TWI467000B - A double row of radiant furnace tube cracking furnace - Google Patents

Description

一種雙排佈置輻射段爐管裂解爐

本發明是有關於一種乙烯裂解爐。

在乙烯裝置中，裂解爐是核心設備。輻射盤管的設計是決定裂解選擇性、提高裂解產品烯烴收率和提高對不同裂解原料適應性的關鍵。改進輻射盤管的結構和排佈，成為管式裂解爐技術發展中最核心的部分。20多年來，相繼出現了單排分支變徑管、混排分支變徑管、不分支變徑管、單程等徑管等不同結構的輻射盤管。

為使原料消耗大大降低、維持適當的運轉週期和具有較好的原料適應性，目前大多數公司均採用兩程(18~28m)分支變徑或兩程變徑高選擇性爐管，將停留時間控制在0.15~0.25s。第一程管採用小直徑爐管，利用它比表面積大的特點達到快速升溫的目的，第二程管採用較大直徑的爐管以降低對結焦敏感性的影響。所採用的兩程高選擇性輻射段爐管有1-1型、2-1型、4-1型、5-1型、6-1型、8-1型等爐管。

採用4-1、5-1、6-1等構型的兩程爐管，通常四小組爐管配一台急冷(廢熱)鍋爐；爐管採用錯排排列，即第一程管單排、第二程管雙排，且第一、第二程爐管採用特殊的連接管：底平錐型管連接。美國魯姆斯克雷斯特公司在專利CN1067669中公佈了其爐管排佈，其入第一程管為6根，第二程管為一根，第一程管在下部通過一集合管與第二程管連接。此種結構，由於第一程管為多根、第二程管為一根，在爐管受熱膨脹時，第二程管先向下膨脹，第一程管在第二程管的牽引下向下運動，其中離第二程管遠的受力較小、靠近第二程管的受力較大，加上下部集合管為剛性連接，第二程管與第一程管之間的膨脹差只能靠設置在第一程管入口的平衡系統來調節，這樣的結果是當第一程管無法隨第二程管運動時，就會造成爐管彎曲。

採用1-1型爐管，通常一小組或兩小組爐管配一台線性急冷(廢熱)鍋爐，全部底部供熱；爐管通常採用單排，第一程管底部向外傾斜，然後通過半圓管與垂直的第二程管底部相連。有兩種排列方式：1)第一、第二程管分別集中佈置。埃克森美孚化學專利公司在CN1259981專利公佈了一種裂解爐。2)如美國專利US6528027所公開的採用第一程管與另一組爐管的第二程管相鄰排列。這兩種結構爐管共同的缺點是由於第一程管下部向外傾斜、而第二程管未向相反方向傾斜，同時相鄰的第一程管往另一側傾斜，其結果是在爐管受熱狀態下，整個輻射爐管不能很好地保持單排，會自然地為消除應力而成為雙排。其結果是爐管兩側受熱不均、兩側管壁溫度不相等。靠燃燒器側溫度高而背離側則低，造成爐管向燃燒器側彎曲。

採用2-1型兩程爐管，通常八小組爐管配一台急冷鍋爐；EP1146105公開了這樣的爐管結構排佈的裂解爐：兩程輻射段爐管垂直排列在輻射段爐膛裡，一程管和二程管的直管排列在一個平面裡，一程直管和二程管分別通過S形管與一個彎管連接，一程管和二程管的S形管分別平行，連接彎管可以是半圓形、半橢圓形或半卵形，各彎管與直管所在平面所成角度相同。

採用1-1型爐管，通常一小組或兩小組爐管配一台線性急冷(廢熱)鍋爐；爐管採用第一、第二程管分別集中佈置，採用雙排，第一、第二程管之間連接管為90度彎管、水準管，見圖12。

