专利名称：新型中间炉管圆筒形管式加热炉的制作方法
技术领域：
本技术用于石油化工的圆筒形管式加热炉，属于石油化工设备技术领域。
背景技术：
管式加热炉是炼油、石油化工和化学工业中广泛使用的工艺加热炉，与其他工业炉有许多不同点，管式加热炉只使用液体或气体燃料，加热方式为直接受火式，以燃料燃烧所产生的高温火焰与烟气作为热源，通过炉管管壁来加热在炉管中流动的原油、馏分油、渣油或气体烃类等工艺流体。使其达到所需要的温度或发生蒸发，甚至发生热解、转化等化学反应。被加热介质在管内流动，因此仅限于加热气体或液体。管式加热炉为连续运转，要求长周期操作。圆筒形管式加热炉是管式炉中最常用的炉型，其结构一般由辐射室、位于在辐射室上部的对流室及余热回收系统组成。
目前国内石油、石油化工行业中，管式加热炉常用炉型有圆筒炉和立式炉两种形式。圆筒炉常用于热负荷小于30MW，立式炉常用于热负荷大于30MW。
圆筒炉由于结构简单、投资少而广泛用于热负荷小于30MW的管式炉上。圆筒炉按功能分类一般由辐射炉管、对流炉管构成的盘管系统；燃烧器构成的燃烧系统；预热器、鼓引风机及烟风道构成的余热回收系统；炉管支架、吊架及管板构成的支撑结构；带有内衬里的钢结构部分和负责监测、控制的仪表系统组成。
热负荷小于30MW的圆筒炉，辐射炉管一般为立管，沿圆筒侧壁衬里附墙布置。燃烧器布置在辐射室底部的中心区域，燃料经燃烧器燃烧后产生火焰和烟气，从底部流向顶部，形成圆柱状高温区，主要以辐射方式向附墙的辐射室炉管传热，为单排管单面辐射传热。为了达到高热效率(＞90％)，在辐射室上部的对流室设计尺寸一般较大。随着热负荷的增加，特别在热负荷超过30MW时，圆筒炉直径及高度明显增加，使辐射顶部钢结构明显变化，增加中间炉管由于结构复杂导致改造成本显著增高。
发明内容
为解决现有圆筒管式加热炉的技术缺陷，在不改变圆筒炉通常的直径和高度的前提下，使热负荷大幅提高，即用较小的投资费用取得较大的热负荷提高。
辐射室炉管的高径比(排管高度与节圆直径之比)国内外设计规范限制在2.75以下，是因为大的高径比使辐射室炉管的热强度不均匀系数明显增加，而无法达到较高的平均辐射热强度，即增加高度或增加高径比难于达到增加热负荷的效果。
本实用新型在圆筒炉辐射室的中间增加中间炉管，中间炉管布置在对流室箱形投影内，解决了中间炉管吊架结构复杂及辐射顶钢结构庞大的问题。使中间炉管为双面辐射，从而大幅提高传热量。在中间炉管与附墙炉管之间设置燃烧器，在辐射室底部为环形。在中间炉管的中央增加燃烧器。由于受辐射室体积的限制，普通燃烧器火焰形状与增加的中间炉管及附墙炉管无法匹配，采用高强燃烧器代替普通燃烧器，解决了中间炉管及附墙炉管传热严重不均匀问题，使热负荷由22-30MW提高到33-48MW。并突破高径比2.75的限制，最高达4.0。
