專(zhuān)利名稱(chēng)：一種換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管。這種爐管適用于以高溫?zé)煔鉃闊嵩吹霓D(zhuǎn)化爐，包括以天然氣為原料的合成氨一段轉(zhuǎn)化爐、甲醇一段轉(zhuǎn)化爐以及其它烴類(lèi)加壓蒸汽轉(zhuǎn)化裝置的制氫轉(zhuǎn)化爐。
背景技術(shù)：
烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化作為一種工藝生產(chǎn)過(guò)程已有數(shù)十年了。傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)化爐構(gòu)造復(fù)雜，操作要求高，建造費(fèi)用昂貴，轉(zhuǎn)化爐的費(fèi)用占了整個(gè)裝置投資相當(dāng)大一部分。近年來(lái)開(kāi)發(fā)的一種換熱式轉(zhuǎn)化爐，系通過(guò)利用高溫?zé)煔夂透邷剞D(zhuǎn)化氣同時(shí)作為熱源加熱原料氣以滿足烴類(lèi)蒸汽轉(zhuǎn)化所需要的熱量。與傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)化爐相比，具有熱效率高、節(jié)省燃料、轉(zhuǎn)化氣出口溫度緩和等優(yōu)點(diǎn)。
目前，以高溫?zé)煔鉃闊嵩吹膿Q熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，根據(jù)換熱式轉(zhuǎn)化爐的不同，有幾種形式。當(dāng)換熱式轉(zhuǎn)化爐為容器式時(shí)，轉(zhuǎn)化爐又稱(chēng)為轉(zhuǎn)化器，其結(jié)構(gòu)類(lèi)似于浮頭式換熱器，其爐管為刺刀管，安裝方式類(lèi)似于浮頭換熱器的列管，全部密閉在容器內(nèi)。此種爐型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝卸催化劑困難、高溫密封和大型化困難(參看丹麥Topsoe公司的HTCR換熱式轉(zhuǎn)化爐)，此種轉(zhuǎn)化爐的燃燒室與轉(zhuǎn)化器分離，爐管不受火焰輻射，其爐管由三套管即外套管、轉(zhuǎn)化管和內(nèi)插管組成，同軸布置。外套管較短，大約為轉(zhuǎn)化管長(zhǎng)度的1/2，位于轉(zhuǎn)化管的中上部。轉(zhuǎn)化管開(kāi)頂端、閉底端，外套管開(kāi)頂端、開(kāi)底端，內(nèi)插管開(kāi)底端，轉(zhuǎn)化管和外套管由轉(zhuǎn)化器內(nèi)部管板分別支撐。轉(zhuǎn)化管中上部受在外套管和轉(zhuǎn)化管之間環(huán)隙內(nèi)流動(dòng)的高溫?zé)煔獾膶?duì)流傳熱，下部受1000℃～1300℃的高溫?zé)煔獾妮椛浜蛯?duì)流傳熱，此時(shí)，轉(zhuǎn)化管下端內(nèi)部的轉(zhuǎn)化氣的最高溫度在780℃～800℃之間，轉(zhuǎn)化管下部壁溫很高。因此，此種轉(zhuǎn)化爐對(duì)高溫?zé)煔獾臏囟瓤刂埔髧?yán)格，如果煙氣溫度超溫，轉(zhuǎn)化管下部溫度有可能超過(guò)轉(zhuǎn)化管最高使用溫度，這也是為什么燃燒室與爐管分離的原因之一。為了降低轉(zhuǎn)化管下部壁溫，美國(guó)專(zhuān)利5429809提出用外套管將轉(zhuǎn)化管中下部(包括最底端)整個(gè)套住，屏蔽高溫氣體對(duì)轉(zhuǎn)化管的輻射，并在外套管下部側(cè)壁開(kāi)有一系列的的小圓孔，高溫氣體由小圓孔進(jìn)入轉(zhuǎn)化爐和外套管之間的環(huán)隙向轉(zhuǎn)化管對(duì)流放熱，同時(shí)吸收外套管的熱量，以此降低轉(zhuǎn)化管壁溫，保護(hù)轉(zhuǎn)化管。在煙氣溫度均為1300℃的情況下，與下部沒(méi)有外套管的轉(zhuǎn)化管相比，上述帶外套管的轉(zhuǎn)化管熱強(qiáng)度降低一半，只有35000kCal/m2.h，壁溫降低了大約100℃，只有750℃，使轉(zhuǎn)化管在煙氣溫度超過(guò)1300℃時(shí)仍可以使用。但是，此種外套管對(duì)轉(zhuǎn)化管的保護(hù)仍有不足，外套管外的高溫氣體透過(guò)外套管小圓孔仍然對(duì)轉(zhuǎn)化管產(chǎn)生輻射，使轉(zhuǎn)化管相應(yīng)位置形成一個(gè)個(gè)局部高溫點(diǎn)，如果放在燃燒室內(nèi)，高溫火焰通過(guò)小圓孔對(duì)轉(zhuǎn)化管的輻射更強(qiáng)烈。
