一种DU型炉管轻质原料乙烯裂解炉的制作方法

一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉
技术领域
[0001]
本实用新型属于石油化工装置技术领域，涉及一种乙烯裂解装置，具体涉及一种du型辐射炉管结构为2-2-2-1型的du型炉管轻质原料乙烯裂解炉。


背景技术：

[0002]
乙烯裂解炉是乙烯生产装置的核心设备，辐射炉管的设计是决定整套乙烯装置的生产规模、裂解选择性、提高裂解产品的烯烃收率和提高对不同裂解原料适应性的关键，直接决定了运营效益。改进辐射炉管的结构和排布，成为管式裂解炉技术发展的最核心部分。自上个世纪60年代垂直吊挂立管式裂解炉开发成功以来，乙烯裂解技术取得了长足的发展。目前，各乙烯裂解炉专利商都把研究重点放在裂解炉的大型化、改善裂解炉的选择性、提高产品收率、提高裂解炉的运转周期、提高裂解炉操作安全性、降低能耗和降低裂解炉建造成本等方面。气体原料(例如乙烷等)及轻烃等轻质原料具有乙烯收率高、副产品少、装置投资少、生产能耗低等优点，逐渐成为裂解原料优选的目标。
[0003]
目前常见的辐射炉管的排列形式为：1)usc型裂解炉(stone-webster)1-1-1-1型； 2)惠生裂解炉2-1-1-1型；3)中石化裂解炉2-2-1-1型；这些专利商分别开发了各自的裂解炉管构型，有各自的特点，有各自的市场占有率。