爐管的排列方式從最初的單排發展到雙排，對單排而言，相同的能力需要更大的占地面積，其優勢是爐管徑向溫度分佈均勻，存在遮蔽的情況較少；對雙排而言，大大縮小了裂解爐的占地面積，但遮蔽的狀況比較嚴重，影響了爐管徑向溫度分佈，而且其第一程、第二程管之間的連接容易引起爐管的彎曲。

裂解爐輻射爐管結構也由簡單的、柔性較差的彎頭連接向柔性較好的彎管連接發展。

本發明的目的就是為了克服現有技術中輻射段爐管單排和雙排的結構及排佈存在著缺陷和不足，提供一種輻射段爐管新型結構排佈的裂解爐。

本發明的雙排佈置輻射段爐管裂解爐是這樣實現的：本發明的雙排佈置輻射段爐管裂解爐包括輻射區、燃燒器、排佈在輻射區內的輻射爐管、對流區、急冷鍋爐和高壓汽鼓；其特徵在於：多組輻射爐管排佈在輻射區內，其中每一組輻射爐管由多個輻射爐管組成；所述的每一個輻射爐管為兩程立式爐管，其第一程管為入口管、第二程管為出口管；所述的第一程管和第二程管之間採用回彎管連接件連接；每一組輻射爐管的第一程管的中心線和第二程管的中心線佈置在平面A和平面B中，每一個輻射爐管的第一程管和第二程管分別處於所述的平面A和B內；該組輻射爐管中的每一個輻射爐管的回彎管連接件的對稱中心線均處於一個鉛垂平面內，該平面稱為平面C，所述的平面A和平面B與平面C平行，平面A和平面B分別對稱分佈於平面C兩側；所述的每一個回彎管連接件為一立體結構件，以平面C為對稱面，其側視投影為一對稱的曲線，其俯視投影為長度相同的直線段；所述的同一組輻射爐管中各個輻射爐管的回彎管連接件分上下兩層交叉排佈，每層回彎管平行地排佈。

在本發明的一種優選實施方式中，上述的回彎管連接件可以為弧形、半圓形、半橢圓形、抛物線形或倒Ω連接件，其中倒Ω為所述的弧形、半圓形、半橢圓形、抛物線形連接件與S型彎管組合而成。

在本發明的一種優選實施方式中，上述的一組輻射爐管的第一程管可以分別佈置在平面A和B的同一端，第二程管則可以分別佈置在平面A和B的另一端。

在本發明的一種優選實施方式中，在同一個平面A或B內的一個輻射爐管的第一程與另一個輻射爐管的第二程管可以相鄰佈置。

在本發明的一種優選實施方式中，所述的平面A上端和平面B上端可以向平面C等幅傾斜、傾斜角不超過45度為佳。

在本發明的一種優選實施方式中，所述的第一程管與第二程管之間的連接件可以分上下兩層佈置，每層連接件俯視投影為一組平行線，兩層連接件俯視投影為一組交叉線。

根據本發明，前面所述的乙烯裂解爐的輻射爐管可以為1-1型、2-1型、2/1-1型、3-1型或3/1-1型爐管，其中：所述的1-1型爐管的第一程管和第二程管可以均為一根管，通過所述的回彎管連接件與其第二程管連接；所述的2-1型爐管的第一程管可以為兩根管，第二程管為一根管；所述的2/1-1型爐管的第一程管分可以為上下兩段，上段為兩根管，下段為一根管，上、下段之間通過一個三通連接件連接，第二程管為一根管；所述的3-1型爐管的第一程管可以為三根管，第二程管為一根管；所述的3/1-1型爐管的第一程管可以分為上下兩段，上段為三根管，下段為一根管，上、下段之間通過一個四通連接件連接，第二程管為一根管。

