專利名稱：一種烴類裂解制乙烯裂解爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于石油化工領(lǐng)域，具體涉及一種石油化工生產(chǎn)中的烴類蒸汽裂解制乙烯裂解爐爐管結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
石油化工乙烯裝置中所采用的乙烯裂解技術(shù)主要為美國(guó)LUMMUS公司、 Stone&Webster 公司、Kellog & Braun Root 公司，歐洲的德國(guó) Linde 公司、Technip (KTI) 公司以及中國(guó)石化所開發(fā)的CBL裂解爐。它們的技術(shù)如下美國(guó)LUMMUS公司采用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；美國(guó)Stone&Webster公司采用U(I-I)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；美國(guó)Kellog & Braun Root公司采用U(I-I)型或單程爐管，通常一小組或兩小組U(I-I)型爐管配一臺(tái)線性急冷(廢熱)鍋爐、兩小組或四小組單程爐管配一臺(tái)線性急冷 (廢熱)鍋爐，全部底部供熱；德國(guó)Linde公司采用2_1兩程爐管，通常八小組爐管配一臺(tái)急冷(廢熱)鍋爐；Technip (荷蘭KTI)公司采用2_1兩程爐管，通常八小組爐管配一臺(tái)急冷(廢熱) 鍋爐，采用l-i(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；中石化CBL技術(shù)由中國(guó)石化工程建設(shè)公司、北京化工研究院、化工機(jī)械研究院共同開發(fā)，采用2-1型、改進(jìn)2-1型等兩程爐管，它們均可以配一臺(tái)急冷(廢熱)鍋爐，或與線性鍋爐、二級(jí)急冷鍋爐相匹配。線性急冷鍋爐為一雙套管式換熱器，內(nèi)管走裂解氣、內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙走鍋爐給水與蒸汽的混合物。套管式換熱器是應(yīng)用的非常普遍的換熱器，內(nèi)管走一種換熱介質(zhì)、內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙走另外一種換熱介質(zhì)。在乙烯裝置中，裂解爐是核心設(shè)備。為了盡可能縮短裂解反應(yīng)的停留時(shí)間，同時(shí)又提高裂解深度，裂解爐的輻射盤管(爐管)向短長(zhǎng)度、小直徑的方向發(fā)展，雙程盤管被廣泛采用，單程輻射爐管業(yè)已用于工業(yè)裝置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 24m)分枝變徑或兩程不分枝變徑高選擇性爐管，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。高選擇性爐管最短停留時(shí)間小于0. Is的單程小直徑爐管(毫秒爐管)，由于它的比表面積最大，升溫速度快， 裂解溫度最高，因此選擇性最高。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、二級(jí)急冷和線性急冷鍋爐，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)。能與線性急冷鍋爐匹配的輻射段爐管有1-1型(U型)和2-1型。20世紀(jì)八、九十年代以來，隨著百萬噸級(jí)乙烯裝置的問世，與之相匹配的大型裂解爐技術(shù)也得到很大發(fā)展，目前世界上已建設(shè)了幾十臺(tái)單爐乙烯年生產(chǎn)能力達(dá)10萬噸以上的大型裂解爐，最大達(dá)18萬噸/年(液體原料)。大型裂解爐的優(yōu)勢(shì)是(1)可節(jié)省約10% 左右的投資(基于國(guó)外公司的研究結(jié)果)；(2)由于爐子臺(tái)數(shù)減少，便于管理，維修；(3)占地面積亦可相應(yīng)減少。裂解爐大型化與其它裝置和設(shè)備的大型化有所不同，提高裂解爐的能力是通過增加輻射段爐管數(shù)量來實(shí)現(xiàn)的。但是輻射段爐管增加后，裂解爐輻射段長(zhǎng)度也相應(yīng)增加。如何能夠在不增加爐膛長(zhǎng)度的情況下提高裂解爐的能力，是實(shí)現(xiàn)大型化的一條途經(jīng)。裂解爐大型化后對(duì)可靠性要求越來越高，因此對(duì)輻射爐管的機(jī)械設(shè)計(jì)也越來越