技术实现要素：

[0004]
本实用新型的目的针对轻烃裂解的特点，解决现有技术存在的不足，提供一种裂解选择性较高、运转周期较长、单位产能较高、能耗较小以及炉管的使用寿命较长的du型炉管轻质原料乙烯裂解炉。
[0005]
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
[0006]
一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，轻质原料主要以裂解液化气、乙烷、丙烷、丁烷等气体原料为主，辐射段内垂直排布有一组以上辐射炉管，每组辐射炉管为2-2-2-1型辐射炉管，由连接管和7根依次平行排列的横截面为圆形的炉管组成，轻质原料最先进入的炉管为第1根炉管，最后进入的炉管为第7根炉管，第1～2根炉管组成第一程炉管，第3～4根炉管组成第二程炉管，第5～6根炉管组成第三程炉管，第7根炉管组成第四程炉管；
[0007]
每组辐射炉管中，第一程炉管的上端即第1～2根炉管的上端为辐射炉的入口，第四程炉管的上端即第7根炉管的上端为辐射炉的出口，第1～4根炉管中相间的两根炉管的下端通过 u形连接管连接，第3～6根炉管中相间的两根炉管的上端通过u形连接管连接，第5～6根炉管的下端经y形连接管二合一集合后与第7根炉管的下端通过u形连接管连接；
[0008]
每组辐射炉管中，炉管的内径满足：第1根炉管＝第2根炉管≤第3根炉管＝第4根炉管< 第5根炉管＝第6根炉管<第7根炉管；
[0009]
辐射炉管为两组以上时，所有的辐射炉管都位于辐射炉中央，相邻两组辐射炉管呈对称排布，构成一个模块，相邻两组辐射炉管中的第7根炉管距离最近，且上端经y形连接管二合一集合后出辐射段。
[0010]
本实用新型依据轻烃裂解特点，解决现有技术问题，实现裂解炉的裂解选择性高，运转周期较长，能耗低以及炉管的使用寿命长，本实用新型采用2-2-2-1型辐射炉管结构(即采用四程炉管，第一至三程炉管各含有2根炉管，第四程含有1根炉管)，辐射炉管为四程的分支变径管，第一程和第二程分别选用2根较小内烃的炉管，增大了炉管的比表面积，可使裂解原料进入炉膛后快速升温，第三程选用2根较第一程、第二程内径大的炉管，第四程选用1 根较第三程内径大的炉管，可以适应不断增加的裂解气体积，同时采用大u型弯连接减小阻力降，进而降低裂解反应的烃分压，提高裂解选择性，从而减少炉管内的结焦，实现裂解炉更长的运转周期，能耗低，炉管使用寿命更长，降低设备造价。
[0011]
作为优选的技术方案：
[0012]
如上所述的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，第1根炉管或第2根炉管的内径为 40～70mm，第3根炉管或第4根炉管的内径为40～70mm，第5根炉管或第6根炉管的内径为 60～90mm，第7根炉管的内径为80～110mm。
[0013]
如上所述的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，第1～4根炉管中相邻的两根炉管的水平中心距为a，第4～6根炉管中相邻的两根炉管的水平中心距为b，第6根炉管与第7根炉管的水平中心距为c，所有相邻的两根炉管的水平中心距都大于这两根炉管的内径之和，连接第1根炉管与第3根炉管的下端的u形连接管为半圆形连接管，半圆的直径近似为2a，连接第2根炉管与第4根炉管的下端的u形连接管为半圆形连接管，半圆的直径近似为2a，连接第3根炉管与第5根炉管的上端的u形连接管为半圆形连接管，半圆的直径近似为a+b，连接第4根炉管与第6根炉管的上端的u形连接管为半圆形连接管，半圆的直径近似为2b，连接y形连接管与第7根炉管的下端的u形连接管为半圆形连接管，半圆的直径近似为b/2+c，本实用新型采用直径较大的u形连接管，降低阻力降，降低烃分压，炉管传热比表面积增大约16％，从而减小了设备占地面积，降低造价8％～10％，压缩了设备投资。
[0014]
如上所述的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，每组辐射炉管中每根炉管的有效长度为8～12m(优选为10～12m)。
[0015]
如上所述的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，每组辐射炉管中第1～2根炉管的上端设有文氏管流量分配器，以保证每组炉管进料的均匀。
[0016]
如上所述的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，辐射段的底部排布有底部燃烧器。
[0017]
如上所述的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，du型炉管轻质原料乙烯裂解炉还包括对流段，辐射段的数量为两个，对流段位于两个辐射段的上方，对流段内水平配置有多组对流炉管。
[0018]
如上所述的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，du型炉管轻质原料乙烯裂解炉还包括急冷锅炉、高压汽包和引风机。
[0019]
如上所述的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，急冷锅炉为双套管式急冷锅炉。
[0020]
有益效果：
[0021]
(1)本实用新型的du型炉管轻质原料乙烯裂解炉中辐射炉管为四程的分支变径管，比表面大、传热快、停留时间短，因而裂解炉可获得更长的运转周期及更高的产能，同时能耗低，炉管使用寿命更长；
[0022]
(2)本实用新型的du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，采用大直径弯头连接炉管，降低
了系统阻力降，从而降低烃分压，有利于裂解反应的进行，提高了乙烯收率；
[0023]
(3)本实用新型的du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，实现了在线清焦，进一步降低了能耗，增加了乙烯产能，从而降低的设备造价。
