一种防结焦加热炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型为一种防结焦加热炉，包括一组辐射室炉管、一组对流室炉管以及一组遮蔽管；一组辐射室炉管设置在辐射室中，一组遮蔽管设置在对流室入口处，一组对流室炉管设置在一组遮蔽管上方；一组辐射室炉管沿所述辐射室的高度方向，由上至下管径逐级缩小；或/和：一组遮蔽管沿所述对流室的高度方向，由上至下管径逐级缩小，遮蔽管组的管径最大值小于或等于对流室炉管的管径；本实用新型有效控制了炉管内油品的流速，改善管内流态，提高了辐射炉管热强度分布的均匀性，避免了炉管内结焦现象的发生，并减少了燃料的消耗，减少了烟气排放量，达到节能减排的目的。
【专利说明】一种防结焦加热炉
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及石油炼制和石油化工生产中的加热设备，具体涉及一种防结焦加热炉。
【背景技术】
[0002]管式加热炉在石油炼制和石油化工生产中占据着重要地位，发挥着越来越重要的作用。随着装置规模的大型化，管式加热炉技术也向着大型化、节能化方向发展。在发展过程中，尽可能提高加热炉的出口温度，以期获得更高的产品收率和更好的产品质量，但过高的炉出口温度会带来炉管内油品的裂解或结焦的倾向性增加，从而导致产品质量下降、炉管的传热性能降低，严重时会造成炉管结焦的发生。
[0003]油品在炉管内流动，由于局部受热不均会发生裂解和聚合现象，生成的重质物或络合物附着在炉管内壁，即所谓结焦。油品在炉管内发生裂解和聚合的程度除与油品自身的热裂解敏感性有关外，主要与油品所受到最高温度以及在该温度下停留时间的长短有关。
[0004]因此，加热炉炉管设计需追求这样的目标:
[0005]1、炉管外表面受热均匀，特别是高温段炉管，必须避免局部过热。
[0006]2、炉管内油品具有较高的流速，特别是高温段炉管，以提高炉管内介质的膜传热系数，降低炉管表面温度，减少高温油品在炉管内的停留时间。
[0007]3、炉管内两相流具有良好的流动形态。由于气液两相热传导性的差异，油品在炉管内流动存在径向温度梯度，贴近管壁的油品温度最高，管中心处介质的温度最低，因此油膜温度是炉管内气液两相流动下油品受热的最高温度。两相流保持环状流或环雾流的形态，可以在炉管的内表面形成稳定的油膜，有利于提高炉管内油品的膜传热系数，降低了油膜温度，进而降低炉管壁温。
实用新型内容
[0008]本实用新型为解决现有技术中加热炉炉管易产生裂解或结焦的缺陷，提供了一种防结焦加热炉，通过对加热炉炉管结构进行合理设计，避免了炉管内结焦现象的发生。
[0009]本实用新型的技术方案如下；
[0010]一种防结焦加热炉，所述加热炉包括一组辐射室炉管4、一组对流室炉管5以及一组遮蔽管6 ；
[0011]一组所述辐射室炉管4设置在辐射室I中，一组所述遮蔽管6设置在所述对流室2入口处，一组所述对流室炉管5设置在一组所述遮蔽管6上方；
[0012]本实用新型的第一个改进点是:对加热炉炉管的适宜位置缩径，具体为:
[0013]所述防结焦加热炉包括炉管缩径结构，即一组所述辐射室炉管4沿所述辐射室I的高度方向包括管径逐级缩小结构或/和一组所述遮蔽管6沿所述对流室5的高度方向包括管径逐级缩小结构；[0014]所述遮蔽管组6的管径最大值小于或等于所述对流室炉管5的管径。
[0015]所述辐射室炉管4的油膜温度为400°C左右，且在油品汽化点前，在所述辐射室炉管4上设置缩径结构，所述辐射室炉管4的缩径结构为:一组所述辐射室炉管(4)包括辐射室炉管缩径段，其管径逐级缩小。
[0016]所述遮蔽管6的缩径结构为:一组所述遮蔽管6包括遮蔽管缩径段，其管径逐级缩小;
[0017]所述遮蔽管缩径段设置在所述辐射室I与所述对流室2交界处，即设置在所述辐射室炉管I的烟气出口上方。
[0018]一组所述炉管缩颈结构的缩径次数为I?2次，SP:
[0019]所述辐射室炉管4的缩径结构的缩径次数为I?2次；