當(dāng)換熱式轉(zhuǎn)化爐為非容器式換熱轉(zhuǎn)化爐時(shí)，轉(zhuǎn)化爐由一系列獨(dú)立的套管式爐管構(gòu)成，每一根套管式爐管即相當(dāng)于一個(gè)反應(yīng)器。此種爐型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、催化劑裝卸方便、容易實(shí)現(xiàn)大型化等特點(diǎn)(參看美國(guó)專(zhuān)利5935531)，其轉(zhuǎn)化爐爐管的中下部在燃燒室內(nèi)，火焰直接輻射其外套管中下部，燃燒器位于燃燒室頂部，火焰向下燃燒。其爐管主要由轉(zhuǎn)化管、外套管、內(nèi)插管組成，同軸布置，轉(zhuǎn)化管開(kāi)頂端、閉底端，外套管開(kāi)頂端、開(kāi)底端，內(nèi)插管開(kāi)底端，轉(zhuǎn)化管和外套管下端平齊或略有長(zhǎng)短，轉(zhuǎn)化管在燃燒室外部支撐。爐管中下部直接布置在燃燒室內(nèi)，外套管屏蔽高溫火焰和煙氣的輻射熱，保護(hù)轉(zhuǎn)化管。高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)外套管底端開(kāi)口及外套管下端側(cè)壁細(xì)長(zhǎng)孔進(jìn)入外套管和轉(zhuǎn)化管之間的環(huán)隙向上流動(dòng)，對(duì)轉(zhuǎn)化管放熱的同時(shí)吸收外套管的熱量。但美中不足的是進(jìn)入外套管和轉(zhuǎn)化管之間環(huán)隙的全部高溫?zé)煔饩枰ㄟ^(guò)外套管底端開(kāi)口及外套管下端側(cè)壁細(xì)長(zhǎng)孔，局部熱強(qiáng)度過(guò)高，另外，對(duì)應(yīng)外套管下端側(cè)壁細(xì)長(zhǎng)孔位置的轉(zhuǎn)化管直接受火焰和高溫?zé)煔獾妮椛?，有可能使轉(zhuǎn)化管局部過(guò)熱。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種改進(jìn)的換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，用于以高溫?zé)煔鉃闊嵩吹奶坠苁綋Q熱轉(zhuǎn)化爐中，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、適用的煙氣溫度高、范圍廣。
本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的采取的技術(shù)方案其主要由轉(zhuǎn)化管、外套管、內(nèi)插管及催化劑構(gòu)成，轉(zhuǎn)化管的中下段位于外套管內(nèi)，內(nèi)插管插入轉(zhuǎn)化管內(nèi)，其下端開(kāi)口底端與轉(zhuǎn)化管封閉底端之間留有間隙，上端開(kāi)口伸出轉(zhuǎn)化管，轉(zhuǎn)化管和內(nèi)插管之間的環(huán)隙裝填催化劑，在轉(zhuǎn)化管上設(shè)有原料氣入口管嘴，外套管的下部管壁上均勻分布有多個(gè)開(kāi)孔，形成高溫?zé)煔膺M(jìn)入?yún)^(qū)域，在每個(gè)開(kāi)孔部位均設(shè)置有翹起的用于遮蔽煙氣/火焰輻射及導(dǎo)流煙氣的導(dǎo)流擋片。
本實(shí)用新型的特征之一是外套管下部的高溫?zé)煔膺M(jìn)入?yún)^(qū)域的長(zhǎng)度占外套管整個(gè)長(zhǎng)度的5％～50％。高溫?zé)煔庥纱诉M(jìn)入外套管和轉(zhuǎn)化管之間的環(huán)隙，為原料氣的轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供熱量。
