变径式加热炉辐射炉管的制作方法
【专利摘要】一种变径式加热炉辐射炉管，可以用于石油化工领域的管式加热炉，强化传热过程，减少管内结焦。本发明的变径式加热炉辐射炉管包括光管段(1)和由渐缩段(3)、变径段(4)、渐扩段(5)组成的变径单元(2)。变径单元(2)自炉管入口(6)沿流体流动方向至少设置一组。本发明的变径式加热炉辐射炉管可以使管内流动速度产生脉动变化，从而破坏边界层，达到强化传热、降低管内结焦的可能性。本发明可以用于石油化工领域的管式加热炉，也适用于其它行业采用辐射炉管加热管内介质的加热炉。
【专利说明】变径式加热炉辐射炉管
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于采用辐射炉管加热管内介质的加热炉内的变径式加热炉辐射炉管，尤其适用于石油化工领域的管式加热炉。
【背景技术】
[0002]管式加热炉是石油炼制、石油化工和化学、化纤工业中使用的工艺加热炉，其作用是通过气体或液体燃料燃烧释放的热量加热炉管中的易燃易爆的烃类气体或液相油品，以达到工艺要求。与一般的工业炉相比，管式加热炉危险性大，操作条件苛刻，容易结焦影响长周期运转。这都给管式加热炉的操作和优化运行带来了困难。
[0003]炉管是管式加热炉进行热量传递的重要设备。炉管需要在高温、高压和腐蚀性介质等苛刻的条件下长期运行，比其它设备和部件更容易损坏。如果炉管传热效率较高、结焦少，则可以实现企业的节能降耗目标，也为企业带来巨大地经济收益。目前解决炉管高效传热、减少结焦的措施主要是在炉管内增加扰流件、提高炉管内壁粗糙度、采用逆流流动提高温差等，都有局限性。比如增加扰流件和提高内壁粗糙度在一定程度上增加了流动阻力，不能很好地实现高效传热、减少结焦的目的。
【发明内容】
[0004]本发明提出一种变径式加热炉辐射炉管。这种炉管的结构比较简单，由于流动截面积周期性变化，流速也会随之发生交替周期性脉动变化，流体湍动增强，有利于混合和减小边界层，进而防止结焦，强化传热，同时流动阻力增加不会太大。因此，本发明的变径式加热炉辐射炉管可以很好地实现高效传热、减少结焦的目标，从而提高加热炉的热效率，减少燃料消耗，延长运行周期，提高经济收益。
[0005]本发明提出的变径式加热炉辐射炉管，包括光管段(I)和变径单元(2)，其中变径单元(2)由渐缩段(3)、变径段(4)、渐扩段(5)组成，且在炉管直管段上沿流体流动方向至少设置一组。
[0006]所述的变径式加热炉辐射炉管中，渐缩段(3)的长度LI为光管段(I)内径D的
0.1?10倍。
[0007]所述的变径式加热炉辐射炉管中，变径段⑷的内径Dl为光管段(I)内径D的
0.75?1.25倍，长度L2为光管段(I)内径D的0.1?20倍。
[0008]所述的变径式加热炉辐射炉管中，渐扩段(5)的长度L3为光管段(I)内径D的
0.1?10倍。
[0009]所述的变径式加热炉辐射炉管，变径单元(2)自炉管入口(6)沿流体流动方向设置多组，相邻两组变径单元(2)之间的间距L为光管段(I)内径D的0.1?40倍。
[0010]所述的变径式加热炉辐射炉管适用于所有采用辐射炉管加热管内介质的加热炉。
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的详细说明。【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1和图2是本发明提出的变径式加热炉辐射炉管实施例示意图。
[0013]图3和图4是本发明提出的变径式加热炉辐射炉管的变径单元放大示意图。
[0014]图1至图4中，1.光管段，2.变径单元，3.渐缩段，4.变径段，5.渐扩段，6.炉管入口，7.炉管出口。
【具体实施方式】
[0015]参考图1至图4，本发明提出的变径式加热炉辐射炉管，包括光管段(I)和变径单元(2)，其中变径单元(2)由渐缩段(3)、变径段(4)、渐扩段(5)组成，且在炉管直管段上沿流体流动方向至少设置一组。
[0016]参考图1至图4，渐缩段(3)的长度LI为光管段⑴内径D的0.1?10倍。
[0017]参考图1至图4，变径段(4)的内径Dl为光管段⑴内径D的0.75?1.25倍，长度L2为光管段(I)内径D的0.1?20倍。
[0018]参考图1至图4，渐扩段(5)的长度L3为光管段⑴内径D的0.1?10倍。
[0019]参考图1至图4，变径单元(2)自炉管入口(6)沿流体流动方向设置多组，相邻两组变径单元⑵之间的间距L为光管段⑴内径D的I?40倍。
[0020]本发明提出的变径式加热炉辐射炉管适用于所有采用辐射炉管加热管内介质的加热炉。
[0021]本发明提出的变径式加热炉辐射炉管的使用过程，例如可以是:被加热介质从炉管入口(6)进入炉管光管段(I)，然后流经至少一个变径单元(2)，从炉管出口(7)流出。其中流经变径单元(2)时，由于炉管横截面积发生周期性变化，而流量保持不变，因此截面流速也呈现出周期性的脉动变化规律，进而强化混合和传热过程；由于渐缩段和渐扩段对于流体流动方向的约束，使得流体在原本沿炉管轴向方向流动的基础上，增加了与轴向流动方向呈一定角度的径向流动，因此破坏了边界层附近的流动规律，从而强化传热，并较少结焦。
[0022]本发明提出的变径式加热炉辐射炉管中的变径段(4)的直径可以大于光管段(I)的内径，也可以小于光管段(I)的内径。沿炉管内流体流动方向上设置多组变径单元时，每个变径单元的结构参数可以相同，也可以不同。
[0023]本发明提出的变径式加热炉辐射炉管中的变径单元的材料与光管段的材料相同。可以采用一体式的铸造、锻造等方法，也可以经过铸造、锻造等成型后再焊接在光管上。
【权利要求】
1.一种变径式加热炉辐射炉管，包括光管段(I)和变径单元(2)，其特征是:变径单元(2)由渐缩段(3)、变径段(4)、渐扩段(5)组成，且在炉管直管段上沿流体流动方向至少设置一组。
2.根据权利要求1所述的变径式加热炉辐射炉管，其特征是:渐缩段(3)的长度LI为光管段(I)内径D的0.1?10倍。
3.根据权利要求1所述的变径式加热炉辐射炉管，其特征是:变径段⑷的内径Dl为光管段(I)内径D的0.75?1.25倍，长度L2为光管段(I)内径D的0.1?20倍。
4.根据权利要求1所述的变径式加热炉辐射炉管，其特征是:渐扩段(5)的长度L3为光管段(I)内径D的0.1?10倍。
5.根据权利要求1所述的变径式加热炉辐射炉管，其特征是:变径单元(2)自炉管入口(6)沿流体流动方向设置多组，相邻两组变径单元⑵之间的间距L为光管段⑴内径D的I?80倍。
6.根据权利要求1所述的变径式加热炉辐射炉管，其特征是:适用于所有采用辐射炉管加热管内介质的加热炉。
【文档编号】F27B17/00GK103673604SQ201210361896
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2012年9月26日
【发明者】王娟, 毛羽, 王江云 申请人:中国石油大学(北京)