專利名稱：一種兩程輻射爐管的裂解爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩程輻射爐管的乙烯裂解爐。
背景技術(shù)：
在乙烯裝置中，裂解爐是核心設(shè)備。輻射爐管的設(shè)計(jì)是決定裂解選擇性，提高裂解產(chǎn)品烯烴收率和提高對(duì)不同裂解原料適應(yīng)性的關(guān)鍵。改進(jìn)輻射盤管的結(jié)構(gòu)和排布，成為管式裂解爐技術(shù)發(fā)展中最核心的部分。20多年來(lái)，相繼出現(xiàn)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(jié)構(gòu)的輻射爐管。
爐管的排列方式從最初的單排發(fā)展到雙排，對(duì)單排而言，相同的能力需要更大的占地面積，其優(yōu)勢(shì)是爐管周向溫度分布均勻，存在遮蔽的情況較少；對(duì)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(yán)重，影響了爐管周向溫度分布。
采用4-1、5-1、6-1等兩程爐管，通常四小組爐管配一臺(tái)急冷(廢熱)鍋爐；采用1-1(U)型爐管，通常一小組或兩小組爐管配一臺(tái)線性急冷(廢熱)鍋爐，全部底部供熱；采用2-1兩程爐管，通常八小組爐管配一臺(tái)急冷(廢熱)鍋爐；EP1146105公開了這樣的爐管結(jié)構(gòu)排布的裂解爐兩程輻射段爐管垂直排列在輻射段爐膛里，一程管和二程管的直管排列在一個(gè)平面里，一程直管和二程管分別通過(guò)S形管與一個(gè)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。
為使原料消耗大大降低、維持適當(dāng)?shù)倪\(yùn)轉(zhuǎn)周期和具有較好的原料適應(yīng)性，目前大多數(shù)公司均采用兩程(18～28m)分支變徑或兩程變徑高選擇性爐管，將停留時(shí)間控制在0.15～0.25s。第一程采用小直徑爐管，利用它比表面積大的特點(diǎn)達(dá)到快速升溫的目的，第二程采用較大直徑的爐管以降低對(duì)結(jié)焦敏感性的影響。所采用的兩程高選擇性輻射段爐管有1-1型(U型)、2-1型、4-1型、5-1型、6-1型、8-1型等爐管。1-1型(U型)兩程爐管具有較大的比表面積，具有較好的機(jī)械性能，但運(yùn)行周期比其他兩程爐管要短。2-1型兩程爐管具有較大的比表面積，但與1-1型爐管相比輻射段爐膛長(zhǎng)度要長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型排布的乙烯裂解爐。
本發(fā)明的兩程輻射爐管的乙烯裂解爐，包括高壓汽包1、對(duì)流段2、輻射段3、垂直布置在輻射段的多組輻射爐管4、燃燒器5、急冷鍋爐6；由第一程管及第二程管組成每一個(gè)兩程立式輻射爐管，在第一程管和第二程管之間采用回彎管連接件連接；裂解物料由第一程管引入，由第二程管引出；其中所述的輻射爐管的第一程管包括兩根入口管7、三通構(gòu)件8、一根長(zhǎng)度為L(zhǎng)的直管9、一根彎管10，其中L＞0；其上部是兩根入口管，通過(guò)一個(gè)三通構(gòu)件合并后，與一根直管固定連接，再通過(guò)一根彎管與所述的回彎管連接件11的一端固定連接；所述的輻射爐管的第二程管包括一根出口管13，其下端通過(guò)一根彎管12，與所述的回彎管連接件的另一端固定連接；其中所述的彎管與回彎管連接件可以成為一個(gè)整體；所述的回彎管連接件為一立體結(jié)構(gòu)件，以所述的輻射爐管所在的平面E為對(duì)稱面，其側(cè)視投影為一對(duì)稱的連續(xù)曲線；所述的第一程管的彎管10和第二程管的彎管12分別在兩個(gè)平面F和G內(nèi)彎曲；優(yōu)選所述的第一程管的彎管和第二程管的彎管的側(cè)視投影，以平面E為對(duì)稱面對(duì)稱；
一組輻射爐管的所有的第一程管的中心對(duì)稱線與第二程管的中心線在平面E內(nèi)；其中所述的平面E為第一程管的中心對(duì)稱線與第二程管的中心線構(gòu)成的平面；所述的平面F、平面G是與平面E成不為零的夾角的鉛垂平面。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案中，每一組輻射爐管的第一程管的各根彎管10的俯視投影互不平行，且各根彎管10所處的平面F與平面E成不為零的夾角，優(yōu)選角度范圍為30-90度；第二程管的各根彎管12的俯視投影互不平行，且各根彎管12所處的平面G與平面E垂直。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案中，所述的第二程管的彎管12的俯視投影相互平行，且各根彎管12所處的平面G與平面E垂直；所述的第一程管的彎管10的俯視投影互不平行，且各根彎管10所處的平面F與與平面E的夾角互不相同，優(yōu)選角度范圍為30-90度。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選技術(shù)方案中，所述的一組輻射爐管的一個(gè)爐管的第一程管的彎管10的俯視投影與同一個(gè)爐管或另一個(gè)爐管的第二程管的彎管12俯視投影相互平行。
