专利名称：一种急冷锅炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于乙烯裂解技术的设备，具体涉及一种急冷锅炉，特别是一种管 壳式急冷锅炉。
背景技术：
裂解炉是乙烯装置的关键单元。裂解原料在裂解炉炉管中经过高温裂解后，进入急冷 锅炉进行快速冷却，防止二次反应的发生，减少烯烃损失，同时将热能回收产生蒸汽。急 冷锅炉主要有套管式急冷锅炉、管壳式急冷锅炉、线性急冷锅炉。
众所周知，急冷锅炉分壳程和管程，其中管程走高温介质一80crc左右的裂解气，壳
程走冷却介质一35(TC左右的饱和水汽混合物。管壳式急冷锅炉由入口封头、换热部件、 出口封头等组成。换热部件则主要由壳体、换热管、管板、冷却介质的引入和引出通道等 构成。基于此，管壳式急冷锅炉的结构形式如下高温裂解气经入口封头进入换热管，管 内走高温介质--80(TC左右的裂解气，冷却介质一35(TC左右的饱和水通过壳体的锅炉给水 接管引入到壳体形成的空间，通过间壁换热，急冷后的裂解气经换热管进入出口封头流出 急冷锅炉，换热后的冷却介质以饱和水汽混合物的形式通过壳体的水汽接管流出急冷锅 炉。管壳式急冷锅炉的结构形式决定了换热部件的入口端和出口端要采用管板将高温介质 和冷却介质分隔开来，并通过法兰将换热部件与入口封头和出口封头连接起来，管板的布 管区域开有相应的管孔连接换热管以形成裂解气的流动通道，管板的周边通常是凸肩结构 与壳体连接形成冷却介质的流动空间。在运行过程中，高温裂解气会在入口管板处形成较 大的温差应力，同时在入口管板与换热管的连接处由于金属壁温的不同形成部分膨胀热应 力。长时间运行后，这些热应力会对连接处造成破坏。先前的技术中采用一种加强型薄管 板来解决上述问题，即通过一个厚管板来承受壳程较高的压力载荷，同时通过一个薄管板 与换热管焊接使得金属壁温处于比较低的水平，两者通过拉筋相连。但这种加强型薄管板 的缺点是结构复杂，制造难度大，成本较高。先前的技术中还有通过一种"牺牲"管板和 在入口管板的背面覆盖隔热材料的方法解决高温裂解气中夹带的细小固体颗粒对入口管 板的冲刷、腐蚀问题。但是采用"牺牲"管板和在入口管板的背面覆盖隔热材料的方法的 缺点是制造复杂，长时间运行后维护费用昂贵。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、解决上述问题的急冷锅炉。 本实用新型急冷锅炉的特征为由下至上依次主要由入口封头1、下连接法兰2、入口 管板3、下连接件4、筒体5、上连接件6、出口管板7、上连接法兰8、出口封头9、换 热管10构成；入口封头1与出口封头9的两端均为法兰，入口封头1的两端为下小上大， 而出口封头9的两端为下大上小，入口封头1与下连接法兰2、出口封头9与上连接法兰 8分别通过法兰连接，入口管板3与出口管板7均为边缘呈凸肩的管板，入口管板3的下 凸肩与下连接法兰2焊接，入口管板3的上凸肩与下连接件4焊接，出口管板7的下凸肩 与上连接件6焊接，出口管板7的上凸肩与上连接法兰8焊接，入口管板3与出口管板 7在布管板区域开有相应的管孔，相对应的管孔分别与换热管10的两端焊接;下连接件4、 上连接件6均为变径管，下连接件4径口由大变小，上连接件6径口由小变大，下连接件 4、上连接件6通过筒体5连接；在入口管板3的边缘上方置有锅炉给水接管11以向筒体 5内引入冷却介质，在出口管板7的边缘下方置有水汽接管13以从筒体5内引出冷却介 质；在入口管板壳程空间的最低处置有排污清洁接头15，用于排污和清洁管板。
本实用新型急冷锅炉的入口封头1与出口封头9的内侧最好装有隔热材料16，该隔 热材料16可以是耐火浇注料、陶瓷纤维等。
本实用新型急冷锅炉的锅炉给水接管11最好安在下连接件4和入口管板3连接处。
本实用新型急冷锅炉的水汽接管13最好安在上连接件6和出口管板7连接处。