本實(shí)用新型的的特征之二是外套管下部的高溫?zé)煔膺M(jìn)入?yún)^(qū)域設(shè)置的翹起的導(dǎo)流擋片有效遮蔽了高溫火焰和煙氣對(duì)轉(zhuǎn)化管的輻射，使轉(zhuǎn)化管與高溫?zé)煔庵g的熱交換為純對(duì)流方式。
本實(shí)用新型的特征之三是外套管和內(nèi)插管均由轉(zhuǎn)化管支撐。外套管通過(guò)轉(zhuǎn)化管上的焊接吊耳支撐，內(nèi)插管通過(guò)轉(zhuǎn)化管上焊接的轉(zhuǎn)化氣出口彎管支撐。在轉(zhuǎn)化爐上安裝時(shí)，僅需要支撐轉(zhuǎn)化管，簡(jiǎn)單可靠。
本實(shí)用新型的特征之四是內(nèi)插管和轉(zhuǎn)化氣出口彎管可以是同一根整管。內(nèi)插管在轉(zhuǎn)化管內(nèi)，其承受的內(nèi)外壓差很小，因此其管壁可以很薄。轉(zhuǎn)化氣出口彎管其伸出轉(zhuǎn)化管后承受的內(nèi)外壓差很大，同時(shí)又要懸吊內(nèi)插管，因此其管壁較厚。如果壁厚不一致，內(nèi)插管和轉(zhuǎn)化氣出口彎管之間就可能需要增加一道焊縫。如果內(nèi)插管和轉(zhuǎn)化氣出口彎管為同一根整管，壁厚相同，或采用特殊工藝使其作為內(nèi)插管的部分較薄，作為轉(zhuǎn)化氣出口彎管的部分較厚，就可以去掉內(nèi)插管和轉(zhuǎn)化氣出口彎管之間的焊縫，提高爐管的安全性。
和美國(guó)專(zhuān)利5429809相比，本實(shí)用新型通過(guò)在外套管下部的高溫?zé)煔膺M(jìn)入?yún)^(qū)域設(shè)置翹起的導(dǎo)流擋片，利用翹起的導(dǎo)流擋片屏蔽外套管外的高溫氣體對(duì)轉(zhuǎn)化管的輻射，消除了轉(zhuǎn)化管上的局部過(guò)熱點(diǎn)，同時(shí)使高溫?zé)煔膺M(jìn)入外套管的方式由垂向進(jìn)入改為側(cè)向進(jìn)入，流動(dòng)更通暢。另外，本實(shí)用新型爐管中下部可以直接布置在燃燒室內(nèi)，也可以與燃燒室分離，適用的煙氣溫度更高，適用范圍更廣。
和美國(guó)專(zhuān)利5935531相比，本實(shí)用新型增加了高溫?zé)煔膺M(jìn)入外套管時(shí)的流通面積，使轉(zhuǎn)化管對(duì)應(yīng)煙氣進(jìn)口的面積增加，轉(zhuǎn)化管煙氣進(jìn)口處熱強(qiáng)度降低，壁溫下降。且開(kāi)口的位置可調(diào)，可以避開(kāi)轉(zhuǎn)化管的最高溫部位設(shè)置。同時(shí)外套管未開(kāi)口部分和翹起的金屬片屏蔽了高溫火焰和煙氣對(duì)轉(zhuǎn)化管的輻射，使用更安全。
本實(shí)用新型的換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管的工作原理是具有一定溫度和壓力的原料氣，從原料氣入口管嘴進(jìn)入轉(zhuǎn)化管的上部，由上到下通過(guò)轉(zhuǎn)化管內(nèi)的催化劑床層，同時(shí)吸收轉(zhuǎn)化管外高溫?zé)煔夂蛢?nèi)插管內(nèi)的高溫轉(zhuǎn)化氣放出的熱量完成轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成轉(zhuǎn)化氣，轉(zhuǎn)化氣在轉(zhuǎn)化管底端通過(guò)轉(zhuǎn)化管底端與內(nèi)插管底端的間隙進(jìn)入內(nèi)插管，向上流動(dòng)，同時(shí)釋放熱量給原料氣，換熱后的轉(zhuǎn)化氣從內(nèi)插管頂部進(jìn)入轉(zhuǎn)化氣出口彎管導(dǎo)出。高溫?zé)煔鈴耐馓坠芟虏總?cè)壁條形開(kāi)口進(jìn)入轉(zhuǎn)化管和外套管之間形成的環(huán)隙，與原料氣逆向流動(dòng)，為原料氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供熱量，換熱后從外套管頂端開(kāi)口導(dǎo)出。


附圖1為本實(shí)用新型換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管的縱剖面圖。
