专利名称：一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种石油化工设备，具体而言，本实用新型涉及一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构。
背景技术：
裂解炉是石油化工装置中最重要的设备之一，其运行状态直接影响到整个装置。裂解炉辐射段炉膛内温度可高达1250摄氏度以上，以使辐射段炉管内的介质完成热量吸收，同时完成相应的物理及化学反应。改进裂解炉辐射段的炉膛衬里结构，有助于改善烟气流场及温度场分布，进而形成理想的热通量曲线。良好的烟气流场及温度场分布有助于裂解反应的进行并能提高裂解炉热效率，减少结焦，降低能耗，并有助于提高产品收率。鉴于此，优化裂解炉辐射段炉膛衬里结构，改善烟气流场及温度场分布有着十分重要的意义。现有裂解炉辐射段的炉膛衬里结构，其辐射段内远离对流段侧的炉墙接近炉顶处，普遍采用直角结构，比如于祥民等人在《乙烯装置裂解炉辐射室炉墙衬里处理方法》(石油化工建设，2012年I月，第72-74页)中提到的裂解炉的辐射室衬里结构，上述辐射段炉膛衬里的直角结构处易形成冷区，影响烟气流场及温度场分布，进而影响热通量曲线，为了改善烟气流场及温度场分布，需要在侧壁设置燃烧器。针对上述问题，出现了在裂解炉炉顶采用切角结构以改善烟气流场和温度场分布的技术，比如中国实用新型专利CN87204914U所公开的一种新型裂解炉，其炉顶包括切角结构，但是由于上述切角结构位于炉顶，位置过高而无法有效改善整个辐射段炉膛内烟气流动及温度场分布；并且包括切角结构的炉顶容易对辐射段炉管的吊挂结构造成影响。综上所述，需要一种能够改善现有的裂解炉辐射段炉膛内烟气流场和温度场分布的衬里结构。
发明内容为了改善现有的裂解炉辐射段炉膛衬里结构不益于烟气流场和温度场的分布，影响辐射段内换热，本实用新型提供了一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，包括炉体钢结构、衬里及其锚固件，通过沿炉体长度方向设置衬里凸起，达到改善炉膛内烟气流动及温度场分布的目的，进而实现提高裂解炉热效率及产品收率的效果。本实用新型所提供的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，所述衬里结构设置在辐射段炉膛内远离对流段侧的炉膛内侧壁上；所述衬里结构包括一组衬里和一组固定件，所述一组衬里通过一组固定件与辐射段炉膛连接，各个所述衬里的厚度沿炉体长度方向逐渐变化，即一组所述衬里形成的衬里结构外轮廓为弧形；所述衬里结构的厚度沿炉体高度方向逐渐变化，构成使辐射段炉膛内径逐渐变化的弧形衬里凸起。所述弧形衬里凸起的具体尺寸可依据流体力学分析结果确定，如采用FLUENT，CFX等计算流体力学软件进行模拟分析。所述衬里结构设置在 所述辐射段炉顶一侧的炉壁上，且整个衬里结构的长度占整个辐射段炉膛净空的1/3，即所述衬里结构设置在辐射段炉膛的上1/3内。[0008]具体的实施中，为了优化烟气流场，一种弧形所述衬里结构的厚度从辐射段炉顶至衬里结构底端依次变小，即所述衬里结构的弧形凸起处位于与炉膛炉顶相接触的位置。另一种为了更好的引起烟气流动的弧形形状为，弧形所述衬里结构的厚度从辐射段炉顶至衬里结构底端依次由小变大再变小，即所述衬里结构的弧形凸起处位于整个衬里结构的中间。一组所述衬里与辐射端炉壁之间还包括一组炉壁铺衬，所述炉壁铺衬固定设置在所述辐射段炉壁上；单个所述固定件将所述炉壁铺衬及其对应的衬里固定连接在所述辐射段炉壁上。在每个所述衬里模块上下端面之间固定设置有模块铺衬。本实用新型一种衬里的实施例为:所述衬里为陶瓷纤维模块，即厚度不同的陶瓷纤维模块依次逐层通过炉壁铺衬设置在辐射段炉壁上，所述固定件根据陶瓷纤维模块的厚度选取适配的长度。