本实用新型急冷锅炉在靠近入口管板3背面处最好设有防焦挡板17，防焦挡板17 一方面防止高温裂解气中夹带的细小固体颗粒对入口管板的冲刷和腐蚀，另一方面还使得 裂解气流量分配均匀。
本实用新型急冷锅炉的上连接件6、下连接件4的变径最好通过向内凹的圆弧段来实 现，可以很好地吸收入口管板3、出口管板7处的温差应力。
本实用新型急冷锅炉的入口管板3与出口管板7最好均为薄管板，厚度一般在20mm 25mm。入口管板3与出口管板7最好为整体锻造成型。
本实用新型急冷锅炉的入口管板3与出口管板7上的管孔处最好形成为向内凸起的 凸台，凸台高度一般在25mm 40mm。凸台内径与外径分别与换热管10的内径与外径相对 应，并通过深孔焊实现对接焊接。
本实用新型急冷锅炉的入口管板3的背面最好还敷有一层5mm 10mm的耐热合金堆 焊层，对入口管板3起到很好的热保护作用。
本实用新型急冷锅炉在筒体5内锅炉给水接管11管口附近最好设有下导流板12，在
筒体5内水汽接管13管口附近最好设有上导流板14。
本实用新型急冷锅炉的筒体内部最好设有折流板18，以保证筒体内冷却介质流动路 线曲折。
本实用新型急冷锅炉的入口管板3、下连接件4、筒体5、上连接件6、出口管板7 之间的焊接接头最好为对接焊接接头。
本实用新型急冷锅炉采用有限元分析程序对入口管板、下连接件、筒体、上连接件、 出口管板进行壳程承压+管程承压+温差应力等多种危险组合工况下的应力分析和评定，满 足机械设计的强度要求。
本实用新型急冷锅炉可以采用计算流体动力学软件对急冷锅炉裂解气入口进行CFD数 值模拟，确定合理的流道结构。
本实用新型急冷锅炉建议采用有限元分析程序对急冷锅炉裂解气入口温度场进行数 值分析，为机械设计时合理地进行选材提供依据。
高温裂解气从裂解炉出口炉管通过入口封头1流经换热管10与通过锅炉给水接管11 引入到筒体5内部空间的给水进行间壁换热，快速冷却后的裂解气通过出口封头9流出； 冷却介质进入由入口管板3、下连接件4、筒体5、上连接件6、出口管板7共同组成的急 冷锅炉壳程空间，换热后的水汽混合物通过水汽接管13离开急冷锅炉。
采用本实用新型提供的急冷锅炉结构简单，薄管板与连接件的圆弧结构可以很好地吸 收热应力，防焦挡板的使用避免了裂解气流量分配不均以及对入口管板的冲刷、腐蚀问题。 同时材料消耗量少，整体造价低。另一个特点是该急冷锅炉既可用于新建乙烯裂解装置， 又可适用于在役乙烯裂解装置的改造。
图1为本实用新型的一种急冷锅炉的纵向截面结构示意图。
图2为图1的A-A截面俯视图。
图3为入口管板连接处的纵向截面结构示意图。
图4为出口管板连接处的纵向截面结构示意图。
具体实施方式
图1是本实用新型的一种急冷锅炉，仅是本实用新型的一种形式，本实用新型并不仅 限于此。该急冷锅炉由下至上依次主要由入口封头1、下连接法兰2、入口管板3、下连 接件4、筒体5、上连接件6、出口管板7、上连接法兰8、出口封头9、换热管10构成。
如图1所示， 一种本实用新型急冷锅炉的入口封头1可以为锥形或椭圆形，两端均 为法兰， 一端与急冷锅炉上游的裂解气出口炉管连接，另一端与下连接法兰2连接。入口
封头1的两端为下小上大，在入口封头1的内部通过隔热材料16形成裂解气流动通道19, 同时在入口封头1靠近入口管板3背面处设有防焦挡板17。高温裂解气通过上游的裂解 炉出口炉管进入急冷锅炉。防焦挡板17的使用一方面防止高温裂解气中夹带的细小固体 颗粒对入口管板3的冲刷和腐蚀，另一方面还使得裂解气流量分配均匀。
如图l、图2所示，下连接法兰2、入口管板3、下连接件4、筒体5、上连接件6、 出口管板7、上连接法兰8、换热管IO、折流板18、锅炉给水接管ll、水汽接管13、排 污清洁接头15、下导流板12、上导流板14形成了本实用新型急冷锅炉本体。急冷锅炉本 体通过分别下连接法兰2和上连接法兰8与入口封头1和出口封头9连接。其中入口管板 3、下连接件4、筒体5、上连接件6、出口管板7共同组成了急冷锅炉的壳程空间。