所述的輻射爐管的第一程管的兩根入口管的長(zhǎng)度至少為第一程管總長(zhǎng)度的10％，最大為90％；優(yōu)選10％-80％，更優(yōu)選20-60％；其中所述的第一程管總長(zhǎng)度為從入口管進(jìn)入輻射段起，至回彎管連接件之間的垂直距離。即將傳統(tǒng)2-1型爐管的第一程管的2根入口管的長(zhǎng)度適當(dāng)縮短，將傳統(tǒng)2-1型爐管第一程管子的上部2根入口管上移，將這種構(gòu)型的爐管稱之為2/1-1型。2/1-1型爐管結(jié)合了2-1型爐管和1-1型爐管的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)2-1型爐管和1-1型爐管的缺點(diǎn)。
優(yōu)選所述的第一程管包括兩根平行的入口管，其組成的平面與平面E重合或相交成一個(gè)不為零的角度。即兩根入口管可以在與平面E平面內(nèi)以對(duì)稱中心線為中心旋轉(zhuǎn)一定的角度。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，所述的各個(gè)輻射爐管的回彎管連接件平行排布，且俯視投影為一直線段、長(zhǎng)度相同；所述的回彎管連接件為弧形、半圓形、半橢圓形或拋物線形連接件，但不僅限于所列形狀。
在本發(fā)明所述的裂解爐的輻射室中，可以垂直布置多組輻射爐管，一組輻射爐管由一定數(shù)量的所述爐管組成。
優(yōu)選所述的一組輻射爐管包括2-12個(gè)所述的輻射爐管，且每組輻射爐管的所有第一程管和所有第二程管分別集中排布在一起。
在具體實(shí)施中，可以將兩組輻射爐管的第二程管相鄰布置，構(gòu)成一個(gè)模塊；再排布多個(gè)所述的模塊。在同一模塊內(nèi)，兩組輻射爐管的回彎管連接件可以平行或成一定夾角布置。
也可以將一組爐管的第一程管與另一組爐管的第二程管相鄰布置。
不同組輻射爐管所在的平面E為同一平面。
在本發(fā)明所述的輻射爐管的回彎管連接件的底部可以根據(jù)具體實(shí)施情況選擇是否設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)；所述的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)可以是導(dǎo)向管和導(dǎo)向孔；也可以是導(dǎo)向管與導(dǎo)向槽相結(jié)合。設(shè)置與爐底垂直的導(dǎo)向管可以防止?fàn)t管偏離中心位置。
在本發(fā)明所述的輻射爐管，第一、第二程爐管管徑是可以變徑的。
本發(fā)明的裂解爐的燃燒器，根據(jù)需要可以設(shè)置全底部燃燒器、或底部與側(cè)壁聯(lián)合。
本發(fā)明的急冷鍋爐布置視實(shí)際需要可以布置在輻射段頂部或與對(duì)流段相反的側(cè)面。
急冷鍋爐有傳統(tǒng)式(斯密特、包西格)、浴缸式一級(jí)急冷鍋爐、雙套管式(二級(jí)急冷、線性急冷鍋爐)；在本發(fā)明的裂解爐的具體實(shí)施中，由于線性急冷鍋爐具有運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)不需水力清焦的優(yōu)點(diǎn)；因此本發(fā)明的裂解爐的實(shí)施中，優(yōu)選將輻射段爐管，與線性急冷鍋爐相匹配。如配一級(jí)急冷鍋爐時(shí)，則第二程管需合并。
爐管直徑及間距的選擇根據(jù)實(shí)施情況進(jìn)行優(yōu)化。一般情況下，第一程管的內(nèi)徑可在35mm至60mm內(nèi)選擇；第二程爐管的內(nèi)徑可在50mm至85mm內(nèi)選擇。
在具體實(shí)施時(shí)，采用多少組爐管，與裂解爐能力有關(guān)，可根據(jù)原料情況、裂解爐產(chǎn)量、運(yùn)行周期等設(shè)計(jì)要求來(lái)確定。
在本發(fā)明的裂解爐中，所述的輻射段爐管可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置強(qiáng)化傳熱構(gòu)件。如CN1260469所公開的扭曲管。