在本發明的一種優選實施方式中，前面所述的輻射爐管可以設置強化傳熱構件，包括任何類型，例如可以是扭曲片爐管傳熱構件。

根據本發明，前面所述的輻射爐管的管徑可以是分段變徑或連續變徑。

本發明的乙烯裂解爐的有益效果：

1、本發明的輻射爐管為雙排排佈，輻射爐管的第一程管與第二程管採用回彎管連接件連接是對稱的，爐管受力均勻，其結構柔性大，具有較好的機械性能；

2、相比現有技術中輻射段爐管雙排排佈方式，由於採用入口爐管與出口爐管相鄰排列，可以進一步減小爐管間距，縮短裂解爐輻射段的長度，節約占地面積。在同樣長度的爐膛空間內，本發明的裂解爐可以放置更多組爐管，從而提供更大的生產能力。

3、倒Ω連接件的突出效果是當爐管排佈不能保證每層連接管之間有足夠空間時，通過倒Ω連接件來保證每層連接管之間有足夠空間，同時它也可以更好地吸收第一與第二程管之間的膨脹差。

4、採用了強化傳熱構件，消除了輻射爐管的受熱不均勻問題，可以有效減少爐管的彎曲，可提高裂解爐的線上率、減少操作費用和延長爐管使用壽命，最終實現提高經濟效益的目的。

如附圖所示：圖2是本發明的一組2-1型爐管排佈示意的俯視圖。由8個輻射爐管組成一組，其中第一程管1排佈在一起，第二程管2排佈在一起；第一程管1佈置在平面A、平面B的左側，第二程管2所在佈置在平面A、平面B的右側。平面A、平面B以平面C對稱。

圖3的爐管排佈是由8個輻射爐管組成一組，其中第一程管1排佈在平面A、平面B的左側，第二程管2排佈在平面B、平面A的右側。第一程管與第二程管之間的連接管分上下兩層佈置，每層連接管俯視投影為一組平行線，兩層連接管俯視投影為一組交叉線。第一程管與第二程管之間的連接管的正視及側視投影為“U”型。

圖4的爐管排佈是由8個輻射爐管組成一組，其中第一程管1排佈在平面A、平面B的左側，第二程管2排佈在平面B、平面A的右側。第一程管與第二程管之間的連接管分上下兩層佈置，每層連接管俯視投影為一組平行“Z”型線，兩層連接管俯視投影為一組交叉“Z”型線。第一程管與第二程管之間的連接管的正視投影為“U”型，端視投影為倒Ω型。

圖5的兩組爐管排佈中，每8個輻射爐管組成一組，其中兩組第二程管2排佈在一起。

圖6的兩組爐管排佈中，每8個輻射爐管組成一組，其中一組輻射爐管的第二程管和另一組輻射爐管的第一程管相鄰。第一程管與第二程管之間的連接管分上下兩層佈置，每層連接管俯視投影為一組平行線，兩層連接管俯視投影為一組交叉線。

圖7A、7B是兩組1-1型爐管排佈示意的俯視圖，由8個輻射爐管組成一組，其中一組輻射爐管的第二程管和另一組輻射爐管的第一程管相鄰。第一程管與第二程管之間的連接管分上下兩層佈置，每層連接管俯視投影為一組平行“Z”型線，兩層連接管俯視投影為一組交叉“Z”型線。

圖8是一組1-1型爐管排佈示意的正視圖、俯視圖、側視圖。由8個輻射爐管組成一組，其中兩個平行平面A和B的任一平面內每個輻射爐管的第二程管和其他輻射爐管的第一程管相鄰。第一程管與第二程管之間的連接管分上下兩層佈置，每層連接管俯視投影為一組平行線，兩層連接管俯視投影為一組交叉線。第一程管與第二程管之間的連接管的正視及端視投影為“U”型。

圖9的爐管排佈是由16個輻射爐管組成，其中兩個平行平面A和B的任一平面內每個輻射爐管的第二程管和其他輻射爐管的第一程管相鄰。每組爐管中第一程管與第二程管之間的連接管分上下兩層佈置，每層連接管俯視投影為一組平行線，兩層連接管俯視投影為一組交叉線。第一程管與第二程管之間的連接管的正視及端視投影為“U”型。