参阅图l、图3，入口管板3为边缘呈凸肩的管板，入口管板3的下凸肩与下连接法 兰2对接焊接，入口管板3的上凸肩与下连接件4对接焊接。下连接件4为变径管，径口 由大变小，变径通过向内凹的圆弧段来实现，可以看作半个膨胀节。入口管板3是薄管板， 厚度一般在20mm 25mm，入口管板3两端通过圆弧形成下凸肩和上凸肩。下连接件4的 变径圆弧段形成的半个膨胀节与入口管板3通过圆弧形成的下凸肩和上凸肩共同吸收入 口管板3高温区域处的温差应力。入口管板3在布管区域开有相应的管？L，在管孔处向内 形成凸台，凸台高度一般在25咖 40mm。凸台内径与外径分别与换热管10的内径与外径 相对应，并通过深孔焊与换热管10的一端实现对接焊接。带有凸台的入口管板3为整体 锻造成型。入口管板3的背面还敷有一层5國 10隱的耐热合金堆焊层20，对入口管板3 起到很好的热保护作用。
参阅图l、图3，图4，筒体5两端分别与下连接件4和上连接件6对接焊接。
参阅图1、图4，出口管板7为边缘呈凸肩的管板，出口管板7的下凸肩与上连接件6 对接焊接，出口管板7的上凸肩30与上连接法兰8对接焊接。上连接件6为变径管，径 口由小变大，变径通过向内凹的圆弧段来实现，可以看作半个膨胀节。出口管板7是薄管 板，厚度一般在20mm 25mm，出口管板7两端通过圆弧形成下凸肩和上凸肩。上连接件6 的变径圆弧段形成的半个膨胀节与出口管板7通过圆弧形成的下凸肩和上凸肩共同吸收 出口管板7处的温差应力。出口管板7在布管区域开有相应的管孔，在管孔处向内形成凸 台，凸台高度一般在25mm 40mm。凸台内径与外径分别与换热管10的内径与外径相对应， 并通过深孔焊与换热管10的另一端实现对接焊接。带有凸台的出口管板7为整体锻造成 型。换热管10与入口管板3、出口管板7通过深孔焊形成对接焊接接头可以改善焊接接 头的应力分布。
参阅图1、图2，沿着换热管IO长度方向设有若干个折流板18。在下连接件4和入口 管板3连接处的一侧设有锅炉给水接管11以引入冷却介质，同时在冷却介质引入的附近
处还设有下导流板12。在上连接件6和出口管板7连接处的一侧设有水汽接管13以引出 冷却介质，同时在冷却介质引出的附近处还设有上导流板14。冷却介质通过下导流板12 引入到壳程空间后，与流经换热管10管内的高温裂解气间壁换热，同时冷却介质通过若 干个折流板18改变流动方向，而后通过上导流板14流出急冷锅炉。在锅炉给水接管11 的对侧，入口管板3壳程空间的最低处还设有多个排污清洁接头15，并且每个排污清洁 接头15最好设置在相邻两排换热管的中间。 一方面可以起到间断排污作用，另一方面在 急冷锅炉停车检修时，可用相应工具通过排污清洁孔将沉积在入口管板3底部的杂质进行 机械清除，以保证具有本实用新型结构的急冷锅炉再次投入运行时急冷锅炉的冷却空间处 于清洁状态。
参阅图l，出口封头9为锥形或椭圆形，两端均为法兰， 一端与急冷锅炉下游的裂解 气出口管线连接，另一端与上连接法兰8连接。出口封头9的两端为下大上小，同时通过 出口封头9的内部隔热材料16实现保温。在急冷锅炉本体快速冷却后的裂解气通过出口 封头9流出急冷锅炉。
参阅图1、图3、图4,入口管板3和出口管板7均是薄管板，厚度一般在20mm 25誦。
参阅图1、图3、图4，入口管板3、下连接件4、筒体5、上连接件6、出口管板7 之间的焊接接头都为对接焊接接头。
参阅图l、图3、图4，入口管板3与换热管IO之间、出口管板7与换热管10之间通 过深孔焊形成对接焊接接头。
