一种便于检修拆装的提升管反应器喷嘴的制作方法

本发明属于石油炼制设备领域，特别涉及一种催化裂化装置中提升管反应器设备用的喷嘴组件。

背景技术：

催化裂化装置在我国占有重要的地位，目前全国石油炼制企业在运行的催化裂化装置不低于180套，随着炼油技术及工艺水平的提高，以及对产品收率提高的要求，催化裂化原料油中重组分越来越多，主要原料中的常压渣油、减压渣油、溶剂脱沥青、蜡油中的掺渣比不断升高。提升管反应器是其中关键设备，依据加工能力的不同，都有2个至8个甚至更多数量的原料进料喷嘴。重组分雾化不好，加剧了提升管乃至喷嘴的结焦，近年来随着喷嘴技术的提高，延缓了结焦速率，延长了开工时间，但都忽视了喷嘴套管结构的不合理，造成了喷嘴外部结焦和喷嘴主体与喷嘴套管间填充物的结焦，在检查、检修过程中喷嘴取出困难从而破坏喷嘴结构。因为喷嘴采购费用高、加工周期长，且装置检修周期短，则造成的结果是喷嘴带问题继续运行，加快了其它设备的结焦速率而影响产品收率，或者是延长检修周期降低产能。

根据原料性质，随着掺渣比的提高，反应油气重组分都提高，其终馏点也越高，越难以汽化，越容易形成未汽化油，吸附未汽化油的“湿”催化剂数量就越多，“湿”催化剂粘附在设备表面上发生结焦反应，势必增大结焦，油气中重组分越高，其重组分的分压和露点越容易发生冷凝结焦，所以残炭值高是结焦的内在因素；而上述“湿”催化剂形成原理是：催化剂是粉状细小颗粒，原料油通过过热蒸汽从喷嘴高速喷出形成雾状液体，与干催化剂结合后发生裂解反应，轻组分分离出来，重组分无法分解包裹在催化剂表面，就形成“湿”催化剂。喷嘴主体及喷嘴套管周围存在不均匀的流场、温度场和浓度场，正是油气所处的环境达到了结焦条件，才造成喷嘴主体端部结焦，这些梯度分布是喷嘴结焦的外因。

如图1所示为现有的提升管反应器喷嘴结构示意图，其包括喷嘴主体1和安装在喷嘴主体上的喷嘴套管2，在喷嘴主体1和喷嘴套管2之间填充有柔性填充料3，在喷嘴套管2外壁设有耐磨衬里并通过环形衬里挡圈21固定。在石油炼制行业中，各个设计单位在提升管反应器喷嘴套管部分的设计一直沿用的就是图1中衬里挡圈的结构形式，即环形挡圈，其在介质流流向上的截面积大，并且与喷嘴主体端部处易形成涡流，从而在喷嘴出口边缘处出现结焦严重的状况。进一步的，喷嘴主体与喷嘴套管间的柔性填充料因吸附油气或含油的催化剂，在停工降温情况下因冷却冷凝成块，因摩擦阻力过大致使喷嘴主体无法取出。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种在检修过程中可以方便快捷地拆除喷嘴主体进行检测并快速恢复的提升管反应器喷嘴，还可防止喷嘴主体与喷嘴套管间渗入油气和含油催化剂。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种便于检修拆装的提升管反应器喷嘴，包括喷嘴主体、喷嘴套管、定位环、内阻气环、外阻气环、锥形衬里挡圈，该喷嘴套管固定在提升管反应器的壳体上，该喷嘴主体与喷嘴套管插装；所述定位环焊接固定在喷嘴套管内壁，并与所述喷嘴主体之间具有间隙；所述内阻气环呈开口圆环状，且开口两端上开设有第一安装孔，该内阻气环自由状态下开口封闭且弹性向内，该内阻气环在安装时卡紧在喷嘴主体外壁上且与喷嘴套管的内壁之间具有间隙；所述外阻气环呈开口圆环状，且开口两端上开设有第二安装孔，该外阻气环自由状态下开口敞开且弹性向外，该外阻气环在安装时卡紧在喷嘴套管内壁上且与喷嘴主体的外壁之间具有间隙；所述定位环、内阻气环及外阻气环相互平行设置，且内阻气环位于定位环和外阻气环之间，所述定位环、内阻气环、外阻气环以及喷嘴套管和喷嘴主体围成的空间内填充有柔性填充料，所述外阻气环外部、喷嘴套管端部和喷嘴主体的出口端围成的空间内填充有第一耐磨衬里，所述喷嘴套管外壁设有第二耐磨衬里，该第二耐磨衬里通过所述锥形衬里挡圈限位，该锥形衬里挡圈焊接在喷嘴套管端部。