本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是1、本發(fā)明的裂解爐中，在同樣長(zhǎng)度的爐膛空間內(nèi)，本發(fā)明可以放置更多組爐管，從而提供更大的生產(chǎn)能力。
2、本發(fā)明的裂解爐采用的爐管克服了1-1型爐管運(yùn)轉(zhuǎn)周期短和2-1型爐管機(jī)械性能差的缺點(diǎn)；因而此種爐管構(gòu)型還具有運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)、機(jī)械性能好的優(yōu)點(diǎn)。
3、本發(fā)明的裂解爐采用的輻射段爐管機(jī)械性能改善，延長(zhǎng)爐管使用壽命2～3年。


圖1為本發(fā)明的2/1-1型爐管的裂解爐示意圖。
圖2、圖3、圖4為本發(fā)明的一組2/1-1輻射爐管的示意正視圖、側(cè)視圖、俯視圖；輻射爐管的第一程管A的兩根入口管在與平面E成一定角度的鉛垂平面內(nèi)；且輻射爐管的第二程管B的彎管在與平面E成一定角度的平面G內(nèi)彎曲。
圖5、圖6、圖7為本發(fā)明的一組2/1-1輻射爐管的示意正視圖、側(cè)視圖、俯視圖；輻射爐管的第一程管的兩根入口管在與平面E成一定角度的鉛垂平面內(nèi)；輻射爐管的第一程管的彎管在與平面E成一定角度的平面F內(nèi)彎曲。
圖8為本發(fā)明的兩組2/1-1型輻射爐管組合排布的布置示意圖的俯視圖；第一程管A的兩根入口管所在平面與平面E成不為零的角度，輻射爐管的第二程管B的彎管在與平面E成一定角度的平面G內(nèi)彎曲；一組輻射爐管的第一程管A與另一組輻射爐管的第二程管B相鄰布置，且兩組輻射爐管的回彎管連接件平行。
圖9為本發(fā)明的兩組2/1-1型輻射爐管組合排布的布置示意圖的俯視圖；第一程管A的兩根入口管所在平面與平面E成不為零的角度，輻射爐管的第二程管B連接的彎管在與平面E成一定角度的平面G內(nèi)彎曲；兩組輻射爐管的第二程管B相鄰布置，且兩組輻射爐管的回彎管連接件不平行。
圖10為本發(fā)明的兩組2/1-1型型輻射爐管組合排布的布置示意圖的俯視圖；第一程管A的兩根入口管所在平面與平面E成不為零的角度，射爐管的第一程管A的彎管在與平面E成一定角度的平面F內(nèi)彎曲；一組輻射爐管的第一程管A與另一組輻射爐管的第二程管B相鄰布置，且兩組輻射爐管的回彎管連接件平行。
圖11為本發(fā)明的兩組2/1-1型輻射爐管組合排布的布置示意圖的俯視圖；第一程管A的兩根入口管所在平面與平面E成不為零的角度，輻射爐管的第一程管A的彎管在與平面E成一定角度的平面F內(nèi)彎曲；兩組輻射爐管的第二程管B相鄰布置，且兩組輻射爐管的回彎管連接件不平行。
圖12為本發(fā)明的一組2/1-1輻射爐管的示意俯視圖；第一程管A的兩根入口管所在平面與平面E成不為零的角度，且第一個(gè)輻射爐管的第一程管A與第七個(gè)輻射爐管的第二程管B的彎管投影平行；第二個(gè)輻射爐管的第一程管A與第六個(gè)輻射爐管的第二程管B的彎管投影平行；第三個(gè)輻射爐管的第一程管A與第五個(gè)輻射爐管的第二程管B的彎管投影平行；第四個(gè)輻射爐管的第一程管A與第四個(gè)輻射爐管的第二程管B的彎管投影平行；第五個(gè)輻射爐管的第一程管A與第三個(gè)輻射爐管的第二程管B的彎管投影平行；第六個(gè)輻射爐管的第一程管A與第二個(gè)輻射爐管的第二程管B的彎管投影平行；第七個(gè)輻射爐管的第一程管A與第一個(gè)輻射爐管的第二程管B的彎管投影平行。
圖13為本發(fā)明的一組2/1-1輻射爐管的示意俯視圖；第一程管A的兩根入口管所在平面與平面E成不為零的角度，且每個(gè)輻射爐管的第一程管A與第二程管B的彎管投影平行。
具體實(shí)施例方式
以下描述僅表示本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，只是為了進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，而并不對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。
下面結(jié)合附圖9說(shuō)明本發(fā)明的乙烯裂解爐其包括高壓氣包1、對(duì)流段2、輻射段3、垂直布置在輻射段的多組輻射爐管4、燃燒器5、急冷鍋爐6；所述的輻射段爐膛高度13693mm、寬度4150mm，長(zhǎng)度15276mm，布置4個(gè)輻射段爐管模塊。以7個(gè)爐管為一組，兩組爐管的出口集中排布在一起。共布置56個(gè)爐管，其中第一程管管內(nèi)徑40-60mm，第二程管管內(nèi)徑62-72mm。爐管管徑是介于上述范圍內(nèi)的某一值。第一程管下段管間距為100-130mm，第二程管下段管間距為120-140mm，爐管總長(zhǎng)26-28m，第一程上段長(zhǎng)度為第一程直管的20-30％。
