一种乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，属于石油化工领域。所述乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管包括第一程炉管和第二程炉管，所述第一程炉管包括两根8字形截面炉管、一个8字形到圆形过渡管件和一根圆形炉管，所述第二程炉管为一根圆形炉管。本实用新型的第一程管是8字形截面炉管，较现有技术2-1型圆形炉管来说增大了比表面积，有利于裂解反应起始阶段的大量吸热，有利于裂解反应的发生且生产能力较大，另外，第一程管外表面是8字形或类似椭圆形，其较圆形炉管来说减小了相邻炉管问的遮蔽效应，保证炉管径环向表面上的温度分布均匀，减轻了结焦的程度，进而延长了裂解炉的运行周期。
【专利说明】一种乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管
【技术领域】
[0001]本实用新型属于石油化工领域，具体涉及一种乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，用于石油化工生产中的乙烯装置裂解炉辐射室内。
【背景技术】
[0002]2-1型辐射炉管是石油化工乙烯装置中乙烯裂解炉广泛采用的一种炉管构型。
[0003]目前，世界上重要的乙烯裂解技术提供商所设计的2-1型炉管第一程管和第二程管均采用圆形炉管2，如图1所示，两程管之间采用圆-圆过渡管件5连接。
[0004]现有2-1型炉管，为平衡生产能力和裂解反应特性，在炉管排布上排布紧密，管间距较小；第一程炉管需要采用较小管径的炉管，第二程炉管采用较大管径的炉管。这样就会带来单组炉管的生产能力较小，相邻炉管间遮蔽越来越严重，从而导致同一根炉管受双面辐射传热时迎火面温度高，相邻炉管间受遮蔽影响温度较低，造成实际有效换热面积减小，炉管受热不均匀，结果是高温区易结焦，炉管易弯曲变形。
[0005]目前，针对现有2-1型炉管受热不均匀、易结焦等缺点，为了增强辐射炉管的换热效果，减轻结焦程度，延长操作周期，裂解炉广泛采用的一种强化传热技术是在辐射炉管上增加一个强化传热部件，该部件可以有效减小管内流体的边界层，有增强换热、增大吸热的效果，从而延长操作周期。目前应用最广泛的一种技术就是在炉管的管段之间增加扭曲片。扭曲片是一个单独的静态铸造部件，炉管是离心铸造而成，这两种不同制造方法的管件和管段组装成辐射盘管以后会对辐射盘管在传热效果和机械性能上造成一定的影响。扭曲片因其结构特点，在其使用过程中容易堵塞，影响使用安全。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，改善裂解工艺性能，提高生产能力，同时具有良好的机械性會K。
[0007]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0008]一种乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，包括第一程炉管和第二程炉管，所述第一程炉管包括两根8字形截面炉管、一个8字形到圆形过渡管件和一根圆形炉管，所述第二程炉管为一根圆形炉管。
[0009]所述第一程炉管的两根8字形截面炉管的下端分别与所述8字形到圆形过渡管件的上端相连通，所述8字形到圆形过渡管件的下端与所述第一程炉管中的圆形炉管的上端相连通，所述第一程炉管中的圆形炉管的下端通过U型管和圆形到圆形过渡管件与所述第二程炉管的下端相连通。
[0010]所述8字形截面炉管的内腔的横截面是由两个直径相等的圆相交而成的；
[0011]两个圆的半径均为R，两个圆的相交高度为h，20mm R 40mm, R/3 h R/2o
[0012]所述8字形截面炉管的外表面的横截面为椭圆形。
[0013]另外，也可以设计为，所述8字形截面炉管的外表面的横截面是由两个直径相等的圆相交而成的。
[0014]所述8字形到圆形过渡管件为Y型，其上端的两个分支的内腔的横截面均为8字形，其大小与所述8字形截面炉管的内腔相同，下端的内腔的横截面为圆形，其大小与所述U型管的内腔相同，所述8字形到圆形过渡管件的上端和下端之间为从8字形向圆形的过渡段;
[0015]所述圆形到圆形过渡管件的一端的大小与U型管的内腔相同，另一端的大小与所述第二程炉管的内腔相同；
[0016]所述U型管的直径小于第二程炉管的直径。
[0017]每根所述8字形截面炉管的长度为1，第一程炉管的总长为L，L/3 < I < L。
[0018]每根所述8字形截面炉管的横截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为α，且0° 彡 α 彡 30° ;
