一种采用分支变径炉管的乙烯裂解炉

摘要

本发明公开了一种采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其中辐射炉管为两程分支的辐射炉管；第一程炉管在第二程炉管入口端采用倒Y型管或掌型管合并为一根管，第一程炉管与第二程炉管之间通过对称弯管与S型弯管形成的弯管组合件连接。通过这种设置，可以有效吸收第一程炉管之间及其与第二程炉管之间的热膨胀差所产生的应力，以避免辐射炉管的弯曲，最终实现提高裂解炉的工艺技术指标、在线率，改善辐射炉管的机械性能、减少操作费用和延长炉管使用寿命。

权利要求

1.一种采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，包括：a)至少一个辐射区；排布在辐射区内的底部燃烧器和/或侧壁燃烧器；辐射区内垂直排布的多组两程辐射炉管；

b)对流区；水平配置在对流区的多组对流炉管；

c)辐射区和对流区之间的烟道区；

d)急冷锅炉、高压汽包和引风机；

其特征在于：

所述的辐射炉管为两程分支的辐射炉管；

第一程炉管在第二程炉管下端采用倒Y型管或掌型管合并为一根管；

所述第一程炉管与第二程炉管之间通过对称弯管与S型弯管形成的弯管组合件连接；

所述对称弯管是一结构为在同一平面内对称的弯管；

所述第一程炉管出口端与所述弯管组合件的对称弯管连接，所述倒Y型管或掌型管的入口端与所述弯管组合件的S型弯管连接，倒Y型管或掌型管的出口端连接第二程炉管的入口端；

所述的倒Y型管具有两个入口和一个出口；

所述的掌型管具有两个以上的入口和一个出口。

2.如权利要求1所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：所述辐射炉管第一程炉管和第二程炉管排布于同一平面。

3.如权利要求1所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：所述辐射炉管第一程炉管排布在两个平面内，且以第二程炉管所在平面为对称面。

4.如权利要求2所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：所述第一程炉管布置在第二程炉管的同一侧。

5.如权利要求3所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：所述第一程炉管布置在第二程炉管的同一侧。

6.如权利要求1所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：所述第一程炉管的数量为2～8之间的自然数。

7.如权利要求6所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：所述第一程炉管的数量为2或4。

8.如权利要求1所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：所述弯管组合件分处于所述第一程炉管和第二程炉管所处平面的两侧。

9.如权利要求8所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：所述S型弯管的俯视投影是以第二程炉管平面为对称。

10.如权利要求1所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：连接同一个第二程炉管的每个弯管组合件管长相同，重量相等。

11.如权利要求1～10之一所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：所述裂解炉设置一组或多组辐射炉管，每程辐射炉管的管径为分段变径或连续变径。

12.如权利要求11所述的采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，其特征在于：所述的辐射炉管设置强化传热构件。

说明书

一种采用分支变径炉管的乙烯裂解炉

技术领域

[0001] 本发明涉及化工设备领域，进一步地说，是涉及一种采用分支变径炉管的乙烯裂解炉。

背景技术

[0002] 石油化工乙烯装置中所采用的乙烯裂解技术主要为美国LUMMUS公司、Stone&Webster公司、Kellog & Braun Root公司，欧洲的德国Linde公司、Technip(KTI)公司以及国内所开发的CBL裂解炉。它们的技术如下：

[0003] 美国LUMMUS公司：采用4-1、5-1、6-1等两程炉管，配一级急冷(废热)锅炉；

[0004] 美国Stone&Webster公司：采用U型炉管，通常配线性急冷(废热)锅炉，全部底部供热；

[0005] 美国Kellog & Braun Root公司：采用U型或单程炉管，通常配线性急冷(废热)锅炉、全部底部供热；

[0006] 德国Linde公司：采用2-1两程炉管，配一级急冷(废热)锅炉或线性急冷(废热)锅炉；

[0007] Technip(荷兰KTI)公司：采用2-1两程炉管，通常配一级急冷(废热)锅炉，采用1-1(U)型炉管，通常配一台线性急冷(废热)锅炉；

[0008] 国内开发的CBL裂解技术，采用2-1型和改进2-1型等两程炉管，对于2-1型可以配一级急冷(废热)锅炉，或与线性锅炉、二级急冷锅炉相匹配。

[0009] 为使原料消耗大大降低、维持适当的运转周期和具有较好的原料适应性，目前大多数现有技术均采用两程分枝变径或两程不分支变径高选择性炉管。第一程采用小直径炉管，利用它比表面积大的特点达到快速升温的目的，第二程采用较大直径的炉管以降低对结焦敏感性的影响。所采用的两程高选择性辐射段炉管有1-1型(U型)、2-1型、4-1型、6-1型等炉管。