由第一程管A及第二程管B組成每一個(gè)2/1-1型排列的兩程立式輻射爐管，在第一程管和第二程管之間采用回彎管連接件11連接；裂解物料由第一程管引入，由第二程管引出。第一程管上部是兩根入口管7，通過(guò)一個(gè)三通構(gòu)件8合并后，再通過(guò)一根彎管10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13，其下端通過(guò)一根彎管12，與所述的回彎管連接件的另一端固定連接。一組輻射爐管的所有的第一程管的中心對(duì)稱線與第二程管的中心線構(gòu)成平面E。第一程管的彎管10在垂直于平面E的鉛垂平面內(nèi)彎曲；第二程管的彎管12在與平面E成一定角度的夾角的鉛垂平面內(nèi)彎曲，同一組爐管的各個(gè)爐管二程管的彎管所在平面與平面E所成夾角各不相等，夾角為70-90度。
每根輻射爐管出口管連接一個(gè)線性急冷鍋爐。各個(gè)爐管回彎管連接件互相平行排布。爐管通過(guò)頂部的恒力彈簧吊架和底部的導(dǎo)向管進(jìn)行定位。輻射段供熱由底部燃燒器和側(cè)壁燃燒器共同提供，其中底部供熱65％。
而如果采用傳統(tǒng)單排布置的2-1型爐管，共可以布置44個(gè)爐管，其中一程管內(nèi)徑40-60mm，二程管內(nèi)徑65-75mm。爐管管徑是介于上述范圍內(nèi)的某一值。第一程管管間距為90-100mm、第二程管管間距為120-140mm，爐管總長(zhǎng)26-28m。
對(duì)于一種石腦油，分別對(duì)于這兩種不同輻射爐管布置，在保證可穩(wěn)定操作的工況，在相同的裂解深度(丙烯/乙烯＝0.5，重量比)下，采用傳統(tǒng)2-1布置的裂解爐可投料29.2噸/小時(shí)，乙烯收率28.05％(重量)，而采用本發(fā)明2/1-1布置的裂解爐可投料37噸/小時(shí)，乙烯收率27.98％(重量)?？梢钥吹酵ㄟ^(guò)本發(fā)明，大大提高了裂解爐的產(chǎn)量。兩種布置的不同工況對(duì)比見表1。
表1 實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)不同工況對(duì)比

①輻射段壓降過(guò)大，不利于裝置正常操作。
②裝置處理能力低。
權(quán)利要求
1.一種兩程輻射爐管的乙烯裂解爐，其包括高壓汽包(1)、對(duì)流段(2)、輻射段(3)、垂直布置在輻射段的多組輻射爐管(4)、燃燒器(5)、急冷鍋爐(6)；由第一程管及第二程管組成每一個(gè)兩程立式輻射爐管，在第一程管和第二程管之間采用回彎管連接件連接；裂解物料由第一程管引入，由第二程管引出；其特征在于所述的輻射爐管的第一程管包括兩根入口管(7)、三通構(gòu)件(8)、一根長(zhǎng)度為L(zhǎng)的直管(9)、一根彎管(10)，L＞0；其上部是兩根入口管，通過(guò)一個(gè)三通構(gòu)件合并后，與一根直管(9)固定連接，再通過(guò)一根彎管(10)與所述的回彎管連接件(11)的一端固定連接；所述的輻射爐管的第二程管包括一根出口管(13)，其下端通過(guò)一根彎管(12)，與所述的回彎管連接件的另一端固定連接；所述的回彎管連接件為一立體結(jié)構(gòu)件，以所述的輻射爐管所在的平面E為對(duì)稱面，其側(cè)視投影為一對(duì)稱的連續(xù)曲線；所述的第一程管的彎管(10)和第二程管的彎管(12)分別在兩個(gè)平面F和G內(nèi)彎曲；一組輻射爐管的所有的第一程管的中心對(duì)稱線與第二程管的中心線在平面E內(nèi)；其中所述的平面E為第一程管的中心對(duì)稱線與第二程管的中心線構(gòu)成的平面；所述的平面F、平面G是與平面E成不為零的夾角的鉛垂平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裂解爐，其特征在于，所述的輻射爐管的第一程管的兩根入口管的長(zhǎng)度為第一程管總長(zhǎng)度的10％-80％；其中所述的第一程管總長(zhǎng)度為從入口管進(jìn)入輻射段起，至回彎管連接件之間的垂直距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的乙烯裂解爐，其特征在于所述的輻射爐管的第一程管的兩根入口管的長(zhǎng)度為第一程管總長(zhǎng)度的20-60％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裂解爐，其特征在于所述的第一程管包括兩根平行的入口管，其組成的平面與平面E相交成一個(gè)角度，角度范圍為0-90度