[0019]所述8字形到圆形过渡管件中，8字形截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为α，且0°彡α彡30°。
[0020]所述辐射炉管构型中的各个炉管均为垂直吊挂，8字形截面炉管和圆形炉管的轴线均垂直于辐射传热区的中线。
[0021]所述第一程炉管的两根8字形截面炉管、圆形炉管和第二程炉管的中心线沿辐射室中线分布，且第一程炉管的两根8字形截面炉管、圆形炉管和第二程炉管的中心线位于同一个平面上。
[0022]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0023](I)第一程管是8字形截面炉管，较现有技术2-1型圆形炉管来说增大了比表面积，有利于裂解反应起始阶段的大量吸热，有利于裂解反应的发生且生产能力较大。
[0024](2)第一程管外表面是8字形或类似椭圆形，其较圆形炉管来说减小了相邻炉管间的遮蔽效应，保证炉管径环向表面上的温度分布均匀，减轻了结焦的程度，进而延长了裂解炉的运行周期。
[0025](3)8字形截面炉管的截面是由两个圆相交构成，此种结构有明显的强化传热效果，无需增加额外的强化传热部件就可以达到有效的减小管内流体边界层、增加传热效果的作用，且有机械性能和传热效果连续的特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1现有技术2-1构型炉管
[0027]图2本发明2-1构型炉管
[0028]图3本发明炉管截面图1
[0029]图4本发明炉管截面图2
[0030]图5 8字形-圆过渡管件图
[0031]图6 8字形炉管水平排布图
[0032]图7 8字形炉管α夹角排布图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述:
[0034]具体说来，为了克服现有2-1型炉管的缺点，如图2所示，本实用新型第一程炉管采用8字形截面炉管1，第二程管为圆形炉管2。这样，增大了第一程管换热表面积，提高了生产能力，减小了相邻炉管的遮蔽效应，提高了有效换热面积，使辐射传热更加均匀?’有强化传热效果，减小管内流体边界层，有增加传热效果的作用。
[0035]实施例1
[0036]如图3所示，第一程炉管是两根8字形截面炉管、第二程炉管是一根圆形炉管的2-1型炉管。辐射炉管构型中的各个炉管均为垂直吊挂，并垂直于所述辐射传热区的中线10。第一程8字形截面炉管和第二程圆形炉管之间采用类8字形截面-圆过渡管件3、U型管和圆形-圆形过渡管件4连接，8字形截面-圆过渡管件3的结构是由一个8字形截面的构型向一个圆构型过渡，如图5所示。
[0037]第一程8字形截面炉管和第二程圆形炉管的中心线沿辐射室中线分布，且第一程8字形截面炉管和第二程圆形炉管的中心线位于同一个平面上。
[0038]第一程8字形截面炉管的横截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为0°，即水平排列，8字形到圆过渡管件中的8字形截面与辐射传热区的中线夹角为0°如图6所示，另夕卜，第一程8字形截面炉管的横截面的长轴、8字形到圆过渡管件中的8字形截面与辐射传热区的中线夹角为，即旋转排列，如图7所示。α°排列可以缩短沿中线排布的间距，这样可以多排一些炉管，可以带来裂解能力上的提高，一定程度上提高了产量。
[0039]8字形截面炉管截面内表面由两个圆相交构成，类似8字形状，外表面类似椭圆形状(如图3所示)。相交圆半径R = 30mm，相交圆相交高度为h = 15mm。第一程炉管全长L = 10000_，8字形截面炉管长I = 5000mm(I实际包括了 8字形截面炉管和过渡管件的长度，这样从工艺特性上限定了上下部的比例)。
[0040]实施例2
[0041]如图4所示，第一程炉管是两根8字形截面炉管、第二程管是一根圆形炉管的2-1型炉管。辐射炉管构型中的各个炉管均为垂直吊挂，并垂直于所述辐射传热区的中线。第一程8字形截面炉管和第二程圆形炉管之间采用8字形截面-圆过渡管件3、U型管和圆形-圆形过渡管件4连接，8字形截面-圆过渡管件3结构是由一个8字形截面的构型向一个圆构型过渡，如图5所示。
[0042]第一程8字形截面炉管和第二程圆形炉管的中心线沿辐射室中线分布，且第一程8字形截面炉管和第二程圆形炉管的中心线位于同一个平面上。
[0043]第一程8字形截面炉管的横截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为0°，即水平排列，8字形到圆过渡管件中的8字形截面与辐射传热区的中线夹角为0°如图6所示，另夕卜，第一程8字形截面炉管的横截面的长轴、8字形到圆过渡管件中的8字形截面与辐射传热区的中线夹角为，即旋转排列，如图7所示。α°排列可以缩短沿中线排布的间距，这样可以多排一些炉管，可以带来裂解能力上的提高，一定程度上提高了产量。