圖10的爐管排佈是由8個輻射爐管組成一組，其中兩個平行平面A和B的任一平面內每個輻射爐管的第二程管和其他輻射爐管的第一程管相鄰。第一程管與第二程管之間的連接管分上下兩層佈置，每層連接管俯視投影為一組平行“Z”型線，兩層連接管俯視投影為一組交叉“Z”型線。第一程管與第二程管之間的連接管的正視投影為“U”型，端視投影為倒Ω型。

圖11A、11B的爐管排佈是由8個輻射爐管組成一組，其中兩個平行平面A和B的任一平面內每個輻射爐管的第二程管和其他輻射爐管的第一程管相鄰。第一程管與第二程管之間的連接管分上下兩層佈置，每層連接管俯視投影為一組平行“Z”型線，兩層連接管俯視投影為一組交叉“Z”型線。

圖12的爐管排佈是現有技術的一種排佈，由8個輻射爐管組成，其中兩個平行平面A和B的同一端佈置第一程管、在另一端佈置輻射爐管的第二程管。第一程管與第二程管之間的連接管分上下兩層佈置，每層連接管俯視投影為一組平行線，兩層連接管俯視投影為一組交叉線。第一程管與第二程管之間的連接管的正視投影和端視投影均由兩個90度彎頭和一根水平管構成的U型。

下面結合附圖8給出一個實施例。以下描述僅表示本發明的具體實施方式，只是為了進一步對本發明進行說明，而並不對本發明進行限制。

本發明的裂解爐包括高壓汽鼓3、對流段4、輻射段5、垂直佈置在輻射段的多組輻射爐管7、燃燒器8、急冷鍋爐6；輻射段爐膛內部高度13700mm、寬度3550mm、長度18930mm。由第一程管1及第二程管2組成每一個1-1型排列的雙排兩程立式輻射爐管，每排均佈置第一及第二程管且交錯排列，在第一程管和第二程管之間採用半圓型彎管連接件連接；裂解物料由第一程管引入，由第二程管引出。第一程管下部與所述的回彎管連接件的一端固定連接；輻射爐管的第二程管包括：一根出口管，與所述的回彎管連接件的另一端固定連接。平面A和B平行，間距400mm。回彎管連接件互相平行。第一程管1和第二程管2的長度都為13800mm。以8個爐管為一組，輻射段佈置12組爐管。每個爐管出口連接一個線性急冷鍋爐。爐管回彎管連接件分兩層，每層各個連接管互相平行排佈，兩層連接管交叉排佈。爐管通過頂部的恒力彈簧吊架懸掛。第一程爐管的內徑是45mm~60mm，第二程爐管的內徑是65mm~75mm。輻射爐管管徑是介於上述範圍的某一值。