附图说明
[0024]
图1为本实用新型的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉的示意图，其中(a)为主视示意图，(b)为侧视示意图；
[0025]
图2为本实用新型的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉中两组辐射炉管组合排列-对称“du型”排型一的截面示意图；
[0026]
图3为本实用新型的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉中两组辐射炉管组合排列-对称“du型”排型一的俯视示意图；
[0027]
图4为本实用新型的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉中两组辐射炉管组合排列-对称“du型”排型二的截面示意图；
[0028]
图5为本实用新型的一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉中两组辐射炉管组合排列-对称“du型”排型二的俯视示意图；
[0029]
其中，1-辐射段，2-对流段，3-引风机，4-急冷锅炉，5-高压汽包。
具体实施方式
[0030]
下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0031]
实施例1
[0032]
一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，如图1所示，包括辐射段1、对流段2、引风机3、急冷锅炉4和高压汽包5；
[0033]
辐射段1的数量为两个，辐射段1的底部排布有底部燃烧器，对流段2位于两个辐射段 1的上方，对流段2内水平配置有多组对流炉管；
[0034]
辐射段1内垂直排布有两组以上辐射炉管，每组辐射炉管为2-2-2-1型辐射炉管，由多个连接管和7根依次平行排列的横截面为圆形的炉管组成，轻质原料最先进入的炉管为第1根炉管，最后进入的炉管为第7根炉管，第1～2根炉管组成第一程炉管(t
1
)，第3～4根炉管组成第二程炉管(t
2
)，第5～6根炉管组成第三程炉管(t
3
)，第7根炉管组成第四程炉管(t
4
)；
[0035]
每组辐射炉管中，第1～4根炉管中相间的两根炉管的下端通过u形连接管连接，第3～6 根炉管中相间的两根炉管的上端通过u形连接管连接，第5～6根炉管的下端经y形连接管二合一集合后与第7根炉管的下端通过u形连接管连接；第1～4根炉管中相邻的两根炉管的水平中心距为a，第4～6根炉管中相邻的两根炉管的水平中心距为b，第6根炉管与第7根炉管的水平中心距为c，所有相邻的两根炉管的水平中心距都大于这两根炉管的内径之和；
[0036]
每组辐射炉管中，炉管的内径满足：第1根炉管＝第2根炉管＝第3根炉管＝第4根
炉管< 第5根炉管＝第6根炉管<第7根炉管，具体地，第1根炉管、第2根炉管、第3根炉管或第 4根炉管(炉管i)的内径为40～70mm，第5根炉管或第6根炉管(炉管ii)的内径为60～90mm，第7根炉管(炉管iii)的内径为80～110mm；
[0037]
每组辐射炉管中每根炉管的有效长度为8～12m；
[0038]
每组辐射炉管中第1～2根炉管的上端设有文氏管流量分配器；
[0039]
如图2和图3所示，相邻两组辐射炉管呈对称排布，相邻两组辐射炉管中的第7根炉管距离最近，且上端经y形连接管二合一集合后出辐射段1；
[0040]
具体地，裂解炉本体长
×
宽
×
高＝11802
×
10792
×
37425mm；
[0041]
气相进料通过流量控制进入对流段的10组对流炉管，每一组对流炉管通过位于裂解炉上部的横跨管进入一组辐射炉管的入口分配管；
[0042]
辐射炉管选用对称“du型”炉管，该构型炉管为四程，裂解炉设有10大组进料，每大组进料对应2组对称“du型”炉管，每一辐射炉有10组对称“w型”炉管，全炉共有20 组对称“du型”炉管；
[0043]
每组辐射炉管为四程高选择性分支变径炉管，在第一程炉管的进口设文氏管流量分配器，全炉共设40个文氏管，以保证每组炉管进料的均匀，第4程炉管每2根集合后由辐射炉顶引出；
[0044]
每组对称“du型”炉管7根，整台裂解炉两个辐射炉共有140根炉管，为立式单排、双面辐射、炉底加热方式，使炉内温度场更均匀，热强度更高，炉管按2-2-2-1排列，采用小口径管，可以较好地满足“高温、短停留、低烃分压”这一裂解反应的要求；
[0045]
每一个辐射炉的出口炉管共20根，两两合并后再连接至急冷换热tle的入口分配箱；
[0046]
辐射段炉管的设计条件：入口炉管设计压力为0.15mpa，设计温度为1050℃，出口炉管设计压力为0.12mpa，设计温度为1100℃，设计寿命为十万小时；
[0047]
采用高选择性“du型”四程辐射炉管，停留时间短、烃分压低、较大的比表面积；
[0048]
在每个“du型”炉管的进口管和出口管底部采用对称的“du型”连接件，这个对称的“du型”连接件使进口管及出口管所在的平面不受任何偏心的力，并且可以部分吸收进口管与出口间的热膨胀差，从而减缓辐射炉管的弯曲变形；
[0049]
表1：辐射炉管具体结构参数
[0050][0051]
表2：对流炉管具体结构参数
[0052][0053]
辐射炉管外部有约1250℃高温，管外有氧化腐蚀，管内有物料结焦，长期使用后，会产生明显的蠕变，炉管局部胀大、弯曲，在局部过热处甚至会破裂引起火灾；
[0054]
辐射炉管采用离心铸造，弯头采用静态铸造，材质选用25cr-35ni+nb+ma(第一程，第二程)和35cr-45ni+nb+ma(第三程，第四程)两种材料的组合，能很好地满足高温、蠕变的要求。
[0055]
表3：辐射炉管材质化学成分
[0056][0057]
实施例2
[0058]
一种du型炉管轻质原料乙烯裂解炉，基本同实施例1，不同之处仅在于两组辐射炉管组合排列方式，具体如图4和图5所示。

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