尚ο1-1型(U型)爐管具有比表面積大、能與線性急冷鍋爐匹配、具有較好的機(jī)械性能，但運(yùn)轉(zhuǎn)周期比其他兩程爐管稍差。Stone&Webster公司在US65^027公布了 1_1爐管的一種爐管排布，EXXON公司在CN1259981中公布了 1_1爐管的另一種排布。這兩種排布在機(jī)械設(shè)計(jì)存在一個(gè)共同缺點(diǎn)就是其輻射爐管第一城與第二程之間的連接件不對(duì)稱，在運(yùn)行過程中，輻射爐管會(huì)由于受力不平衡，爐管會(huì)使第二程管變成兩排，其結(jié)果使二程管之間相互之間出現(xiàn)遮蔽，造成爐管受熱不均，使裂解爐運(yùn)行周期縮短。2-1型爐管具有比表面積大、能與線性急冷鍋爐匹配，但與1-1型(U型)爐管相比由于第一程管需要通過一個(gè)Y型件由兩根管合并為一根管，兩根管在制造和操作中會(huì)出現(xiàn)偏差，合并后的爐管管徑較大，大直徑彎管的柔性比小彎管要差。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，且一程管布置在一起，二程管布置在一起。一程直管經(jīng)一 Y型管合并后和二程管分別通過S形管與一個(gè)彎管連接。采用4-1、5-1、6_1等構(gòu)型的兩程爐管，通常四小組爐管配一臺(tái)急冷(廢熱)鍋爐； 爐管采用錯(cuò)排排列，即第一程管單排、第二程管雙排，且第一、第二程爐管采用特殊的連接管底平錐型管連接。美國(guó)魯姆斯克雷斯特公司在專利CN1067669中公布了其爐管排布，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(jié)構(gòu)，由于第一程管為多根、第二程管為一根，在爐管受熱膨脹時(shí)，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(yùn)動(dòng)，其中離第二程管遠(yuǎn)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(shè)置在第一程管入口的平衡系統(tǒng)來調(diào)節(jié)，這樣的結(jié)果是當(dāng)?shù)谝怀坦軣o法隨第二程管運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)造成爐管彎曲。單程爐管(毫秒爐管)由于它的表面積最大、升溫速度快、裂解溫度最高，因此裂解選擇性最高。但其缺點(diǎn)是結(jié)焦速度快，運(yùn)行周期短。此外由于單程爐管出口端與鍋爐之間采用固定連接，爐管只能向下膨脹，其熱應(yīng)力的解決比兩程爐管更加困難。1-1型(U型)兩程爐管具有較大的比表面積，其第二程爐管采用的管徑比第一程爐管大，結(jié)焦速度要小于單程爐管，運(yùn)行周期比單程爐管要長(zhǎng)。CN101575255A “一種輻射爐管及其應(yīng)用”的中國(guó)專利公開了一種單程爐管，由內(nèi)管和外管構(gòu)成，物料走內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙。但其主要缺陷是，該爐管存在熱膨脹差的問題，機(jī)械性能不佳，工藝性能類似單程爐管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種新的輻射爐管及裂解方法以克服目前一二程管之間的熱膨脹及連接缺陷和單程爐管運(yùn)行周期短及熱膨脹吸收困難的缺
點(diǎn)ο具體說來，為了克服1-1型、2-1和4-1等型兩程爐管機(jī)械上的缺點(diǎn)，以及單程爐管在工藝上和機(jī)械上的缺點(diǎn)，并保留已有的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)在同樣爐膛的情況下布置更多爐管、使裂解爐產(chǎn)量提高，我們借鑒雙套管換熱器的結(jié)構(gòu)、將1-1型爐管的第一程管放入第二程中，其爐管結(jié)構(gòu)為套管式結(jié)構(gòu)且外管的一端是封閉的。克服了 1-1型爐管及單程管的機(jī)械性能上的缺點(diǎn)，工藝性能保留了單程爐管的優(yōu)點(diǎn)，運(yùn)行周期保留了兩程管的優(yōu)點(diǎn)。這樣一來就把兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起。烴類與蒸汽的混合物從第一程管內(nèi)管的一端進(jìn)入，然后在另一端進(jìn)入外管的一端再進(jìn)入內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙，最終裂解產(chǎn)物從第二程管外管的另一端進(jìn)入急冷鍋爐。烴類與蒸汽混合物(原料)的進(jìn)入與裂解產(chǎn)物的離開是在同一端。此外，通過控制內(nèi)管中物料的加熱溫度來確定工藝條件和內(nèi)外管管徑、長(zhǎng)度的選擇。