11焊接固定于框板11的外侧，横弧板7的两端焊接固定于框板10。与现有技术相比，纵向拱起弯曲的中间管板5具有更合理的受力状况，横弧板9一方面能把拱形上面承受的载荷向拱形两端传递，分配给两端的框板10，更直接传递到两端的支脚11，减轻立幅板7中间部位的受力。另一方面，横弧板9能承受炉管受热膨胀伸长时通过与管孔之间的摩擦施加给管板的推力，弥补立幅板7在这个方向受力功能的不足。本实用新型既改善其受力模式，也可改善铸造工艺的浇铸条件，可以提高工业炉的经济效益。

需要说明的是，现有的中间管板由于设有密集的支撑孔(管孔)，支撑孔需要无阻挡地供炉管穿过，因此一般不会在中间管板的两侧设置额外的板体，如果需要设置板体，则一般如图2所示想到的是重新规划支撑孔的布置，设置直板51。而本实用新型突破该思维，通过设置拱形弯曲的横弧板，在受力方面得以进一步优化，延长管板以及工业炉的使用寿命。横弧板结构是支承从上面向下施加压力的合理结构，与水平的板相比能大大提高管板的承重能力，延长工业炉的运行周期。

本实施例中，所述立幅板7的两侧分别设有所述横弧板9，或所述立幅板7仅一侧设有所述横弧板9。实际中立幅板7侧壁除了设置拱起的横弧板9，还可以有直板共存。两侧高度相等的横弧板具有结构和受力的对称性，结合图4所示，包含了立幅板7两侧对称设置的对称横弧板91。结合如图5所示两侧非对称的横弧板92，或者两侧轮流交替设置的横弧板更能符合铸造管板浇铸过程钢水流道的等流通面积原则。

本实施例中，所述横弧板9为连续的曲率相同的整段弯曲结构。使结构具有有效的载荷传递路径，如图1所示。

本实施例中，结合图6所示，所述立幅板7的与所述横弧板9交叉的支撑孔8的孔边设有过渡弧板93，所述横弧板9与所述过渡弧板93形成连续的整片结构。过渡弧板93位于对应支撑孔8的上部或下部。过渡弧板93与横弧板9为等高结构，使结构具有有效的载荷传递路径。

本实施例中，结合图7所示，横弧板为间断的分段结构，其包括多段拱形分段，94和95是两段曲率相同但是拱形中心不同而在管板中间连接到一起的弧板，94和9是两段曲率和拱形中心都不同的弧板。使所有管孔保持结构的一致性。多段拱形分段的曲率不同，且拱形中心位置不同。使结构具有有效的载荷传递路径。

本实施例中，立幅板7和横弧板9为共同一体化铸造结构；一体化结构连接紧凑，铸钢原始组织耐高温强度稳定性好。或立幅板7和横弧板9由钢板组焊而成，钢板组焊框架容易引起变形，即便调节整形平整后，所残留的结构内应力也会在工业炉的高温作用下逐渐释放，二次变形，所以钢板组焊式管板是当不具备铸造条件时的另一种结构。

另外实际中，还可以进一步改进为：立幅板下段厚度比上段厚度大。进一步的，位于立幅板下段的横板的宽度比位于立幅板上段的横板的宽度大，该宽度是指横板从立幅板凸出的范围。框板的位于立幅板下段的宽度比位于立幅板上段的宽度大，框板宽度跟横板的宽度方向相同，均是指从立幅板凸出的幅度。如此则充分适应管板下部在宽度方向(垂直于炉管的横向方向)承受较大拉应力作用的特点，需要较大的结构强度；而管板上部在宽度方向承受的是压应力作用，只需要较小的结构强度。另一方面，管板上管孔支承的若干层炉管中，位于管板下部管孔的炉管温度较高，炉管受热膨胀伸长的位移更大，通过与管孔之间的摩擦施加给管板的推力也更大，因此管板的立幅板下段较厚的厚度可以弥补其承受更大推力的需要。高强度的管板两端自由地支承在两侧炉墙内部的支耳上，管板可等效为一条简支梁，梁的长度就是管板的宽度，梁上主要受到近似匀衡的重力作用，重力来自管板孔支承的炉管盘管及其内部介质，梁上侧面也受到一定的炉管热膨胀推力。高强度管板结构是支承从上面向下施加压力的合理结构，与上下等宽度的管板结构相比能大大提高管板的承重能力，延长工业炉的运行周期。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种带拱形横弧板的管板，其特征是：包括立幅板、横弧板、框板和支脚，立幅板开有供外围炉管穿过的多个支撑孔，每块所述立幅板的侧壁设有多块所述横弧板，横弧板横向布置且呈纵向拱起的弯曲状，横弧板与立幅板上的支撑孔错开布置；框板围在立幅板的周侧，支脚固定于框板的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种带拱形横弧板的管板，其特征是：所述立幅板的两侧分别设有所述横弧板，或所述立幅板仅一侧设有所述横弧板。

3.根据权利要求1所述的一种带拱形横弧板的管板，其特征是：所述横弧板为连续的曲率相同的整段弯曲结构。

4.根据权利要求1所述的一种带拱形横弧板的管板，其特征是：所述立幅板的与所述横弧板交叉的支撑孔的孔边设有过渡弧板，所述横弧板与所述过渡弧板形成连续的整片结构。

5.根据权利要求4所述的一种带拱形横弧板的管板，其特征是：过渡弧板位于对应支撑孔的上部或下部。

6.根据权利要求4所述的一种带拱形横弧板的管板，其特征是：过渡弧板与横弧板为等高结构。

7.根据权利要求1所述的一种带拱形横弧板的管板，其特征是：横弧板为间断的分段结构，其包括多段拱形分段。

8.根据权利要求7所述的一种带拱形横弧板的管板，其特征是：多段拱形分段的曲率不同，且拱形中心位置不同。

9.根据权利要求1所述的一种带拱形横弧板的管板，其特征是：立幅板和横弧板为共同一体化铸造结构；或立幅板和横弧板由钢板组焊而成。

10.工业炉，包括炉墙、端部管板、支耳、中间管板和盘管，端部管板固定在炉墙的两端，支耳固定在炉墙的顶部，中间管板沿炉墙内部分布，盘管包括多条炉管和多个弯头，炉管穿过中间管板和端部管板的支撑孔，弯头将多条炉管连通起来，其特征是：中间管板为权利要求1至权利要求9任一项所述的一种带拱形横弧板的管板。

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