一段转化炉辐射段炉管的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种一段转化炉辐射段炉管，包括：直管段及螺旋管段；所述螺旋管段设置在所述直管段之间，且与所述直管段连接为一体；与所述螺旋管上端连接的直管段通过潴尾管与转化炉的分配管连接，工艺物料通过所述分配管输入所述直管段及螺旋管段中；与所述螺旋管下端连接的直管段通过潴尾管与转化炉的集气管连接，所述直管段及螺旋管段内的工艺气体通过所述集气管输出。本实用新型提供的一段转化炉辐射段炉管，采用螺旋管设计，炉管轴向长度明显比现有技术中直管减少，使得整个辐射段高度降低，大大降低了生产难度，节约了生产成本。
【专利说明】一段转化炉辐射段炉管
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及合成氨生产设备【技术领域】，特别涉及一种一段转化炉辐射段炉管。
【背景技术】
[0002]一段转化炉是合成氨生产中最重要的设备之一，它不仅为转化反应提供热量，还为整个合成氨装置提供能量，而辐射段转化炉管则是保证转化反应正常进行的基础。
[0003]现代大型合成氨工厂辐射段炉管大多采用直管，工艺气从炉管上端进入，下端排出，在炉管内完成转化反应。
[0004]现有技术下，转化炉辐射段炉管多采用直管，但直管有以下几个缺点:
[0005](I)直管轴向长度长，使得一段炉辐射段高度较高。
[0006](2)采用顶烧时，火焰长度有限，造成炉管底部反应温度较低；操作时，由于需要较长的火焰，必然对燃料的品质要求较高。
[0007](3)如果采用侧烧，随着操作时间增加，直管会慢慢弯曲，导致使用寿命减少。
[0008](4)直管在操作过程中随温度变化，轴向膨胀长度较大，对炉管两端潴尾管长度要求较高。
实用新型内容
[0009]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能降低了一段炉辐射段高度、节约成本及长寿命的一段转化炉辐射段炉管。
[0010]为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种一段转化炉辐射段炉管，包括:直管段及螺旋管段；
[0011]所述螺旋管段设置在所述直管段之间，且与所述直管段连接为一体；
[0012]与所述螺旋管上端连接的直管段通过潴尾管与转化炉的分配管连接，工艺物料通过所述分配管输入所述直管段及螺旋管段中；
[0013]与所述螺旋管下端连接的直管段通过潴尾管与转化炉的集气管连接，所述直管段及螺旋管段内的工艺气体通过所述集气管输出。
[0014]进一步地，所述直管段的长度与螺旋管段轴向长度的总和为6000-10000_。
[0015]进一步地，所述螺旋管段的长度占炉管总长的60-85%。
[0016]进一步地，所述直管段长度为600-1500mm。
[0017]进一步地，所述螺旋管段的螺旋直径< 600_，且为螺旋管段内径的2-5倍。
[0018]进一步地，当采用扁平火焰时，所述螺旋直径为螺旋管段内径的3-5倍，当采用圆火焰时，所述螺旋直径为螺旋管段内径的2-3倍。
[0019]进一步地,所述螺旋管段的螺旋间隔范围在450_1000mm。
[0020]进一步地，所述螺旋管段的内径为110_150mm。
[0021]本实用新型提供的一种一段转化炉辐射段炉管，通过采取螺旋形炉管替代现有技术中的直管设计，有以下几个优点:
[0022](I)每一根一段转化炉辐射段炉管在装有相同体积催化剂的情况下，设有螺旋管段的炉管轴向长度减少，使得整个辐射段高度降低。
[0023](2)由于轴向长度减少，相同长度的火焰可以涵盖更多体积的催化剂，也可以用火焰长度比较短的燃料气，大大降低了生产难度，节约了生产成本。
[0024](3)由于采用设有螺旋管段的一段转化炉辐射段炉管，本来完全在轴向上膨胀量，部分转成了径向的膨胀，使得轴向膨胀长度减少，降低了对潴尾管长度的要求。
[0025](4)设有螺旋管段的一段转化炉辐射段炉管在向某一侧弯曲时，由于螺旋结构本身的优势，使得相比直管弯曲时有更长的使用寿命，有效节约了生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本实用新型实施例提供的一段转化炉辐射段炉管与现有技术中直炉管的结构对比示意图；