[0020]所述遮蔽管6的缩径结构的缩径次数为I?2次。
[0021]所述辐射室炉管4的缩径结构的管径缩小变化量Λ Φ范围是12mm?25mm。
[0022]所述遮蔽管6的缩径结构的管径缩小变化量Λ Φ范围是12mm?25mm。
[0023]加热炉炉管常用管径分别为:Φ60_、Φ89ι?πι、Φ102mm、Φ 114mm、Φ 127mm、Φ 152mm和Φ 219mm。缩小一级或两级指在该序列里采用较小的管径。
[0024]在具体实施中:加热炉炉管采用Φ114πιπι，辐射室炉管4、遮蔽管6缩径可采用Φ 102mm 或 C>89mm。
[0025]遮蔽管6位于辐射室I与对流室2的交界处，它和辐射室炉管4 一样能接受到炉膛中高温烟气的直接辐射，同时也能接受高速烟气流过时的对流传热，在靠近辐射室I侧较易发生结焦，因此需要对靠近辐射室炉管4侧的遮蔽管6进行缩径。
[0026]缩径的目的是降低油品在炉管内的裂解和结焦倾向性。由于油品和加热炉的操作条件不同，该位置是不固定的。
[0027]在具体实施中，加热炉炉管的缩径位置是根据管内介质压力降、流速、流态要求和相对结焦速率等参数综合计算得到的，根据计算结果，在油膜温度为400°C左右时缩径，即在油品汽化点前缩径，能获得较高的流速，更好地控制管内介质的流态，有效控制结焦。
[0028]本实用新型的第二个改进点是:所述加热炉还包括一组注气点，用于向所述辐射室炉管4和/或所述遮蔽管6中注入水蒸汽；所述蒸汽管线中的水蒸汽压力为1.0Mpa(g)。
[0029]一组所述注气点设置在所述辐射室炉管4或/和所述遮蔽管6上，且一组所述注气点与蒸汽管线相连接，所述蒸汽管线上设置有流量控制阀，以保证注汽量。
[0030]一组所述注气点包括所述辐射室炉管注气点7 ;所述辐射室炉管4的油膜温度为420°C左右，且油品汽化点前，所述防结焦加热炉设置所述辐射室炉管注气点7。
[0031]一组所述注气点还包括所述遮蔽管注气点8 ；
[0032]所述遮蔽管注气点8设置在所述遮蔽管6入口处，且所述遮蔽管注气点8与蒸汽管线相连接，所述蒸汽管线上设置有流量控制阀，以保证注汽量。
[0033]所述辐射室炉管注汽点7的数量为4?8个。
[0034]所述遮蔽管注汽点8的数量为4?8个。
[0035]注汽点一般是炉管上开口，在炉管内加注水蒸气，来改善炉管内介质的流动装态，降低油膜温度，保证油膜厚度，降低结焦倾向性。
[0036]在具体实施中，注汽点的位置选择必须与加热炉计算相结合，在计算中，不同介质，不同操作条件，会得到不同的结果；根据计算结果，一般油膜温度在420°C左右，油品汽化点之后是注入蒸汽的最佳位置。
[0037]所述辐射室炉管4的管径不超过Φ 114mm ；
[0038]所述对流室炉管5的管径不超过Φ 114mm ;
[0039]所述遮蔽管6的管径不超过Φ 114mm。
[0040]在具体实施中:
[0041]加热炉炉管常用管径分别为:Φ60_、Φ89ι?πι、Φ102mm、Φ 114mm、Φ 127mm、Φ 152mm和Φ219πιπι。缩小一级或两级指在该序列里采用较小的管径。例如:加热炉炉管为Φ 114mm，辐射室炉管组4、遮蔽管组6缩径可采用Φ 102mm或Φ89πιπι。
[0042]一组所述辐射室炉管4采用立式或卧式分布于所述辐射室I ;
[0043]一组所述遮蔽管6采用立式或卧式分布于所述对流室2入口处；
[0044]一组所述对流室炉管5采用立式或卧式分布于一组所述遮蔽管6上方；
[0045]所述福射室I为单福射室结构或对称式双福射室结构。
[0046]本实用新型的工作原理为:
[0047]相对于辐射室1，对流室2的操作温度较低，对流室炉管5 —般不易发生结焦，但遮蔽管6的管壁温度较高，管内介质温度经历由低温向高温的升温过程，局部有可能出现受热不均的情况，为了避免遮蔽管局部超温产生结焦的现象发生，遮蔽管6采用缩径，或者在遮蔽管6入口加注水蒸汽，或者采用两者综合的手段，可以改善介质在炉管内的流动状态，防止结焦发生。