[0044]8字形截面炉管截面由两个圆管相交焊接而成，其整体形状近似8字形构型(如图4所示)。相交圆半径R = 30mm，相交圆相交高度为h = 15mm。第一程炉管全长L =10000mm，8字形截面炉管长I = 5000mm。
[0045]上述技术方案只是本发明的几种最为典型的实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述【具体实施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。炉管的布置型式不限于各个图所列，本发明辐射段炉管可用于新建裂解炉或对裂解炉进行扩能改造。
【权利要求】
1.一种乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，其特征在于:所述乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管包括第一程炉管和第二程炉管，所述第一程炉管包括两根8字形截面炉管、一个8字形到圆形过渡管件和一根圆形炉管，所述第二程炉管为一根圆形炉管。
2.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，其特征在于:所述第一程炉管的两根8字形截面炉管的下端分别与所述8字形到圆形过渡管件的上端相连通，所述8字形到圆形过渡管件的下端与所述第一程炉管中的圆形炉管的上端相连通，所述第一程炉管中的圆形炉管的下端通过U型管和圆形到圆形过渡管件与所述第二程炉管的下端相连通。
3.根据权利要求2所述的乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，其特征在于:所述8字形截面炉管的内腔的横截面是由两个直径相等的圆相交而成的； 两个圆的半径均为R，两个圆的相交高度为h，20mm R 40mm, R/3 h R/2o
4.根据权利要求3所述的乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，其特征在于:所述8字形截面炉管的外表面的横截面为椭圆形。
5.根据权利要求3所述的乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，其特征在于:所述8字形截面炉管的外表面的横截面是由两个直径相等的圆相交而成的。
6.根据权利要求4或5所述的乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，其特征在于:所述8字形到圆形过渡管件为Y型，其上端的两个分支的内腔的横截面均为8字形，其大小与所述8字形截面炉管的内腔相同，下端的内腔的横截面为圆形，其大小与所述U型管的内腔相同，所述8字形到圆形过渡管件的上端和下端之间为从8字形向圆形的过渡段； 所述圆形到圆形过渡管件的一端的大小与U型管的内腔相同，另一端的大小与所述第二程炉管的内腔相同； 所述U型管的直径小于第二程炉管的直径。
7.根据权利要求6所述的乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，其特征在于:每根所述8字形截面炉管的长度为1，第一程炉管的总长为L，L/3 < I < L0
8.根据权利要求7所述的乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，其特征在于:每根所述8字形截面炉管的横截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为α，且0° 彡 α 彡 30° ; 所述8字形到圆形过渡管件中，8字形截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为α，且0° 彡 α 彡 30° ο
9.根据权利要求1所述的乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，其特征在于:所述辐射炉管构型中的各个炉管均为垂直吊挂，8字形截面炉管和圆形炉管的轴线均垂直于辐射传热区的中线。
10.根据权利要求9所述的乙烯裂解炉用8字形截面的2-1型辐射炉管，其特征在于:所述第一程炉管的两根8字形截面炉管、圆形炉管和第二程炉管的中心线沿辐射室中线分布，且第一程炉管的两根8字形截面炉管、圆形炉管和第二程炉管的中心线位于同一个平面上。
【文档编号】C07C4/04GK204198683SQ201420678791
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月6日 优先权日:2014年11月6日
【发明者】孙向军, 薛磊, 李光, 郭玉萍 申请人:中国石化工程建设有限公司, 中石化炼化工程（集团）股份有限公司