[0010] 急冷锅炉有传统式(斯密特、包西格)、浴缸式一级急冷锅炉、二级急冷和线性急冷锅炉，线性急冷锅炉具有运转周期长不需水力清焦的优点。能与线性急冷[0011] 1-1型(U型)炉管具有比表面积大、能与线性急冷锅炉匹配、具有较好的机械性能，但运转周期比其他两程炉管稍差。

[0012] 2-1型炉管具有比表面积大、能与线性急冷锅炉匹配，但与1-1型(U型)炉管相比由于第一程管需要通过一个Y型件由两根管合并为一根管，两根管在制造和操作中会出现偏差，合并后的炉管管径较大，大直径弯管的柔性比小弯管要差。EP1146105公开了这样的炉管结构排布的裂解炉：两程辐射段炉管垂直排列在辐射段炉膛里，一程管和二程管的直管排列在一个平面里，且一程管布置在一起，二程管布置在一起。一程直管经一Y型管合并后和二程管分别通过S形管与一个弯管连接。

[0013] 4-1、6-1等构型的两程炉管，通常四小组炉管配一台急冷(废热)锅炉；炉管采用错排排列，即第一程管单排、第二程管双排，且第一、第二程炉管采用刚性连接的集合管。美国鲁姆斯克雷斯特公司在专利CN1067669中公布了其炉管排布，其入第一程管为6根，第二程管为一根，第一程管在下部通过一集合管与第二程管连接。此种结构，由于下部集合管为刚性连接，第二程管与第一程管之间的膨胀差只能靠设置在第一程管入口的平衡系统来调节，第一程管之间及第一程与第二程管之间的膨胀差比较难消除，最后会造成炉管弯曲。

[0014] 2-1型、4-1型等炉管为分支管，第一程管需要合并后与第二程管连接，第一程管与第二程管之间的连接件设计是否合理，直接对裂解炉管的机械性能产生影响，也就是说能否减缓或避免炉管的弯曲。

发明内容

[0015] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种采用分支变径炉管的乙烯裂解炉。可以改善辐射炉管的受热状况、提高辐射炉管的机械性能，实现提高裂解炉的工艺技术指标、在线率，减少操作费用和延长炉管使用寿命，最终实现提高经济效益。

[0016] 本发明的目的是提供一种采用分支变径炉管的乙烯裂解炉。

[0017] 包括：

[0018] a)至少一个辐射区；排布在辐射区内的底部燃烧器和/或侧壁燃烧器；辐射区内垂直排布的多组两程辐射炉管；

[0019] b)对流区；水平配置在对流区的多组对流炉管；

[0020] c)辐射区和对流区之间的烟道区；

[0021] d)急冷锅炉、高压汽包和引风机；

[0022] 所述的辐射炉管为两程分支的辐射炉管；

[0023] 第一程炉管在第二程炉管下端采用倒Y型管或掌型管合并为一根管；

[0024] 所述第一程炉管与第二程炉管之间通过对称弯管与S型弯管形成的弯管组合件连接；

[0025] 所述对称弯管是一结构为在同一平面内对称的弯管；

[0026] 所述第一程炉管出口端与所述弯管组合件的对称弯管连接，所述倒Y型管或掌型管的入口端与所述弯管组合件的S型弯管连接，倒Y型管或掌型管的出口端连接第二程炉管的入口端。所述的倒Y型管具有两个入口和一个出口，所述的掌型管具有两个以上的入口和一个出口。在本发明中所提及的弯管组合件与第一程炉管或倒Y型管或掌型管的“相连”包括直接连接的情况以及通过一过渡管来形成连接的情况，这可根据具体情况的需要加以选择，而过渡管可以是弯管或直管。

[0027] 所述辐射炉管第一程炉管和第二程炉管垂直排布于同一平面，也可以布置在以第二程炉管所在平面为对称的两个平行或镜对称平面内；同一小组炉管的第一程炉管布置在第二程炉管的同一侧，一大组炉管的二程炉管集中布置时，一程炉管可以分为两个相等的部分分别布置在第二程炉管的两侧。