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裂解爐，其特征在于所述的各個(gè)輻射爐管的回彎管連接件平行排布，且俯視投影為一直線段且長(zhǎng)度相同；所述的回彎管連接件為弧形、半圓形、半橢圓形或拋物線形連接件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裂解爐，其特征在于在所述的一組輻射爐管中，所述的第一程管的彎管(10)的俯視投影相互平行，且各根彎管(10)所處的平面F與平面E垂直；所述的第二程管的彎管(12)的俯視投影互不平行，且各根彎管(12)所處的平面G與平面E的夾角互不相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裂解爐，其特征在于在所述的一組輻射爐管中，所述的第二程管的彎管(12)的俯視投影相互平行，且各根彎管(12)所處的平面G與平面E垂直；所述的第一程管的彎管(10)的俯視投影互不平行，且各根彎管(10)所處的平面F與與平面E的夾角互不相同。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的乙烯裂解爐，其特征在于所述的平面G與平面E的夾角范圍為30-90度，或所述的平面F與平面E的夾角范圍為30-90度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裂解爐，其特征在于所述的一組輻射爐管的一個(gè)爐管的第一程管的彎管(10)的俯視投影與同一個(gè)爐管或另一個(gè)爐管的第二程管的彎管(12)的俯視投影相互平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裂解爐，其特征在于所述的一組輻射爐管的所有爐管的第一程管的彎管(10)俯視投影與第二程管的彎管(12)俯視投影相互平行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的乙烯裂解爐，其特征在于所述的一組輻射爐管包括2-12個(gè)所述的輻射爐管，且每組輻射爐管的所有的第一程管和所有的第二程管分別集中排布在一起。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的乙烯裂解爐，其特征在于將兩組輻射爐管的第二程管相鄰排布，構(gòu)成一個(gè)模塊；在裂解爐輻射段中，布置多個(gè)所述的模塊。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的乙烯裂解爐，其特征在于在裂解爐輻射段中，布置多組輻射爐管，一組爐管的第一程管與另一組爐管的第二程管相鄰布置。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13之一所述的乙烯裂解爐，其特征在于所述的輻射爐管內(nèi)設(shè)置強(qiáng)化傳熱構(gòu)件。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-13之一所述的乙烯裂解爐，其特征在于在所述的輻射爐管的回彎管連接件底部設(shè)置導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-13之一所述的乙烯裂解爐，其特征在于在所述的輻射爐管的第一、第二程爐管管徑是變徑的。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種兩程輻射爐管的乙烯裂解爐。該裂解爐采用特殊的輻射爐管，其第一程管的彎管(10)和第二程管的彎管(12)分別在兩個(gè)平面F和G內(nèi)彎曲；由于同一組爐管中各個(gè)爐管的第一程管和第二程管之間的采用彎管連接且連接，彎管傾斜角度可以靈活確定，使?fàn)t管不易彎曲，可以占用更少的爐膛空間，從而提供更大的生產(chǎn)能力。
文檔編號(hào)C07C4/02GK101062884SQ20071009770
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2007年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月29日
發(fā)明者何細(xì)藕, 陳碩, 李金科, 張兆斌, 邵晨, 巴海鵬, 孫向軍, 張永剛, 李昌力, 劉敬坤, 郭玉萍, 陳永亮, 李光 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 中國(guó)石化工程建設(shè)公司, 中國(guó)石油化工股份有限公司北京化工研究院, 天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院南京工業(yè)爐設(shè)計(jì)研究所