陶瓷纤维模块的厚度范围值为15(T350mm。各个所述陶瓷纤维模块形成的衬里模块上下端面之间的模块铺衬为含锆陶瓷纤维毯，其厚度范围l(T35mm;所述炉壁铺衬为陶瓷纤维毯和或阻气层。阻气层采用业内通用方式，即采用铝制或不锈钢制薄板。本实用新型另一种衬里的实施例为:所述衬里为隔热耐火砖，即厚度不同的隔热耐火砖依次逐层通过炉壁铺衬设置在辐射段炉壁上，所述固定件根据陶瓷纤维模块的厚度选取适配的长度。所述隔热耐火砖的厚度范围值20(T350mm。所述炉壁铺衬为陶瓷纤维毯和或陶瓷纤维机制板。在具体的应用中，为了实现衬里和铺衬的定位，所述固定件为锚固件，所述锚固件为拉砖钩。拉砖钩勾住隔热耐火砖的位置一般不超过相应砖厚度的一半，且距隔热耐火砖热面(隔热耐火砖面向炉膛直接接受热辐射的一侧)IOOmm以上在所述炉膛衬里表面涂覆设置有防冲刷的高温涂料层。上述结构进一步配合衬里厚度的变化，实现烟气流场与温度场的优化。所采用的隔热耐火砖、陶瓷纤维模块的厚度变化，内壁上铺衬的陶瓷纤维毯、阻气层等内衬厚度可保持不变。本实用新型所提供的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，具有以下优点:1、在裂解炉辐射段炉膛内设置弧形衬里突起，可以较好的改善烟气流场及温度场分布；2、替代侧壁燃烧器的作用，节省投资，结构简单；3、减少辐射段炉膛顶部冷区的出现，提高裂解炉热效率；4、改善热通量曲线，提高产品收率。
图1为本实用新型实施例1的裂解炉辐射段炉膛衬里结构的示意图。图2为本实用新型实施例2的裂解炉辐射段炉膛衬里结构的示意图。图3为本实用新型实施例3的裂解炉辐射段炉膛衬里结构的示意图。附图标记说明:I 一陶 瓷纤维模块；2 —陶瓷纤维模块的锚固件；10—隔热耐火砖；11 一拉砖钩；12—抓钉挂；13一托砖板；14一托砖角钢；A—计算所得出的衬里凸起的最低厚度；H —计算所得出的衬里凸起底端沿炉体高度方向的高度山一计算所得出的衬里凸起沿炉体高度方向的长度山一计算所得出的衬里凸起的最大厚度D ;b—辐射段中线；c一横跨段炉体外表面；d—模块分界面；e—对流段中线。
具体实施方式
根据本领域公知传热计算方法得出裂解炉辐射段炉膛的热面温度，进而确定衬里的材料、厚度以及结构方案，同时结合燃烧器放热量及烟气量进行流体力学模拟分析，进一步确认本实用新型所述结构的具体形状和尺寸。具体而言，先依据炉膛尺寸建模，再划分网格，同时根据热面温度、烟气流量等参数设置边界条件，利用CFX等软件进行模拟计算，进行定性分析，判断何种结构烟气流型较理想，最终确认该部位钢结构、衬里结构及其锚固件的具体形式和尺寸。衬里结构可以采用不同的耐火材料制成，如陶瓷纤维模块、隔热耐火砖等。[0030]下面结合实施例，进一步说明本实用新型。实施例1如图1所示，由炉膛相应的热面温度(热面设计温度一般取1250°C)结合要求的外壁温度计算出辐射段炉膛衬里需采用至少330mm厚的陶瓷纤维结构(即A=330mm，含陶瓷纤维毯、陶瓷纤维模块)，与业内公知的相关标准相一致，其具体结构如下:单个陶瓷纤维模块高度约为300mm，陶瓷纤维毯厚度为50mm，陶瓷纤维模块厚度为280mm，陶瓷纤维毯与陶瓷纤维模块总厚度为衬里厚度330_，陶瓷纤维模块与陶瓷纤维毯之间设置铝制或不锈钢制薄板作为阻气层。所述衬里凸起由多层陶瓷纤维模块组成，每层陶瓷纤维模块之间压缩铺衬25mm厚的含锆陶瓷纤维毯。 依据炉膛尺寸建模，根据热面温度、烟气流量等参数设置边界条件，利用CFX等软件进行模拟计算，进行定性分析，经过流体力学软件模拟后得出如下结论:应自辐射段炉膛远离对流段侧的炉墙，自辐射段炉底沿炉体高度方向的高度H处，至炉顶设置长度为L的陶瓷纤维模块层组成的衬里凸起，各层陶瓷纤维模块的厚度由辐射段炉顶至辐射段炉底逐渐减小，形成最大厚度为D的弧形衬里结构，由此产生理想的烟气流形，H、L、D的具体尺寸需依据软件模拟结果得出。