[0048]炉管内油品的裂解和聚合而导致结焦的现象多发生在辐射室炉管组4的高温段，通常出现在油品汽化点后到加热炉出口这段炉管，因此在辐射室炉管4的适宜位置，一般油膜温度在400°C左右，油品汽化点之前，可缩小一级或二级管径；或者在辐射室I的适宜位置，一般油膜温度在420°C左右，油品汽化点之后注入低压蒸汽，或者采用两者综合的手段，以提高管内流速，减少热重质油的停留时间，提高管内膜传热系数，减小结焦倾向，以改善介质的流态，有利于保持较低的油膜温度和适宜的油膜厚度，降低高温炉管内油品的结焦倾向。
[0049]采用炉管变径手段，调整炉管内介质的流速和流动状态，充分考虑炉管内介质的流动阻力损失和传热膜系数的关系，使被加热介质在管内接近于等温汽化，避免部分炉管局部超温。同时，调整管内汽化点之后汽液两相流的流型，尽量接近于雾状流或环雾流，避免活塞流的产生。
[0050]炉管的适宜位置注入一定量的水蒸汽，可以有效降低油汽分压，提高油品气化率，增加炉管内介质较低温度的潜热量。同时注入蒸汽后，管内流速提高，缓解因局部过热而造成的不良影响，就可以达到降低炉管内油品的裂解/结焦的倾向性，防止结焦的目的。
[0051]与现有技术相比，本实用新型具有如下优点:
[0052]I)通过分析不同部位的情况，合理选择炉管管径，有效控制炉管内油品的流速，改善管内流态，进而避免了炉管内结焦现象的发生，加热炉可长期在较高的热效率下操作，减少了燃料的消耗，进而降低了装置操作费用，同时减少了烟气排放量，达到节能减排的目的；
[0053]2)通过合理设置注汽点，有效改善炉管内介质的流动状态，提高了加热炉炉管热强度分布的均匀性，炉管受热均匀，使得加热炉炉管使用寿命延长，降低了设备维护及检修费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0054]图1为本实用新型的一种防结焦加热炉的结构示意图；
[0055]附图标号说明:
[0056]1-辐射室；2_对流室；3_燃烧器；4_辐射室炉管；5_对流室炉管；
[0057]6-遮蔽管；7_辐射室炉管注汽点；8_遮蔽管注汽点；9_炉墙；
[0058]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细地说明，本实用新型的保护范围不局限于下述的【具体实施方式】。
【具体实施方式】
[0059]如图1所示，一种防结焦加热炉，所述加热炉包括一组辐射室炉管4、一组对流室炉管5以及一组遮蔽管6 ；
[0060]加热油品的类型为常压渣油；
[0061]加热炉的入口温度为360°C，出口温度为384°C ；
[0062]一组辐射室炉管4沿所述辐射室I的高度方向呈卧式分布，一组所述遮蔽管6呈卧式分布在所述对流室2入口处，一组所述对流室炉管5呈卧式分布在一组所述遮蔽管6上方；
[0063]辐射室炉管4的缩径位置为靠近出口位置约为1/4处，此处油膜温度约为400°C ；缩径前，所述辐射室炉管4的管径为Φ114πιπι;缩径后，所述辐射室炉管4的管径为Φ89πιπι;
[0064]遮蔽管6的缩径位置为靠近辐射室炉管约1/2处，即缩径位置为所述辐射室I与所述对流室2交界处；缩径前，所述遮蔽管6的管径为Φ114πιπι，缩径后，所述遮蔽管6的管径为 Φ 102mm ；
[0065]所述对流室炉管5的管径为Φ 114mm ；
[0066]所述加热炉还包括8个所述辐射室炉管注气点7和8个所述遮蔽管注气点8 ；
[0067]8个所述辐射室注气点7设置在靠近辐射室I出口位置约为1/5处，并分别与8根辐射室炉管4的管程相连接，此处油膜温度为约为420°C ；
[0068]8根所述遮蔽管注气点8设置在靠近辐射室炉管4约为1/3处，并分别与8根所述遮蔽管6的管程入口相连接；
[0069]所述辐射室炉管注气点7与所述遮蔽管注气点8分别与蒸汽管线相连接，通过蒸汽管线分别向所述辐射室炉管4和遮蔽管6中注入1.0Mpa的低压水蒸气，所述蒸汽管线上设置有流量控制阀。