一般圆筒形管式炉热负荷大于20MW时，为了提高热效率(＞90％)，辐射室与对流室的热负荷分配比例为66∶33以下，这样坐落在辐射室顶部的对流室尺寸较大，辐射室中间炉管将在对流室炉管的方框投影之内，(热负荷大于20MW圆筒炉辐射室炉管，按直径及长度，根据设计规范要求绝大多数都是吊管)，这为吊管带来难度。如果采用全吊管结构，炉管及管内工艺物流的重量全部由辐射顶部钢结构承担，炉顶钢结构及中间排管顶部的高合金钢结构将十分庞大，使投资大幅增加。本方法采用坐吊组合式技术，以坐管为主，与传统方法相反，使中间排管的重量基本由炉底钢结构承担，解决了辐射顶钢结构庞大的问题。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是新型中间炉管圆筒形管式加热炉，由辐射室的附墙炉管、中间炉管、在中间炉管与附墙炉管之间辐射室底部设置的环形燃烧器、中间炉管中心辐射室底部的中心燃烧器和对流室的对流室炉管以及余热回收系统构成，其特征是设置中间炉管为双面热辐射，从而大幅提高传热量；环形燃烧器位于中间炉管与附墙炉管之间，在辐射室底部为环形布置；中心燃烧器位于辐射室底部、中间炉管的中心；环形燃烧器和中心燃烧器都采用高强燃烧器代替普通燃烧器。
本实用新型具备以下有益效果以一台圆筒炉改造为例改造前，原炉热负荷为22MW，经采用中间炉管及使用高强燃烧器的组合技术，使热负荷达到38MW，提高72％，投资仅增加39％；对于一台38MW采用此项技术的新圆筒炉，与同样热负荷的立式炉(因在国内没有类似38MW的圆筒炉可比)比较节省投资23％，对于热负荷30-48MW的炉子可节省投资20-31％。
本技术可解决扩能改造中时间紧、大幅提高热负荷难度大、造价高的问题。如300万吨/年处理量的圆筒炉，采用本技术可改造成500万吨/年处理量，并在检修期35-45天内完成炉子的改造，大幅提高效益。
附图为新型座式中间排管圆筒形管式炉的构造图，图中A辐射室、B对流室、C余热回收系统。1中央燃烧器、2环形燃烧器、3炉底钢结构、4中间炉管支座结构、5辐射室中间炉管、6附墙炉管拉钩、7中间炉管联排结构、8辐射室附墙炉管、9中间炉管吊架结构、10附墙炉管吊钩、11辐射室顶钢结构、12对流室炉管、13烟囱、14烟道挡板、15空气预热器、16风机。
具体实施方案在圆筒炉辐射室的中间布置一圈立管作为辐射室中间炉管(5)由中间炉管支座结构(4)、中间炉管联排结构(7)、中间炉管吊架结构(9)固定，附墙布置一圈立管作为辐射室附墙炉管(8)由附墙炉管拉钩(6)、附墙炉管吊钩(10)固定。附墙立管为吊管，与已有圆筒炉一样。辐射室中间炉管为下坐上吊组合结构，炉管顶部为吊管结构，中下部为联排结构，炉管下部为支座结构。
中间炉管吊架结构(9)应保证炉管向上膨胀及径向膨胀后吊架仍然承力。中间炉管联排结构(7)可增加炉管稳定性的作用，并适应各管程之间的膨胀需要。中间炉管支座结构(4)保证排管在运行过程中即起到支撑作用又使排管不脱离，同时可使排管自由径向位移并适当限位，并应与炉底钢结构合理连接，既考虑把炉管重力传递给炉底钢结构又考虑自身的膨胀。
辐射室中间炉管(5)的吊架结构根据中间炉管的管程数可采用多边形和圆形，截面形状应以垂直轴线为对称轴。应考虑把部分排管重力传递给炉顶结构，还要考虑自身的膨胀变形。在最高温度及最苛刻受力条件下满足强度要求。辐射室顶钢结构(11)应考虑承受中间炉管吊架及部分辐射室炉管的重量，而辐射室中间炉管的大部分重量及管内物流重量由炉底钢结构承担，从而总的钢结构重量增加很少。
在辐射室附墙炉管(8)与辐射室中间炉管(5)之间的环形空间底部布置一圈环形燃烧器(2)，此环形布置的燃烧器与附墙炉管及中间炉管之间的距离、燃烧器的数量及能量应与附墙炉管及中间炉管的管程数相匹配。