[0027]图2为本实用新型实施例提供的一段转化炉辐射段炉管与现有技术中直炉管热膨胀时的对比示意图；
[0028]图3为本实用新型实施例提供的一段转化炉辐射段炉管与现有技术中直炉管受热弯曲时的对比示意图。
【具体实施方式】
[0029]参见图1，本实用新型实施例提供的一种一段转化炉辐射段炉管，其结构特征为:直管段I及螺旋管段2 ;螺旋管段2设置在直管段I之间，且与直管段I连接为一体；与螺旋管段2上端连接的直管段I通过潴尾管与转化炉的分配管连接，工艺物料通过分配管输入直管段I及螺旋管段2中；与螺旋管段2下端连接的直管段I通过潴尾管与转化炉的集气管连接，直管段I及螺旋管段2内的工艺气体通过集气管输出。现有直炉管3的长度是12500_，本实用新型实施例提供的螺旋管段2及直管段I轴向长度为6000-10000_，如果螺旋管段2长度过短，在相同情况下(螺旋管段2直径相同)，螺旋间距减小，会造成工艺气过大的压降。考虑到尽可能减小炉管长度，同时尽量保持较小的管内压降，螺旋管段2及直管段I轴向长度的优选值为7500mm。
[0030]在一定生产负荷下，转化反应动力学、转化催化剂的活性和规定的炉管出口物料转化率，决定了一段转化炉辐射段炉管内的物料流速、管径和管长。对于直管，在一定的火焰长度和热负荷下，覆盖的催化剂体积小；也就是说，在一定流速下，火焰覆盖区域的催化剂反应不需要那么多热量(特别是顶烧，在转化炉顶部热量比较集中，但由于一段转化炉辐射段炉管顶部反应刚开始，不需要那么多热量)，从而导致一段转化炉辐射段炉管上部温度较高，而对于火焰没有覆盖的一段转化炉辐射段炉管下部，由于各种热量损失，导致烟气温度下降很快，一段转化炉辐射段炉管下部转化反应速度变慢，在一定的出口转化率下，导致一段转化炉辐射段炉管较长，同时一段转化炉辐射段炉管两端温差较大。
[0031]设有螺旋管段2的一段转化炉辐射段炉管在相同操作条件下，由于径向长度短，所以火焰覆盖范围大，烟气热量损失小，炉管两端温差相对较小，热效率较高，同时设有螺旋管段2的炉管真实长度(把螺旋管段2抻直了)会比直管长度短。
[0032]考虑到一段转化炉辐射段炉管两端要穿过固定炉管的装置连接到物料分配管和集合管(入口时工艺气分配管，出口时工艺气集合管)上及炉管工作时的膨胀量，所以两端需要留出适当的直管段1，炉管两端直管段I长度为600-1500mm，优选值为750mm。螺旋管段2长度范围占炉管总长的60-85%。如果考虑使用的燃料，火焰长的燃料可取下限，火焰短可取上限。
[0033]考虑到一段转化炉辐射段炉管的刚性要求，同时不增加管间距，螺旋管段2的螺旋直径取值< 600mm。优选值为350mm，在此范围附近的值满足以上要求，同时可以满足圆火焰和扁平火焰的要求，不会直接烧到炉管。
[0034]圆火焰顾名思义，就是圆柱形火焰，要求两排炉管之间的间距比扁平火焰要大，现在直炉管的中间部位变为螺旋管段2，会减小两排炉管间距，所以取值不能太大，否则火焰将直接烧到炉管。
[0035]螺旋管段2的螺旋直径范围不宜太小，直径太小不宜发挥螺旋管段2在减小轴向膨胀量的作用，和炉管弯曲时减小应力的问题；也不宜太大，大直径可能会导致炉管刚性变差，同时增加炉管的排布体积。螺旋管段2的螺旋直径范围应该在螺旋管段2内径的2-5倍，如果是扁平火焰螺旋直径为螺旋管段2内径的3-5倍，如果是圆火焰螺旋直径为螺旋管段2内径的2-3倍。
[0036]螺旋管段2的螺旋间隔范围应取决于管内物料的阻力降，随着间隔范围减小，阻力降随之增大。此值应与螺旋管段2的直径大小配合选取。螺旋间隔范围在450-800mm，如果间隔过大，采用螺旋管段2的炉管就起不到减小高度的作用了。考虑到不增加管内压降，不增大炉管间距，同时减小炉管高度，优选值为670mm。
[0037]考虑到一段转化炉辐射段炉管内压降，炉管直径不能太小，考虑到工艺气反应温度，炉管直径不能太大，相同直径的螺旋管压降会大于直管，所以对于螺旋形炉管直径应稍大于直管，内径在110-150mm，优选值为120mm。
[0038]在一定生产负荷下，转化反应动力学、转化催化剂的活性和规定的炉管出口物料转化率，决定了转化炉管内的物料流速、管径和管长。