[0028] 每个炉管的第一程炉管优选设置有偶数的炉管如N＝2～8个入口管，再优选N＝2或4根入口管；当N＝4时，每两个上游程炉管可以先通过一个Y形管合并，再与弯管组合件连接，然后两个弯管组合件再与倒Y型管两个入口端相连，然后再与第二程管入口段相连，也可以不通过Y型管合并，而是通过四个弯管组合件与掌型管的四个入口端相连，然后再与第二程炉管入口段相连；

[0029] 所述对称弯管为在一平面内的沿中心线对称的弯管，其具体形状可以是半圆管、半椭圆管或其他对称的弧形或曲线，其直径或长度是根据具体炉管构型或排列来确定或进行调整的；

[0030] 所述弯管连接件分处于所述第一程炉管和第二程炉管所处平面的两侧，同一侧对称弯管的俯视投影是平行的，优选S型弯管的俯视投影是以第二程炉管平面为对称，对称弯管与炉管平面所成的夹角以及S型弯管与炉管平面所成的夹角不是一个确定数，是根据炉管构型及具体排布来确定的；

[0031] 所述的连接每个炉管的一程炉管与二程炉管之间的每个弯管组合件优选管长相同，重量相等；

[0032] 辐射炉管的管径是根据工艺要求来确定的。

[0033] 所述的辐射段炉管可以设置强化传热构件，如CN1260469所公开的扭曲管，以便增加吸收辐射热。

[0034] 一台裂解炉可以布置一组或多组相同的辐射炉管，每组中可根据需要设置一定数量的炉管，如4或8个(小组)炉管等，每程辐射炉管管径是可以分段变径或连续变径。

[0035] 在具体实施中，可采用以下方案：

[0036] 一个(小组)辐射炉管的第一程炉管集中布置在第二程炉管的一侧，第一程管数量优选为2和4根。所述的辐射炉管第一程炉管有偶数根变径或不变径的炉管。每一个辐射炉管两侧的S型弯管对称布置在炉管所在平面的两侧，并布置在炉管所在平面的两侧靠近第二程炉管。由于第一程炉管最终在第二程炉管下部合并，并采用弯管组合件来吸收第一程炉管之间及与第二程炉管之间的膨胀差，因此有效地克服了2-1、4-1型等分支炉管存在的由于第一程炉管之间膨胀不等以及两程炉管之间的膨胀差而引起的机械性能上的缺点。同时由于连接一、二程炉管的两个弯管组合件重量相同，S型弯管对称布置，因此二程炉管受力是平衡的，此外，由于弯管组合件的管径为一程管管径(2-1、4-1)或介于第一、第二程炉管之间(4-1)比现有技术采用第二程炉管径时要小，有利于提高弯管的柔性避免炉管的弯曲。

[0037] 为了克服现有2-1和4-1等分支变径型炉管的缺点，并保留已有的优点，本发明将2-1型炉管的第一程2根管子的长度延长，在第二程炉管下部合并，也即克服了现有2-1型炉管的机械性能上的不足，工艺性能保留了2-1的优点。同时，本发明将4-1型炉管的第一程2根管在下部先合并，然后在第二程炉管下部合并，也即克服了现有4-1型炉管的机械性能上的不足。

[0038] 具体地，与现有技术相比，本发明的有益效果是：(1)由于第一程炉管最终在第二程炉管下部合并，并采用管长相同、重量相等的弯管组合件来吸收与二程管之间的膨胀差，且S型弯管对称布置在第二程炉管下部，因此既有效地克服了2-1、4-1型等分支炉管存在的由于第一程炉管间因热膨胀不等而引起的机械性能上的缺点，且炉管受力更加平衡和弯管组合件管径较小更有利于吸收一程管与二程管间的热膨胀差，避免了炉管发生弯曲，最终延长了辐射炉管使用寿命；(2)由于第一程炉管的管径小，其比表面积大，当第一程炉管长度加长，因此整个炉管比表面积增加，这在裂解深度相同时有利于延长裂解炉运行周期，而在运行周期相同时，有利于提高烯烃收率。