本发明的目的还采用以下技术措施来进一步实现。

前述的提升管反应器喷嘴，其中所述喷嘴主体通过喷嘴法兰与所述喷嘴套管的套管法兰相连从而实现二者可拆卸固接。

前述的提升管反应器喷嘴，其中所述定位环与喷嘴主体的间隙为1mm。

前述的提升管反应器喷嘴，其中所述内阻气环的外径与喷嘴套管内壁之间的间隙为2mm。

前述的提升管反应器喷嘴，其中所述外阻气环的内径与喷嘴主体外壁之间的间隙为2mm。

前述的提升管反应器喷嘴，其中所述锥形衬里挡圈呈锥形体且其安装后的锥面方向与介质流向相同。

前述的提升管反应器喷嘴，其中所述内阻气环的开口间隙为1.5mm至2mm。

前述的提升管反应器喷嘴，其中所述外阻气环的开口间隙为2mm至2.5mm。

前述的提升管反应器喷嘴，其中所述柔性填充料为陶瓷纤维。

前述的提升管反应器喷嘴，其中所述内、外阻气环在安装后其开口错开180°。

借由上述技术方案，本发明与现有技术相比至少具备以下有益效果：

1、本发明运用空气动力学原理，一方面将现有水平安装状态的圆环形衬里挡圈改成锥形衬里挡圈，并且其锥面的安装方向与介质流向相同，从而减小了整个喷嘴在介质流方向上的横截面积，实现减小喷嘴套管端部处流通阻力，相对降低介质流在喷嘴套管端部处的流阻。另一方面，通过填充第一耐磨衬里，减小端面结焦处表面积并增加平滑度来减少涡流的产生，从而大大降低结焦状况，影响喷嘴雾化效果。

2、本发明利用一个定位环、一个内阻气环和一个外阻气环在喷嘴套管和喷嘴主体间的缝隙形成的S型通道大大减缓油气或含油催化剂的流通速度，再利用压实的柔性填充物即可阻止油气或含油催化剂渗入进喷嘴套管和喷嘴主体间未填充柔性填充料部分的缝隙内，并避免油气和含油催化剂冷却、固化、结焦从而致使喷嘴主体无法取出。因喷嘴端部结焦量少，油气和含油气催化剂渗入压实的柔性填充物大幅度减少，并且摩擦面积减小，则喷嘴主体就可以轻松拔出，达到快速、无损拆除喷嘴主体的目的。

3、本发明中所采用的内、外阻气环具有耐高温特性和一定的弹性，在高温下两个阻气环的开口间隙会因热涨而闭合，在开口处两端端面上设有安装孔，便于使用工具进行拆除和安装。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是现有提升管反应器喷嘴的剖面结构示意图。

图2是本发明的剖面结构示意图。

图3是本发明中喷嘴套管及喷嘴端部处的剖面结构示意图。

图4是本发明中内阻气环的形状示意图。

图5是本发明中外阻气环的形状示意图。

图6是本发明在工作时提升管反应器内部介质流向原理示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种便于检修拆装的提升管反应器喷嘴其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

请参阅图2至图5，本发明的一种便于检修拆装的提升管反应器喷嘴，包括喷嘴主体1、喷嘴套管2、定位环5、内阻气环6、外阻气环7、锥形衬里挡圈4，该喷嘴套管2固定在提升管反应器壳体8上，该喷嘴主体1与喷嘴套管2插装。较佳的，喷嘴主体1是通过自身的喷嘴法兰与所述喷嘴套管2的套管法兰相连从而实现二者可拆卸固接。其中上述喷嘴主体1选用现有石化领域中的催化裂化喷嘴，其具备原料入口、蒸汽入口、蒸汽喷嘴及混合室等常规结构，其雾化原理在此不做赘述。

所述定位环5呈圆环形，其焊接固定在喷嘴套管2内壁并与喷嘴主体1之间保持1mm的间隙，该定位环5的外径与喷嘴套管2内径相同。定位环的作用一方面是起到定位和导向作用，用以保证喷嘴主体1安装角度和向心；另一方面是起到挡圈的作用，避免其上部的柔性填充料3进入到喷嘴主体1与喷嘴套管2之间的下部空腔中。

所述内阻气环6呈开口圆环状，且开口两端的端面上分别开设有一个第一安装孔61，该内阻气环6自由状态下开口封闭且弹性向内，即具备径向收缩力或收缩趋势。正常安装使用时，该内阻气环6依靠弹性闭合力卡紧在喷嘴主体1外壁，且与喷嘴套管2的内壁之间具有2mm间隙，安装后的内阻气环6开口间隙根据喷嘴主体1外径不同控制在1.5至2mm。内阻气环6的作用是起到挡圈和阻止油气沿直线渗入的作用，经过的少量油气只能从其外径缝隙绕过。安装时只需与定位环5间的柔性填充料3均匀压实塞紧后，用卡簧钳插入两个第一安装孔61张开内阻气环，扩大内径套在喷嘴主体外径上，推入并压紧即可；取出时只要用卡簧钳撬开或撑开开口，致使内阻气环6内径加大即可取出。