权利要求1.一种急冷锅炉，其特征为急冷锅炉由下至上依次主要由入口封头(1)、下连接法兰(2)、入口管板(3)、下连接件(4)、筒体(5)、上连接件(6)、出口管板(7)、上连接法兰(8)、出口封头(9)、换热管(10)构成；入口封头(1)与出口封头(9)的两端均为法兰，入口封头(1)的两端为下小上大，而出口封头(9)的两端为下大上小，入口封头(1)与下连接法兰(2)、出口封头(9)与上连接法兰(8)分别通过法兰连接，入口管板(3)与出口管板(7)均为边缘呈凸肩的管板，入口管板(3)的下凸肩与下连接法兰(2)焊接，入口管板(3)的上凸肩与下连接件(4)焊接，出口管板(7)的下凸肩与上连接件(6)焊接，出口管板(7)的上凸肩与上连接法兰(8)焊接，入口管板(3)与出口管板(7)在布管板区域开有相应的管孔，相对应的管孔分别与换热管(10)的两端焊接；下连接件(4)、上连接件(6)均为变径管，下连接件(4)径口由大变小，上连接件(6)径口由小变大，下连接件(4)、上连接件(6)通过筒体(5)连接；在入口管板(3)的边缘上方置有锅炉给水接管(11)以向筒体(5)内引入冷却介质，在出口管板(7)的边缘下方置有水汽接管(13)以从筒体(5)内引出冷却介质；在入口管板壳程空间的最低处置有排污清洁接头(15)，用于排污和清洁管板。
2. 根据权利要求l所述的急冷锅炉，其特征在于入口封头(1)与出口封头(9)的 内侧装有隔热材料(16)。
3. 根据权利要求l所述的急冷锅炉，其特征在于锅炉给水接管(11)安在下连接件(4)和入口管板(3)连接处。
4. 根据权利要求1所述的急冷锅炉，其特征在于水汽接管(13)安在上连接件(6) 和出口管板(7)连接处。
5. 根据权利要求1所述的急冷锅炉，其特征在于在靠近入口管板(3)背面处设有 防焦挡板(17)。
6. 根据权利要求1所述的急冷锅炉，其特征在于上连接件(6)、下连接件(4)的 变径通过向内凹的圆弧段来实现。
7. 根据权利要求l所述的急冷锅炉，其特征在于入口管板(3)与出口管板(7)均 为薄管板，厚度为20醒 25誦。
8.根据权利要求l所述的急冷锅炉，其特征在于入口管板(3)与出口管板(7)均为整体锻造成型。
9.根据权利要求l所述的急冷锅炉，其特征在于入口管板(3)与出口管板(7)上的管孔处形成为向内凸起的凸台，凸台高度为25皿 40mm;凸台内径与外径分别与换热管(10)的内径与外径相对应，并通过深孔焊实现对接焊接。
10.根据权利要求l所述的急冷锅炉，其特征在于入口管板(3)、下连接件(4)、筒体(5)、上连接件(6)、出口管板(7)之间的焊接接头都为对接焊接接头。
11.根据权利要求1所述的急冷锅炉，其特征在于入口管板(3)的背面敷有一层5mm 10mm的耐热合金堆焊层。
12.根据权利要求1所述的急冷锅炉，其特征在于在筒体(5)内锅炉给水接管(11)管口附近设有下导流板(12)，在筒体(5)内水汽接管(13)管口附近设有上导流板(14)。
13.根据权利要求1所述的急冷锅炉，其特征在于入口管板(3)壳程空间的最低处设有多个排污清洁接头(15)，并且每个排污清洁接头(15)设置在相邻两排换热管的中间。
14.根据权利要求l所述的急冷锅炉，其特征在于筒体内部设有折流板(18)，以保证筒体内冷却介质流动路线曲折。
专利摘要本实用新型涉及一种急冷锅炉，其特征在于由下至上依次主要由入口封头(1)、下连接法兰(2)、入口管板(3)、下连接件(4)、筒体(5)、上连接件(6)、出口管板(7)、上连接法兰(8)、出口封头(9)、换热管(10)构成。入口管板(3)与出口管板(7)均为薄管板。下连接件(4)与上连接件(6)均为变径管。连接件通过半个膨胀节形状可以很好地吸收热应力。壳程空间的焊接接头均为对接焊接接头，换热管与管板之间的焊接通过深孔焊形成实现对接焊接。入口管板背面采用耐热合金堆焊层，对入口管板起到很好的热保护作用。本实用新型急冷锅炉结构简单，同时材料消耗量少，整体造价低，既可用于新建乙烯裂解装置，又可适用于在役乙烯裂解装置的改造。
文档编号C07C11/00GK201068433SQ200720032399
公开日2008年6月4日 申请日期2007年7月19日 优先权日2007年7月19日
发明者安发亮, 翼 康, 建 张, 张贤福, 徐红兵, 李金科 申请人:中国石油化工股份有限公司;天华化工机械及自动化研究设计院