附图说明

[0039] 图1为现有技术裂解炉示意图

[0040] 图2-1为现有技术1-1型炉管主视图

[0041] 图2-2为现有技术1-1型炉管侧视图

[0042] 图2-3为现有技术1-1型炉管俯视图

[0043] 图3-1为本发明的2-1型炉管主视图

[0044] 图3-2为本发明的2-1型炉管侧视图

[0045] 图3-3为本发明的2-1型炉管俯视图

[0046] 图4为本发明的4-1型炉管布置图

[0047] 附图标记说明：

[0048] ①为辐射段，②为过渡段，③为对流段，④为辐射炉管，⑤为底部燃烧器，⑥为侧壁燃烧器，⑦为急冷锅炉，⑧高压汽包，⑨为引风机。

[0049] 1-第一程炉管；2-第二程炉管；3-倒Y型管；4-S型弯管；5-对称弯管；

具体实施方式

[0050] 下面结合实施例，进一步说明本发明。

[0051] 实施例1

[0052] 如图所示，一种采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，包括：

[0053] a)至少一个辐射区；排布在辐射区内的底部燃烧器和/或侧壁燃烧器；辐射区内垂直排布的多组两程辐射炉管；

[0054] b)对流区；水平配置在对流区的多组对流炉管；

[0055] c)辐射区和对流区之间的烟道区；

[0056] d)急冷锅炉、高压汽包和引风机；

[0057] 其中辐射炉管为两程2-1型分支变径炉管，第一程炉管和第二程炉管排布于同一平面，其中第二程炉管集中布置，而第一程炉管布置在第二程炉管的两侧，但同一小组2-1的两根一程管布置在同一侧，第二程炉管数量为8根，第一程炉管总数量为16根，在第二程炉管两侧各布置8根第一程炉管；

[0058] 每个2-1型炉管的第一程炉管在第二程炉管下端采用倒Y型管合并为一根管；所述对称弯管是一结构为在同一平面内左右对称的弯管；

[0059] 第一程炉管与第二程炉管之间通过对称弯管与S型弯管形成的弯管组合件连接；所述第一程炉管先与所述弯管组合件连接，然后与所述倒Y型管的入口端连接，倒Y型管的另一端(出口端)连接第二程炉管的入口端，对称弯管和S型弯管布置于辐射炉管平面的两侧。

[0060] 每个辐射炉管第一、第二程炉管间的两个弯管组合连接件的管长相同，对称弯管与炉管平面成不同夹角。每个第二程管下部两侧各有一S型弯管向炉管平面外弯出且以炉管平面对称。

[0061] 实施例2：

[0062] 如图所示，一种采用分支变径炉管的乙烯裂解炉，包括：

[0063] a)至少一个辐射区；排布在辐射区内的底部燃烧器和/或侧壁燃烧器；辐射区内垂直排布的多组两程辐射炉管；

[0064] b)对流区；水平配置在对流区的多组对流炉管；

[0065] c)辐射区和对流区之间的烟道区；

[0066] d)急冷锅炉、高压汽包和引风机；

[0067] 其中辐射炉管采用两程4-1型分支变径炉管，第一程炉管与第二程炉管在同一个平面内，其中第二程炉管集中布置，而第一程炉管布置在第二程炉管的两侧，但同一小组4-1的4根一程管布置在同一侧，第二程炉管数量为4根，第一程炉管总数量为16根，在第二程炉管两侧各布置8根。

[0068] 每两根第一程炉管在下部先通过一Y型管合并，然后在第二程炉管下端采用倒Y型管合并为一根管；

[0069] 第一程炉管与第二程炉管之间通过对称弯管与S型弯管形成的弯管组合件连接；所述对称弯管是一结构为在同一平面内左右对称的弯管；

[0070] 所述第一程炉管通过下部的Y型管出口端先与所述弯管组合件连接，然后与所述倒Y型管的入口端连接，倒Y型管的另一端(出口端)连接第二程炉管的入口端。

[0071] 其中所述S型弯管设置在第二程炉管下部，对称弯管为两根第一程炉管合并后的弯管，对称弯管的一端连接S型弯管的下端，其另一端则连接到一程管的下端(出口端)，对称弯管和S型弯管布置于辐射炉管平面的两侧。

[0072] 每个辐射炉管第一、第二程炉管间的两个弯管组合连接件的管长相同，对称弯管与炉管平面相交成不同夹角。每个第二程管两侧各有一S型弯管向炉管平面外弯出且以炉管平面对称。