附圖2為本實(shí)用新型附圖1A-A剖面圖。
附圖3為本實(shí)用新型附圖1局部節(jié)點(diǎn)I的放大圖。
圖中，1、換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，2、轉(zhuǎn)化管，3、內(nèi)插管，4、外套管，5、導(dǎo)流擋片，6、催化劑，7、催化劑支撐格柵，8、原料氣入口管嘴，9、轉(zhuǎn)化氣出口彎管，10、外套管吊耳，11、轉(zhuǎn)化管支耳，12、法蘭。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對(duì)其結(jié)構(gòu)加以進(jìn)一步說(shuō)明。
如圖1所示，本實(shí)用新型提出的轉(zhuǎn)化爐爐管1適用于以高溫?zé)煔鉃闊嵩吹霓D(zhuǎn)化爐，包括以天然氣為原料的換熱式合成氨一段轉(zhuǎn)化爐、換熱式甲醇一段轉(zhuǎn)化爐以及其它烴類(lèi)加壓蒸汽轉(zhuǎn)化裝置的制氫轉(zhuǎn)化爐。其主要由轉(zhuǎn)化管2、內(nèi)插管3及外套管4催化劑6構(gòu)成，轉(zhuǎn)化管2的中下段位于外套管4內(nèi)，上端與法蘭12焊接，其上部側(cè)壁開(kāi)有兩個(gè)小孔，一個(gè)小孔焊接原料氣入口管嘴8，另一個(gè)小孔焊接轉(zhuǎn)化氣出口彎管9。轉(zhuǎn)化管支耳11位于轉(zhuǎn)化管上部靠近法蘭12的位置，支撐整個(gè)轉(zhuǎn)化爐爐管1的重量。催化劑支撐格柵7位于轉(zhuǎn)化管2內(nèi)部底端與轉(zhuǎn)化管焊接，其中心有圓孔，允許內(nèi)插管3通過(guò)圓孔自由膨脹。內(nèi)插管3位于轉(zhuǎn)化管2內(nèi)部中心，開(kāi)底端、開(kāi)頂端，底端距轉(zhuǎn)化管2閉底端有一定間隙，頂端與轉(zhuǎn)化氣出口彎管9連接，并通過(guò)轉(zhuǎn)化氣出口彎管9使內(nèi)插管3懸掛在轉(zhuǎn)化管2中心位置。轉(zhuǎn)化管2和內(nèi)插管3之間的環(huán)隙裝有催化劑6，催化劑6通過(guò)法蘭12裝卸。外套管4上端位于原料氣入口管嘴8及轉(zhuǎn)化氣出口彎管9的下方，通過(guò)外套管吊耳10將轉(zhuǎn)化管2和外套管4連接為一體。在外套管4的下部管壁上均勻分布有多個(gè)開(kāi)孔，這些開(kāi)孔是條形孔，還可以是圓孔、方孔。開(kāi)孔沿外套管4的下部管壁圓周分布多圈，每圈數(shù)量為3～20個(gè)，各圈間距為10～300mm。由此在外套管4的下部形成高溫?zé)煔膺M(jìn)入?yún)^(qū)域，在每個(gè)開(kāi)孔部位均設(shè)置有翹起的與開(kāi)孔方式相匹配的導(dǎo)流擋片5，其翹起的角度為2°～30°。該翹起的導(dǎo)流擋片5可以是外套管3側(cè)壁開(kāi)口后開(kāi)口部位的翹起部分，也可以是另外焊接的金屬片，起遮蔽煙氣(或火焰)輻射和導(dǎo)流煙氣的作用，其形狀為片狀，可以是條形、方形、圓形等形式。
本實(shí)用新型使用時(shí)，具有一定壓力的溫度為520℃的原料氣從原料氣入口管嘴8進(jìn)入轉(zhuǎn)化管2和內(nèi)插管3之間的環(huán)隙，由上到下通過(guò)催化劑6床層，同時(shí)吸收轉(zhuǎn)化管2外高溫?zé)煔?1300℃)和內(nèi)插管3內(nèi)的高溫轉(zhuǎn)化氣放出的熱量完成轉(zhuǎn)化反應(yīng)生成轉(zhuǎn)化氣，800℃的轉(zhuǎn)化氣在轉(zhuǎn)化管2底端通過(guò)轉(zhuǎn)化管2底端與內(nèi)插管3底端的間隙進(jìn)入內(nèi)插管3，向上流動(dòng)，同時(shí)釋放熱量給原料氣，換熱后的轉(zhuǎn)化氣從內(nèi)插管3頂部進(jìn)入轉(zhuǎn)化氣出口彎管9導(dǎo)出，導(dǎo)出后的轉(zhuǎn)化氣溫度570℃左右。1300℃的高溫?zé)煔鈴耐馓坠?下部的高溫?zé)煔膺M(jìn)入?yún)^(qū)域進(jìn)入轉(zhuǎn)化管2和外套管4之間形成的環(huán)隙，與原料氣逆向流動(dòng)，為原料氣轉(zhuǎn)化反應(yīng)提供熱量，換熱后從外套管4頂端開(kāi)口導(dǎo)出，導(dǎo)出后的煙氣溫度為620℃左右。