根据以上结论，调整各层陶瓷纤维模块的具体厚度，从而形成所需的向对流段方向凸起的衬里结构，并保证衬里表面平滑过渡；同时根据各层陶瓷纤维模块的具体厚度，调整模块内部锚固件的长度与位置，以便更好地对模块起到支撑作用，比如每个陶瓷纤维模块可以通过一个锚固件固定于辐射段炉膛内侧壁，陶瓷纤维模块的内部锚固件安装在距离陶瓷纤维模块冷表面小于50mm处。模块安装完毕后在陶瓷纤维模块表面喷涂抗冲刷涂料。实施例2如图2所示，采用如实施例1所述的计算方法，由炉膛相应的热面温度计算出该处衬里需采用至少330mm厚的陶瓷纤维结构(即A=330mm)，含陶瓷纤维毯、陶瓷纤维模块)，与业内公知的相关标准相一致，其具体结构如下:单个陶瓷纤维模块高度约为300mm，陶瓷纤维毯厚度为50mm，陶瓷纤维模块厚度为280mm，陶瓷纤维毯与陶瓷纤维模块总厚度为衬里厚度330_，陶瓷纤维模块与陶瓷纤维毯之间设置铝制或不锈钢制薄板作为阻气层。所述衬里凸起由多层陶瓷纤维模块组成，每层陶瓷纤维模块之间压缩铺衬25mm厚的含锆陶瓷纤维毯。如实施例1所述，输入具体炉膛尺寸及烟气流量等参数，经过流体力学软件CFX等模拟后得出如下结论:应自辐射段炉膛远离对流段侧的炉墙，自辐射段炉底沿炉体高度方向的高度H处，至炉顶设置长度为L的陶瓷纤维模块层组成的衬里凸起，各层陶瓷纤维模块的厚度由辐射段炉顶至辐射段炉底先逐渐增大至最大厚度D再逐渐减小，与实施例1相比，其厚度变化规律不同，最大厚度的设置位置不同，陶瓷纤维模块形成渐变弧形衬里凸起，由此产生对于本实施例的炉膛结构而言理想的烟气流形，H、L、D的具体尺寸需依据软件模拟结果得出。实施例3如图3所示，采用如实施例1所述的计算方法，采用隔热耐火砖代替陶瓷纤维模块，计算出需要330mm厚的结构(即A=330mm)，其具体结构如下:隔热耐火砖厚度至少为230mm,隔热耐火砖与辐射段炉膛内侧壁之间压缩铺衬50mm的陶瓷纤维毯及50mm厚的陶瓷纤维机制板。如实施例1所述，输入具体炉膛尺寸及烟气流量等参数，经过流体力学软件CFX等模拟后得出如下结论:应自辐射段炉膛远离对流段侧的炉墙，自辐射段炉底沿炉体高度方向的高度H处，至炉顶设置长度为L的隔热耐火砖层组成的衬里凸起，各层隔热耐火砖的厚度由辐射段炉顶至辐射段炉底先逐渐增大至最大厚度D再逐渐减小，形成渐变弧形衬里凸起，由此产生理想的烟气流形，H、L、D的具体尺寸需依据软件模拟结果得出。
根据以上结论，调整各层隔热耐火砖的具体厚度，从而形成所需的向对流段方向突起的衬里结构，并保证衬里表面平滑过渡；同时根据各层隔热耐火砖的具体厚度，调整托砖板及拉砖钩的相应长度，以便更好地对隔热耐火砖衬里起到支撑作用。该处耐火衬里安装完毕后应其表面嗔涂抗冲刷涂料。
权利要求1.一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于: 所述衬里结构设置在辐射段炉膛内远离对流段侧的炉膛内侧壁上；所述衬里结构包括一组衬里和一组固定件，所述一组衬里通过一组固定件与辐射段炉膛连接，各个所述衬里的厚度沿炉体长度方向逐渐变化，即一组所述衬里形成的衬里结构外轮廓为弧形； 所述衬里结构设置在所述辐射段炉顶一侧的炉壁上，且整个衬里结构的长度占整个辐射段炉膛净空的1/3，即所述衬里结构设置在辐射段炉膛的上1/3内。
2.根据权利要求1所述的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于: 所述衬里结构的厚度从辐射段炉顶至衬里结构底端依次变小，即所述衬里结构的弧形凸起处位于与炉膛炉顶相接触的位置。