所述外阻气环7呈开口圆环状，且开口两端的端面上分别开设有一个第二安装孔71，该外阻气环7自由状态下开口敞开且弹性向外，即具备径向扩张力或扩张趋势。该外阻气环7在安装时依靠弹性扩张力从而使其外径顶紧卡置在喷嘴套管2内壁上，并且外阻气环7的内径与喷嘴主体1的外壁之间具有2mm间隙；安装后，外阻气环7的开口间隙根据喷嘴套管2内径的不同控制在2至2.5mm。所述内阻气环6与外阻气环7平行设置，作为优选，在安装后，外阻气环7开口方向与内阻气环6开口方向在直径方向上错开180°，也就是说二者开口在径向上是相对设置的，夹角为180°。如此设置的目的是，极少量油气即使从外阻气环间隙渗入，通过内外阻气环中间柔性填充物要渗入到内阻气环，也需要走过最远距离，实现了在最大程度上延缓或阻止油气渗入。外阻气环7的作用起活动挡圈的作用和阻止油气沿直线渗入的作用，经过的少量油气和含油气催化剂只能从内径缝隙绕过。安装时只需与内阻气环间的柔性填充料均匀压实塞紧后，用卡簧钳插入第二安装孔71并缩小外阻气环外径，再套在喷嘴套管2的内径上，推入并压紧即可；取出时只要用卡簧钳通过第二安装孔71撬动外阻气环的开口并使开口收缩即可取出。

进一步而言，内阻气环6和外阻气环7具有耐高温特性和弹性，在高温下工作时，上述的内阻气环开口间隙(1.5至2mm)、外阻气环开口间隙(2至2.5mm)均会因热涨闭合。较佳的，内阻气环和外阻气环工作温度为350℃左右，它们均选用经过淬火(提高刚性)热处理的S30408不锈钢，具有一定刚性同时可以耐温550℃。

柔性填充料3填充于定位环5、内阻气环6、外阻气环7以及喷嘴套管2和喷嘴主体1围成的空间内，该柔性填充料3为陶瓷纤维，其作用是吸附油气和含油气催化剂。具体而言，陶瓷纤维是白色棉絮状，耐高温900℃，压紧后可透过少量油气，但催化剂颗粒无法进入；检修时，只需用钩子取出即可。

在外阻气环7外部、喷嘴套管2端部和喷嘴主体1的出口端围成的空间内填充有第一耐磨衬里9，并将该第一耐磨衬里打磨圆滑平整，避免柔性填充料3直接与油气和催化剂接触并避免柔性填充料被气流吹出，起到抗催化剂耐磨作用和封闭作用，减少油气和含油气催化剂渗入量，同时平整光滑的表面可以起到减少涡流、减少喷嘴处结焦的作用。其次，第一耐磨衬里9的表面光洁度较高，不影响喷嘴主体1的检修时拔出。

在喷嘴套管2外壁设有第二耐磨衬里10以保护喷嘴套管，该第二耐磨衬里10通过所述锥形衬里挡圈4限位，该锥形衬里挡圈4焊接在喷嘴套管2端部。具体而言，喷嘴套管2外部的原水平状态安装的衬里挡圈一直以来都是圆环形。本发明将喷嘴套管衬里挡圈结构形式进行改变，由原来的平面圆环形设计为锥形，且安装方向与介质流11向相同，即锥形衬里挡圈4的锥面方向与介质流向相同。该锥形衬里挡圈4与喷嘴套管2端部进行焊接固定，焊接后端口打磨圆滑并保证一定的光洁度。采用上述结构设计，根据不同喷嘴大小，在提升管反应器的内部介质流向上的横截面积将减小15-40％，相对降低反应介质流11在喷嘴口处的流阻；一方面减小喷嘴主体及喷嘴套管处流通阻力，另一方面减小端面结焦处表面积增加平滑度来减少涡流12的产生，适当降低结焦状况。具体而言，上述介质流11为高速流动的蒸汽推送催化剂而形成的，其流速一般控制在10m/s。

结合图6，本发明在正常工作运行时运用空气动力学原理，一方面通过设置与介质流向相同的锥形衬里挡圈4，从而减小了整个喷嘴在介质流方向上的横截面积，实现减小喷嘴套管端2部处流通阻力，相对降低介质流在喷嘴套管端部处的流阻。另一方面，通过填充第一耐磨衬里9，减小端面结焦处表面积并增加平滑度来减少涡流12的产生，从而适当降低结焦状况。进一步的，利用一个定位环5、一个内阻气环6和一个外阻气环7在喷嘴套管2和喷嘴主体1间的缝隙形成的S型通道，使少量渗入的油气沿S型路线更加缓慢地渗入，再利用S型通道内压实的柔性填充料3，就可阻止油气或含油催化剂渗入喷嘴主体1与喷嘴套管2之间的下部间隙内。拆除时，因喷嘴主体1端部仅有少量结焦且柔性填充料3间只渗入少量油气或含油气催化剂，所以不会产生较大粘连力，只需拆除喷嘴主体1和喷嘴套管2的法兰处的连接螺栓，拉出喷嘴主体1即可进行检查，达到快速、无损拆除并检查、安装喷嘴主体1的目的。喷嘴主体1恢复前，将第一耐磨衬里9、内外阻气环以及柔性填充料3拆除，待喷嘴主体1安装紧固在喷嘴套管后重新安装新的柔性填充料3并恢复内外阻气环，最后安装第一耐磨衬里9即可。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。