輻射段供熱由底部燃燒器和側壁燃燒器共同提供，其中底部供熱70%。

急冷鍋爐採用線性急冷鍋爐，每一個1-1爐管與一個線性急冷鍋爐直接相連。

如果對現有裂解爐進行改造，則供熱比率(底部供熱)、急冷鍋冷形式根據具體情況可以保留原設計型式。

1．．．第一程管

2．．．第二程管

3．．．高壓汽鼓

4．．．對流段

5．．．輻射段

6．．．急冷鍋爐

7．．．輻射爐管

8．．．燃燒器

圖1是本發明的乙烯裂解爐的示意圖。

圖2是本發明的一組2-1型爐管排佈示意的俯視圖。

圖3是本發明的一組1-1型爐管排佈示意的正視圖、俯視圖、側視圖。

圖4是本發明的一組1-1型爐管排佈示意的正視圖、俯視圖、側視圖

圖5是本發明的兩組1-1型爐管排佈示意的正視圖、側視圖。

圖6是本發明的兩組1-1型爐管排佈示意的俯視圖。

圖7A、7B是本發明的兩組1-1型爐管排佈示意的俯視圖。

圖8是本發明的一組1-1型爐管排佈示意的正視圖、俯視圖、側視圖。

圖9是本發明的兩組1-1型爐管排佈示意的正視圖、俯視圖、側視圖。

圖10是本發明的一組1-1型爐管排佈示意的正視圖、俯視圖、側視圖。

圖11A、11B是本發明的兩組1-1型爐管排佈示意的俯視圖。

圖12是一組現有技術的1-1型爐管排佈示意的正視圖、俯視圖、側視圖。

1．．．第一程管

2．．．第二程管

3．．．高壓汽鼓

Claims (8)

1. 一種乙烯裂解爐，該裂解爐包括輻射區、燃燒器、排佈在輻射區內的輻射爐管、對流區、急冷鍋爐和高壓汽鼓；其特徵在於：多組輻射爐管排佈在輻射區內，其中每一組輻射爐管由多個輻射爐管組成；所述的每一個輻射爐管為兩程立式爐管，其第一程管為入口管、第二程管為出口管；所述的第一程管和第二程管之間採用回彎管連接件連接；每一組輻射爐管的第一程管的中心線和第二程管的中心線佈置在平面A和平面B兩個平面中，每一個輻射爐管的第一程管和第二程管分別處於所述的平面A和B內；該組輻射爐管中的每一個輻射爐管的回彎管連接件的對稱中心線均處於一個鉛垂平面內，該平面稱為平面C，所述的平面A和平面B與平面C平行，平面A和平面B分別對稱分佈於平面C兩側；所述的每一個回彎管連接件為一立體結構件，以平面C為對稱面，其側視投影為一對稱的曲線，其俯視投影為長度相同的直線段；所述的同一組輻射爐管中各個輻射爐管的回彎管連接件分上下兩層交叉排佈，每層回彎管相互平行地排佈；並且所述的回彎管連接件為弧形、半圓形、半橢圓形、抛物線形或倒Ω連接件，其中倒Ω為所述的弧形、半圓形、半橢圓形、抛物線形連接件與S型彎管組合而成。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的乙烯裂解爐，其特徵在於：一組輻射爐管的第一程管分別佈置在平面A和B的同一端，第二程管則分別佈置在平面B和A的另一端。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的乙烯裂解爐，其特徵在於：在同一個平面A或B內的一個輻射爐管的第一程與另一個輻射爐管的第二程管相鄰佈置。
4. 根據申請專利範圍第3項所述的乙烯裂解爐，其特徵在於：平面A上端和平面B上端向平面C等幅傾斜、傾斜角不超過45度。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的乙烯裂解爐，其特徵在於：第一程管與第二程管之間的連接件分上下兩層佈置，每層連接件俯視投影為一組平行線，兩層連接件俯視投影為一組交叉線。
6. 根據申請專利範圍第1至5項之任一項所述的乙烯裂解爐，其特徵在於：所述的輻射爐管為1-1型、2-1型，2/1-1型，3-1型或3/1-1型爐管，其中，所述的1-1型爐管的第一程管和第二程管均為一根管，通過所述的回彎管連接件與其第二程管連接；所述的2-1型爐管的第一程管為兩根管，第二程管為一根管；所述的2/1-1型爐管的第一程管分為上下兩段，上段為兩根管，下段為一根管，上、下段之間通過一個三通連接件連接，第二程管為一根管； 所述的3-1型爐管的第一程管為三根管，第二程管為一根管；所述的3/1-1型爐管的第一程管分為上下兩段，上段為三根管，下段為一根管，上、下段之間通過一個四通連接件連接，第二程管為一根管。
7. 根據申請專利範圍第6項所述的乙烯裂解爐，其特徵在於：所述的輻射爐管設置強化傳熱構件。
8. 根據申請專利範圍第6項所述的乙烯裂解爐，其特徵在於：所述的輻射爐管的管徑是分段變徑或連續變徑。