专利名称：圆筒形管式加热炉中间炉管座吊组合结构的制作方法
技术领域：
本技术用于石油化工圆筒形管式加热炉，属于石油化工设备技术领域。
背景技术：
圆筒形管式加热炉是炼油、石油化工和化学工业中广泛使用的工艺加热炉，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。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。
热负荷大于20MW的圆筒形管式加热炉，辐射室炉管多数为吊管结构，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，火焰和烟气形成圆柱状高温区，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，圆筒形管式加热炉直径及高度明显增加，使辐射室顶部高合金钢结构明显变化，设备体积和设备造价大幅提高。增设中间炉管是提高热负荷的最好方案，为了与附墙炉管协调一致也采用吊管结构，由于中间炉管在对流室的投影内，其炉管高合金钢吊架结构庞大复杂，导致设备成本显著增高。
发明内容
为解决现有圆筒形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。本实用新型在圆筒形管式加热炉辐射室中间增加的中间炉管采用座管为主，吊管为辅的座吊组合新技术，中间炉管布置在对流室箱形投影内，解决了中间炉管高合金钢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。使热负荷由22-30MW提高到33-48MW。并突破排管高径比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，这样座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，炉顶钢结构及中间炉管顶部的高合金钢吊架结构将十分庞大，使投资大幅增加。本实用新型采用座吊组合式技术，以座管为主，与传统方法相反，使中间炉管重量的3/4到4/5由炉底钢结构承担，突破辐射炉管座管长细比225的限制，最大可达320。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是圆筒形管式加热炉中间炉管座吊组合结构由辐射室中间炉管、辐射室中间炉管支座结构、辐射室中间炉管联排结构、辐射室中间炉管吊架结构构成，其特征是中间炉管是固定在辐射室中间炉管支座结构上，辐射室中间炉管支座结构作为中间炉管的主支撑，辐射室中间炉管吊架结构、辐射室中间炉管联排结构作为中间炉管辅助支撑的以座为主座吊组合结构。
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，经采用中间炉管座吊组合技术及与使用高强燃烧器配合，使热负荷达到38MW，提高72％(其中高强燃烧器对热负荷提高部分的贡献≯20％)，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1为圆筒形管式加热炉中间炉管座吊组合结构的构造图，图中1-中央燃烧器、2-环形燃烧器、3-炉底钢结构、4-辐射室中间炉管支座结构、5-辐射室中间炉管、6-辐射室中间炉管联排结构、7-辐射室附墙炉管、8-辐射室中间炉管吊架结构、9-辐射室顶钢结构、10-对流室。
附图2-7为圆筒形管式加热炉中间炉管座吊组合结构辐射室中间炉管排管截面形状图。其中图2为单排管圆形节圆线、图3为双排管小三角形节圆线、图4为三排管大三角形节圆线、图5为单排管多边形节圆线、图6为双排管小锯齿形节圆线、图7为三排管大锯齿形节圆线。
附图8-13为圆筒形管式加热炉中间炉管座吊组合结构辐射室中间炉管吊架结构形状图。其中图8为整体式圆形吊架、图9为整体式多边形吊架、图10为分体式多边形吊架、图11为工字型吊架截面、图12为T型吊架截面、图13为倒T型吊架截面。
具体实施方案在圆筒形管式加炉辐射室的中间布置一圈立管作为辐射室中间炉管(5)，由辐射室中间炉管支座结构(4)、辐射室中间炉管联排结构(6)、辐射室中间炉管吊架结构(8)固定，附墙布置一圈立管作为辐射室附墙炉管(7)。附墙立管为吊管，与已有圆筒炉相同。辐射室中间炉管为下座上吊组合结构，炉管顶部为吊管结构，中部为联排结构，炉管下部为支座结构。
圆筒形管式加热炉辐射室中间炉管排管截面可采用如附图2-7所示多种形状。诸如单排管圆形节圆线(图2)、双排管小三角形节圆线(图3)、三排管大三角形节圆线(图4)、单排管多边形节圆线(图5)、双排管小锯齿形节圆线(图6)、三排管大锯齿形节圆线(图7)。
辐射室中间炉管吊架结构(8)应保证炉管向上受热膨胀及径向膨胀后吊架仍然承受炉管的少部分重量。辐射室中间炉管联排结构(6)可增加炉管稳定性，并适应各管程之间的受热膨胀需要。辐射室中间炉管支座结构(4)保证中间炉管排管在运行过程中既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，既考虑把排管重力传递给炉底，又考虑排管自身的受热膨胀。
辐射室中间炉管吊架结构(8)根据中间炉管的管程数可采用附图8-13所示的整体式圆形吊架(图8)、整体式多边形吊架(图9)、分体式多边形吊架(图10)。吊架截面形状可采用工字型吊架截面(图11)、T型吊架截面(图12)、倒T型吊架截面(图13)。吊架结构水平截面形状应以辐射室垂直轴线为对称轴。应承担炉管重量的1/5～2/5重力，并把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(9)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(7)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。
在辐射室中间炉管(5)的中央底部布置一台大能量燃烧器或几台小能量燃烧器组成的中央燃烧器(1)，这样辐射室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。
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。
权利要求1.一种圆筒形管式加热炉中间炉管座吊组合结构，由辐射室中间炉管、辐射室中间炉管支座结构、辐射室中间炉管联排结构、辐射室中间炉管吊架结构构成，其特征是中间炉管是固定在辐射室中间炉管支座结构上，辐射室中间炉管支座结构作为中间炉管的主支撑，辐射室中间炉管吊架结构、辐射室中间炉管联排结构作为中间炉管的辅助支撑的以座为主座吊组合结构。
2.根据权利要求1所述的圆筒形管式加热炉中间炉管座吊组合结构其特征是辐射室中间炉管排管截面形状可为单排管圆形节圆线、双排管小三角形节圆线、三排管大三角形节圆线、单排管多边形节圆线、双排管小锯齿形节圆线、三排管大锯齿形节圆线。
3.根据权利要求1所述的圆筒形管式加热炉中间炉管座吊组合结构其特征是辐射室中间炉管吊架结构根据中间炉管的管程数可采用整体式圆形吊架、整体式多边形吊架、分体式多边形吊架，吊架截面形状可采用工字型吊架截面、T型吊架截面、倒T型吊架截面，吊架结构水平截面形状应以辐射室垂直轴线为对称轴。
专利摘要一种圆筒形管式加热炉中间炉管座吊组合结构，由辐射室中间炉管、辐射室中间炉管支座结构、辐射室中间炉管联排结构、辐射室中间炉管吊架结构组成的以座为主座吊组合结构。解决了现有圆筒形管式加热炉增设辐射室中间炉管困难的技术缺陷，可在不改变圆筒炉通常的直径和高度的前提下，使热负荷由原炉热负荷为22MW提高至38MW，投资仅增加39％(高强燃烧器占增加投资的25％以上)。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F24H1/00GK2876613SQ200520084780
公开日2007年3月7日 申请日期2005年6月29日 优先权日2005年6月29日
发明者李明, 江航, 丁桂平 申请人:中国石油天然气华东勘察设计研究院