[0070]辐射室I为对称双辐射室结构，二者均为方箱体，且一对辐射室I共用一个对流室2，辐射室I的侧壁为轻质耐热隔热混凝土材质的炉墙9 ；
[0071]一对辐射室I底部均匀分布有8个燃烧器3。
[0072]上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型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，而不仅限于本实用新型上述【具体实施方式】所描述的结构，因此前面描述的方式只是优选地，而并不具有限制性的意义。
【权利要求】
1.一种防结焦加热炉，其特征在于: 所述加热炉包括一组辐射室炉管(4)、一组对流室炉管(5)以及一组遮蔽管(6)； 一组所述辐射室炉管(4)设置在辐射室(I)中，一组所述遮蔽管(6)设置在所述对流室(2)入口处，一组所述对流室炉管(5)设置在一组所述遮蔽管(6)上方； 所述防结焦加热炉包括炉管缩径结构，即一组所述辐射室炉管(4)沿所述辐射室(I)的高度方向包括管径逐级缩小结构或/和一组所述遮蔽管(6)沿所述对流室(5)的高度方向包括管径逐级缩小结构； 所述遮蔽管组(6)的管径最大值小于或等于所述对流室炉管(5)的管径。
2.根据权利要求1所述的一种防结焦加热炉，其特征在于: 所述辐射室炉管(4)的油膜温度为400°C左右，且在油品汽化点前，在所述辐射室炉管(4)上设置缩径结构，所述辐射室炉管(4)的缩径结构为:一组所述辐射室炉管(4)包括辐射室炉管缩径段，其从上至下管径逐级缩小。
3.根据权利要求1所述的一种防结焦加热炉，其特征在于: 所述遮蔽管(6 )的缩径结构为:一组所述遮蔽管(6 )包括遮蔽管缩径段，其从上至下管径逐级缩小； 所述遮蔽管缩径段设置在所述辐射室(I)与所述对流室(2)交界处，即设置在所述辐射室炉管(I)的烟气出口上方。
4.根据权利要求1~3之一所述的一种防结焦加热炉，其特征在于: 一组所述炉管缩颈结构的缩径次数为I~2次，SP: 所述辐射室炉管(4)的缩径结构的缩径次数为I~2次； 所述遮蔽管(6)的缩径结构的缩径次数为I~2次。
5.根据权利要求4所述的一种防结焦加热炉，其特征在于: 所述辐射室炉管(4)的缩径结构的管径缩小变化量Λ Φ范围是12mm~25mm ； 所述遮蔽管(6)的缩径结构的管径缩小变化量Λ Φ范围是12mm~25mm。
6.根据权利要求1所述的一种防结焦加热炉，其特征在于: 所述加热炉还包括一组注气点； 一组所述注气点设置在所述辐射室炉管(4 )或/和所述遮蔽管(6 )上，且一组所述注气点与蒸汽管线相连接，所述蒸汽管线上设置有流量控制阀。
7.根据权利要求6所述的一种防结焦加热炉，其特征在于: 一组所述注气点包括所述辐射室炉管注气点(7);所述辐射室炉管(4)的油膜温度为420°C左右，且油品汽化点前，所述防结焦加热炉设置所述辐射室炉管注气点(7)。
8.根据权利要求6所述的一种防结焦加热炉，其特征在于: 一组所述注气点还包括所述遮蔽管注气点(8)； 所述遮蔽管注气点(8 )设置在所述遮蔽管(6 )入口处，且所述遮蔽管注气点(8 )与蒸汽管线相连接，所述蒸汽管线上设置有流量控制阀。
9.根据权利要求6~8之一所述的一种防结焦加热炉，其特征在于: 所述辐射室炉管注汽点(7)的数量为4~8个； 所述遮蔽管注汽点(8)的数量为4~8个。
10.根据权利要求1所述的一种防结焦加热炉，其特征在于:所述辐射室炉管(4)的管径不超过Φ114πιπι;所述对流室炉管(5)的管径不超过Φ 114mm ；所述遮蔽管(6)的管径不超过Φ 114mm。
【文档编号】F27B17/00GK203454755SQ201320393517
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年7月3日 优先权日:2013年7月3日
【发明者】池琳, 艾国, 袁毅夫, 王秋萍, 冯永生, 李宏波 申请人:中国石油化工集团公司, 中国石化工程建设有限公司