本發(fā)明的一種烴類蒸汽裂解制乙烯裂解爐是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的一種烴類蒸汽裂解制乙烯裂解爐，包括a)至少一個(gè)輻射區(qū)；排布在輻射區(qū)內(nèi)的底部燃燒器和/或側(cè)壁燃燒器；輻射區(qū)內(nèi)垂直排布的多組兩程輻射爐管；b)對(duì)流區(qū)及水平配置在對(duì)流區(qū)的多組對(duì)流爐管；c)輻射區(qū)和對(duì)流區(qū)之間的過渡區(qū)；d)急冷鍋爐和高壓汽包、引風(fēng)機(jī)；其特征在于所述的輻射爐管為外管的一端封閉的環(huán)套管結(jié)構(gòu)的輻射爐管，其中內(nèi)管為第一管程，內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙為第二管程；烴類與蒸汽的混合物從第一程管的入口端進(jìn)入，然后從第一程管的出口端進(jìn)入第二程管的入口端，再進(jìn)入內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙，最終裂解產(chǎn)物從與第一程管的入口端同側(cè)的第二程管的出口端進(jìn)入急冷鍋爐。在具體實(shí)施中所述的輻射爐管的內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙面積為內(nèi)管面積的1 2倍，優(yōu)選 1. 2-1. 8 倍；在所述的內(nèi)管外壁上設(shè)置保持內(nèi)管與外管之間的同軸度的定位塊，所述的定位塊優(yōu)選為楔型結(jié)構(gòu)，其形狀滿足下部小、上部大，靠近外管處小、離內(nèi)管外壁處的根部大。外管一端(下端)封閉的方式有多種，即可以是一個(gè)官帽或采用一片圓形鋼板與外管焊接、也可以是采用法蘭密封。在所述內(nèi)管的整個(gè)外壁設(shè)有翅片，其結(jié)構(gòu)選自條形或者螺旋型；所述的輻射段爐管設(shè)置整體鑄造的包括內(nèi)管、外管及強(qiáng)化傳熱構(gòu)件的元件。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明克服了 1-1型、2-1和4-1等型兩程爐管以及單程爐管在機(jī)械上的缺點(diǎn)，即克服了兩程爐管由于第一程管與第二程管的熱膨脹的差別而引起的爐管彎曲，同時(shí)也克服了由于單程爐管向一端膨脹而與連接對(duì)流段爐管與單程爐管入口集合管之間的橫跨管之間的熱膨脹難以解決的難題。此種爐管由于第一程管與第二程管均向下膨脹，且外管膨脹長(zhǎng)度大于內(nèi)管，因此不需要設(shè)置彈簧來吸收兩者之間的膨脹差。(2)由于在一垂直結(jié)構(gòu)的爐管中實(shí)現(xiàn)了兩程爐管的流動(dòng)，因此在工藝性能上保留了兩程爐管和單程爐管各自已有的優(yōu)點(diǎn)，并使裂解爐運(yùn)行周期更接近兩程爐管、工藝性能更接近單程爐管。(3)實(shí)現(xiàn)了在同樣爐膛的情況下布置更多爐管、使裂解爐產(chǎn)量提高；(4)由于機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不會(huì)出現(xiàn)爐管彎曲，因而最終延長(zhǎng)了輻射爐管使用壽命；


圖1為現(xiàn)有技術(shù)裂解爐示意圖；圖2為本發(fā)明爐管示意圖；圖3a為本發(fā)明爐管橫截面示意圖的主視圖；圖北為本發(fā)明爐管橫截面示意圖的俯視圖；圖4為入口管與出口的如何實(shí)現(xiàn)物料的進(jìn)與出示意圖；圖5為內(nèi)管條形翅片的斷面圖；圖6為楔形定位塊的斷面圖；圖7為采用本發(fā)明爐管與線性急冷鍋爐相連時(shí)的裂解爐布置示意圖；圖8為采用本發(fā)明爐管與U型急冷鍋爐相連時(shí)的裂解爐布置示意圖；圖9為采用本發(fā)明爐管的裂解爐燃燒器與爐管布置示意圖。附圖中的各附圖標(biāo)記分別表示1為輻射段，2為過渡段，3為對(duì)流段，4為輻射爐管，5為底部燃燒器，6為側(cè)壁燃燒器，7為急冷鍋爐，8高壓汽包，9為引風(fēng)機(jī)，10為入口，11 為出口，12為內(nèi)管(第一程管)，13為外管(第二程管)，14為入口集合管。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1多組輻射爐管布置垂直在輻射段爐膛中央，輻射爐管的下端布置在輻射段爐膛中央底部的一個(gè)延爐膛中心線的槽中，在槽中設(shè)有導(dǎo)向以確保每?jī)筛鶢t管之間的間距保持均勻。入口關(guān)與集合管相連，經(jīng)一水平管和一個(gè)90度彎頭然后插入出口管并與內(nèi)管相連，每一個(gè)出口管向右偏出后與一臺(tái)線性急冷鍋爐相連。對(duì)流段布置在輻射段頂部的左側(cè)。在輻射爐管兩側(cè)布置了底部燃燒器，燃料燃燒釋放熱量后由輻射段爐膛頂部左側(cè)進(jìn)入對(duì)流段。實(shí)施例2多組輻射爐管布置垂直在輻射段爐膛中央，輻射爐管的下端布置在輻射段爐膛中央底部的一個(gè)延爐膛中心線的槽中，在槽中設(shè)有導(dǎo)向以確保每?jī)筛鶢t管之間的間距保持均勻。入口關(guān)與集合管相連，經(jīng)一水平管和一個(gè)90度彎頭然后插入出口管并與內(nèi)管相連，每一個(gè)出口管向右偏出后與一臺(tái)倒U型急冷鍋爐相連。對(duì)流段布置在輻射段頂部的左側(cè)。在輻射爐管兩側(cè)布置了底部燃燒器，燃料燃燒釋放熱量后由輻射段爐膛頂部左側(cè)進(jìn)入對(duì)流段。