在中间炉管(5)的中央底部布置一台大能量中央燃烧器(1)，此燃烧器和环形燃烧器(2)全部采用高强燃烧器，这样中间炉管为双面辐射而附墙炉管为单面辐射，中央燃烧器的能量应与环形燃烧器相匹配，使附墙炉管与中间炉管达到所需要的热强度及热负荷。为了获得理想的温度分布和均匀的热强度，燃烧器的能量分布应均衡，原则是控制中间炉管(单排管时)与附墙炉管平均表面热强度之比在1.3-1.5之间。
高强燃烧器为强制供风燃烧器，风机及风道应满足高墙燃烧器的要求，中间燃烧器风道与环形燃烧器风道应分配合理并各自独立可调节风量，以满足中间炉管与附墙炉管达到合理的热强度要求。
对流室炉管面积应与辐射室炉管相匹配，以得到合理的高热效率。为了减少管内压降，弯头尽量少，即对流室炉管为长方形，在可能的情况下尽量长。对流室炉管面积还应与空气预热器相协调，使烟气出对流的烟气温度合理。
空气预热系统中的空气预热器应根据对流室的排烟温度合理确定最终排烟温度以确定换热面积。
为了安全和高效率，在中间炉管各管程适当部位设置管壁热电偶，以控制超温。在辐射室顶部设置负压计和氧含量测量仪表，与烟道挡板及风机连锁，保证炉膛在合理的负压范围内，过剩空气系数在要求的范围内，达到理想的热效率。
权利要求1.一种新型中间炉管圆筒形管式加热炉，由辐射室的附墙炉管、中间炉管、在中间炉管与附墙炉管之间辐射室底部设置的环形燃烧器、中间炉管中心辐射室底部的中心燃烧器和对流室的对流室炉管以及余热回收系统构成，其特征是设置中间炉管为双面热辐射，从而大幅提高传热量；环形燃烧器位于中间炉管与附墙炉管之间，在辐射室底部为环形布置；中心燃烧器位于辐射室底部、中间炉管的中心；环形燃烧器和中心燃烧器都采用高强燃烧器代替普通燃烧器。
2.根据权利要求1所述的新型中间炉管圆筒形管式加热炉其特征是中间炉管与附墙炉管为同圆心布置，中间炉管横截面排列可为圆形或多边形，中间炉管的固定为下坐上吊组合结构，顶部为吊管结构，中下部为联排结构，炉管下部为支座结构。
3.根据权利要求1所述的新型中间炉管圆筒形管式加热炉其特征是环形燃烧器位于中间炉管与附墙炉管之间辐射室底部，与中间炉管和附墙炉管为同圆心布置。
专利摘要一种新型中间炉管圆筒形管式加热炉，由辐射室的附墙炉管、中间炉管、在中间炉管与附墙炉管之间辐射室底部设置的环形燃烧器、中间炉管中心辐射室底部的中心燃烧器和对流室的对流室炉管以及余热回收系统构成。解决了现有圆筒管式加热炉的技术缺陷，在不改变圆筒炉通常的直径和高度的前提下，使热负荷大幅提高，即用较小的投资费用取得较大的热负荷提高。实验表明，原炉热负荷为22MW，经采用增加中间炉管及使用高强燃烧器的组合技术，使热负荷达到38MW，提高72％，投资仅增加39％；38MW采用此项技术的新圆筒炉，与同样热负荷的立式炉(因在国内没有类似38MW的圆筒炉可比)比较节省投资23％，对于热负荷30－48MW的炉子可节省投资20－31％。
文档编号C10G9/20GK2900531SQ20052008317
公开日2007年5月16日 申请日期2005年5月13日 优先权日2005年5月13日
发明者李明, 江航, 窦世山, 陈文亚 申请人:中国石油天然气华东勘察设计研究院