權(quán)利要求1.一種換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，包括轉(zhuǎn)化管(2)、內(nèi)插管(3)、外套管(4)及催化劑(6)，轉(zhuǎn)化管(2)的中下段位于外套管(4)內(nèi)，內(nèi)插管(3)插入轉(zhuǎn)化管(2)內(nèi)，其下端開(kāi)口底端與轉(zhuǎn)化管封閉底端之間留有間隙，上端開(kāi)口伸出轉(zhuǎn)化管(2)，轉(zhuǎn)化管(2)和內(nèi)插管(3)之間的環(huán)隙裝填催化劑(6)，在轉(zhuǎn)化管(2)上設(shè)有原料氣入口管嘴(8)，在外套管(4)的下部管壁上均布有多個(gè)開(kāi)孔，形成高溫?zé)煔膺M(jìn)入?yún)^(qū)域，其特征在于在外套管(4)的每個(gè)開(kāi)孔部位均設(shè)置有翹起的用于遮蔽煙氣/火焰輻射及導(dǎo)流煙氣的導(dǎo)流擋片(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于所述的外套管(4)的下部管壁上均布的多個(gè)開(kāi)孔是沿管壁多圈設(shè)置，每圈數(shù)量為3～20個(gè)，各圈間距為10～300mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于所述的翹起的導(dǎo)流擋片(5)其翹起的角度為2°～30°。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管，其特征在于所述的翹起的導(dǎo)流擋片(5)可以是外套管側(cè)壁開(kāi)口后開(kāi)口部位的翹起部分，也可以是另外焊接的金屬片，其形狀為片狀。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)的換熱式轉(zhuǎn)化爐爐管主要其由轉(zhuǎn)化管(2)、外套管(4)、內(nèi)插管(3)及催化劑(6)構(gòu)成，轉(zhuǎn)化管的下段位于外套管內(nèi)，內(nèi)插管插入轉(zhuǎn)化管內(nèi)，其下端開(kāi)口底端與轉(zhuǎn)化管封閉底端之間留有間隙，上端開(kāi)口伸出轉(zhuǎn)化管，轉(zhuǎn)化管和內(nèi)插管之間的環(huán)隙裝填催化劑，在轉(zhuǎn)化管上設(shè)有原料氣入口管嘴(8)，外套管的下部管壁上均勻分布有多個(gè)開(kāi)孔，形成高溫?zé)煔膺M(jìn)入?yún)^(qū)域，在每個(gè)開(kāi)孔部位均設(shè)置有翹起的用于遮蔽煙氣/火焰輻射及導(dǎo)流煙氣的導(dǎo)流擋片(5)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，其利用翹起的導(dǎo)流擋片屏蔽外套管外的高溫氣體對(duì)轉(zhuǎn)化管的輻射，消除了轉(zhuǎn)化管上的局部過(guò)熱點(diǎn)，同時(shí)使高溫?zé)煔膺M(jìn)入外套管的方式由垂向進(jìn)入改為側(cè)向進(jìn)入，流動(dòng)更通暢。另外，本實(shí)用新型爐管中下部可以直接布置在燃燒室內(nèi)，也可以與燃燒室分離，適用的煙氣溫度更高，適用范圍更廣。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠，節(jié)省投資的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B01J8/06GK2796823SQ20052003047
公開(kāi)日2006年7月19日 申請(qǐng)日期2005年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月18日
發(fā)明者王德瑞, 董世達(dá), 田小玲, 紀(jì)志愿 申請(qǐng)人:王德瑞, 董世達(dá), 田小玲, 紀(jì)志愿