權(quán)利要求
1.一種烴類裂解制乙烯裂解爐，包括a)至少一個(gè)輻射區(qū)；排布在輻射區(qū)內(nèi)的底部燃燒器和/或側(cè)壁燃燒器；輻射區(qū)內(nèi)垂直排布的多組兩程輻射爐管；b)對(duì)流區(qū)及水平配置在對(duì)流區(qū)的多組對(duì)流爐管；c)輻射區(qū)和對(duì)流區(qū)之間的過渡區(qū)；d)急冷鍋爐和高壓汽包、引風(fēng)機(jī)； 其特征在于所述的輻射爐管為外管的一端封閉的環(huán)套管結(jié)構(gòu)的輻射爐管，其中內(nèi)管為第一管程， 內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙為第二管程；烴類與蒸汽的混合物從第一程管的入口端進(jìn)入，然后從第一程管的出口端進(jìn)入第二程管的入口端，再進(jìn)入內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙，最終裂解產(chǎn)物從與第一程管的入口端同側(cè)的第二程管的出口端進(jìn)入急冷鍋爐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐，其特征在于所述的輻射爐管的內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙面積為內(nèi)管面積的1 2倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐，其特征在于所述的輻射爐管的內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙面積為內(nèi)管面積的1. 2-1. 8倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐，其特征在于在所述的內(nèi)管外壁上設(shè)置保持內(nèi)管與外管之間的同軸度的定位塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐，其特征在于在所述的內(nèi)管外壁上設(shè)置保持內(nèi)管與外管之間的同軸度的楔型結(jié)構(gòu)定位塊，其形狀下部小、上部大，靠近外管處小、離內(nèi)管外壁處的根部大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐，其特征在于在所述內(nèi)管的整個(gè)外壁設(shè)有翅片，其結(jié)構(gòu)選自條形或者螺旋型。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裂解爐，其特征在于在所述的內(nèi)管外壁上設(shè)置保持內(nèi)管與外管之間的同軸度的楔型結(jié)構(gòu)定位塊； 在所述內(nèi)管外壁的整個(gè)外壁設(shè)有翅片，其結(jié)構(gòu)選自條形或者螺旋型。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7之一所述的裂解爐，其特征在于所述的輻射段爐管設(shè)置整體鑄造的包括內(nèi)管、外管及強(qiáng)化傳熱構(gòu)件的元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種烴類裂解制乙烯裂解爐，在乙烯裂解爐輻射段爐管采用雙套管結(jié)構(gòu)，外管的一端封閉。烴類與蒸汽的混合物從第一程管(內(nèi)管)的一端進(jìn)入，然后在另一端進(jìn)入外管的一端再進(jìn)入內(nèi)管與外管之間的環(huán)隙，最終裂解產(chǎn)物從第二程管(外管)的另一端進(jìn)入急冷鍋爐。烴類與蒸汽混合物(原料)的進(jìn)入與裂解產(chǎn)物的離開是在同一端。此種爐管由于第一程管與第二程管均向同一方向膨脹，且外管膨脹長(zhǎng)度大于內(nèi)管，因此不需要設(shè)置彈簧來吸收兩者之間的膨漲差，最終延長(zhǎng)了輻射爐管使用壽命。實(shí)現(xiàn)了在同樣爐膛的情況下布置更多爐管、使裂解爐產(chǎn)量提高，并使裂解爐運(yùn)行周期更接近兩成爐管、工藝性能更接近單程爐管。
文檔編號(hào)C10G9/20GK102234521SQ20101016050
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者何細(xì)藕, 劉敬坤, 李昌力 申請(qǐng)人:中國(guó)石化工程建設(shè)公司, 中國(guó)石油化工集團(tuán)公司