[0039]采用本实用新型实施例提供的一段转化炉辐射段炉管工作时，通过一根分配管，将工艺物料平均分配给若干炉管，由于炉管操作时有膨胀量，且膨胀量不同，所以不能将螺旋管段2上端的直管段I直接连到分配管上，而是通过挠性的潴尾管将两者连接起来，由于潴尾管的挠性，各根炉管即使膨胀量不同，甚至相差很多，也不会影响分配管(如果是炉管与分配管直连，炉管不同的膨胀量会导致分配管所受应力变大，使用寿命减小，炉管和分配管连接处极易发生泄漏)。同理，在反应完毕后，螺旋管段下端的直管段通过挠性潴尾管和集气管相连，将工艺气收集并送往下一设备。
[0040]本实用新型提供的一种一段转化炉辐射段炉管，通过采取螺旋形炉管替代现有技术中的直管设计，有以下几个优点:
[0041](I)如图1所示，每一根一段转化炉辐射段炉管在装有相同体积催化剂的情况下，本实用新型提供的设有螺旋管段的炉管轴向长度明显比现有技术中直管减少，使得整个辐射段高度降低。
[0042](2)由于采取螺旋管设计，炉管轴向长度减少，烧嘴4中相同长度的火焰可以涵盖更多体积的催化剂，且燃料还可以采用火焰长度L比较短的燃料气，大大降低了生产难度，节约了生产成本。
[0043](3)如图2所示，由于采用设有螺旋管段的一段转化炉辐射段炉管，本来完全在轴向上膨胀量，部分转成了径向的膨胀，使得轴向膨胀长度减少，降低了对潴尾管长度的要求，从而减少成本。
[0044](4)如图3所示，设有螺旋管段的一段转化炉辐射段炉管在受热向某一侧弯曲时，由于螺旋结构本身的优势，在曲率最大的地方(圈蘑菇云出)，由于设有螺旋管段的炉管储存了更多的长度，应力要比直管曲率最大处的应力小的多，使得相比直管弯曲时有更长的使用寿命，有效节约了生产成本。
[0045]顶烧时烧嘴4在转化炉顶部，与一段转化炉辐射段炉管相间隔排布，火焰喷出方向朝下，火焰长度方向和工艺物流流向相同(与炉管平行)，在顶烧过程中，设有螺旋管段的炉管的优势是优点(I) (2) (3);侧烧是烧嘴沿着炉膛侧壁自上而下安装在转化炉侧壁上，火焰喷出方向与工艺物流流向垂直(与炉管垂直)，在侧烧过程中，设有螺旋管段的炉管的优势是优点(I)⑵⑷。
[0046]最后所应说明的是，以上【具体实施方式】仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照实例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种一段转化炉辐射段炉管，其特征在于，包括: 直管段及螺旋管段； 所述螺旋管段设置在所述直管段之间，且与所述直管段连接为一体； 与所述螺旋管上端连接的直管段通过潴尾管与转化炉的分配管连接，工艺物料通过所述分配管输入所述直管段及螺旋管段中； 与所述螺旋管下端连接的直管段通过潴尾管与转化炉的集气管连接，所述直管段及螺旋管段内的工艺气体通过所述集气管输出。
2.如权利要求1所述的一段转化炉辐射段炉管，其特征在于: 所述直管段的长度与螺旋管段轴向长度的总和为6000-10000mm。
3.如权利要求1所述的一段转化炉辐射段炉管，其特征在于: 所述螺旋管段的长度占占炉管总长的60-85%。
4.如权利要求1所述的一段转化炉辐射段炉管，其特征在于: 所述直管段长度为600-1500mm。
5.如权利要求1所述的一段转化炉辐射段炉管，其特征在于: 所述螺旋管段的螺旋直径< 600mm，且为螺旋管段直径的2_5倍。
6.如权利要求5所述的一段转化炉辐射段炉管，其特征在于: 当采用扁平火焰时，所述螺旋直径为螺旋管段内径的3-5倍，当采用圆火焰时，所述螺旋直径为螺旋管段内径的2-3倍。
7.如权利要求1所述的一段转化炉辐射段炉管，其特征在于: 所述螺旋管段的螺旋间隔范围在450-1000mm。
8.如权利要求1所述的一段转化炉辐射段炉管，其特征在于: 所述螺旋管段的内径为110-150mm。
【文档编号】C01B3/02GK204039052SQ201420430412
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】文征, 陈萍 申请人:中国石油天然气股份有限公司, 中国寰球工程公司