3.根据权利要求1所述的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于 所述衬里结构的厚度从辐射段炉顶至衬里结构底端依次由小变大再变小，即所述衬里结构的弧形凸起处位于整个衬里结构的中间。
4.根据权利要求1所述的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于: 一组所述衬里与辐射段炉壁之间还包括一组炉壁铺衬，所述炉壁铺陈固定设置在所述辐射段炉壁上；单个所述固定件将所述炉壁铺衬及其对应的衬里固定连接在所述辐射段炉壁上。
5.根据权利要求4所述的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于: 在每个所述衬里模块上下端面之间固定设置有模块铺衬。
6.根据权利要求1-3之一所述的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于: 所述衬里为陶瓷纤维模块，即厚度不同的陶瓷纤维模块依次逐层通过炉壁铺衬设置在辐射段炉壁上，所述固定件根据陶瓷纤维模块的厚度选取适配的长度；陶瓷纤维模块的厚度范围值为15(T350mm。
7.根据权利要求6所述的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于: 各个所述陶瓷纤维模块形成的衬里模块上下端面之间的模块铺衬为含锆陶瓷纤维毯，其厚度范围l(T35mm ； 所述炉壁铺陈为陶瓷纤维毯和或阻气层。
8.根据权利要求1-3之一所述的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于: 所述衬里为隔热耐火砖，即厚度不同的隔热耐火砖依次逐层通过炉壁铺衬设置在辐射段炉壁上，所述固定件根据陶瓷纤维模块的厚度选取适配的长度；所述隔热耐火砖的厚度范围值200 350臟。
9.根据权利要求8所述的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于: 所述炉壁铺衬为陶瓷纤维毯和或陶瓷纤维机制板。
10.根据权利要求1或4所述的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于: 所述固定件为锚固件，所述锚固件为拉砖钩，其在衬里结构的连接处的位置与衬里结构面向炉膛直接接受热辐射的一侧的距离为IOOmm以上。
11.根据权利要求1所述的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，其特征在于: 在所述炉膛衬里表面涂覆设置有防冲刷的高温涂料层。
专利摘要本实用新型公开了一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，所述衬里结构设置在辐射段炉膛内远离对流段侧的炉膛内侧壁上；所述衬里结构包括一组衬里和一组固定件，所述一组衬里通过一组固定件与辐射段炉膛连接，各个所述衬里的厚度沿炉体长度方向逐渐变化，即一组所述衬里形成的衬里结构外轮廓为弧形；所述衬里结构的厚度沿炉体高度方向逐渐变化，构成使辐射段炉膛内径逐渐变化的弧形衬里凸起。本实用新型所提供的一种裂解炉辐射段炉膛衬里结构，可以较好的改善烟气流场及温度场分布，能替代侧壁燃烧器的作用，减少辐射段炉膛顶部冷区的出现，提高裂解炉热效率，改善热通量曲线，提高产品收率。
文档编号C10G9/00GK203112755SQ20132006892
公开日2013年8月7日 申请日期2013年2月6日 优先权日2013年2月6日
发明者孙向军, 李森, 李光, 刘敬坤, 薛磊 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