一種采用弧形煙道過渡區(qū)結(jié)構(gòu)的雙輻射段乙烯裂解爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于石油化工領(lǐng)域，具體涉及一種采用弧形煙道過渡區(qū)結(jié)構(gòu)的雙輻射段乙烯裂解爐。
【背景技術(shù)】
[0002]乙烯技術(shù)是石油化工的龍頭技術(shù)，其技術(shù)水平的高低被看作是衡量一個(gè)國家石油化工發(fā)展水平的重要標(biāo)志。自20世紀(jì)90年代中期以來，世界乙烯裝置的大型化呈現(xiàn)加速態(tài)勢。作為乙烯裝置的核心設(shè)備，裂解爐技術(shù)的發(fā)展在乙烯技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步中起著舉足輕重的作用。隨著乙烯裝置規(guī)模的擴(kuò)大，必然要求大型化的裂解爐予以適應(yīng)和匹配。
[0003]除了傳統(tǒng)上單輻射段提高裂解爐處理能力的手段:增加輻射段爐管數(shù)量、延長輻射段爐膛的長度以外，另一個(gè)重要的措施是通過增加裂解爐輻射段的數(shù)量來實(shí)現(xiàn)大型化的目的。雙輻射段乙烯裂解爐具有節(jié)省投資、便于操作和維修以及容易實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制等優(yōu)點(diǎn)，得以廣泛應(yīng)用，常規(guī)設(shè)計(jì)的雙輻射段乙烯裂解爐見圖1。
[0004]雙輻射段乙烯裂解爐除了能大幅提高原料處理能力之外，還可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)輻射段同時(shí)裂解不同原料或一個(gè)輻射段爐膛在運(yùn)行、另一個(gè)在燒焦或熱備。常規(guī)設(shè)計(jì)的雙爐膛裂解爐，由于來自兩個(gè)輻射段的煙氣流量、溫度和壓力等參數(shù)無法始終保持相同，因此在實(shí)際操作過程中存在一些問題，如當(dāng)正常操作時(shí)從兩個(gè)輻射段流入的高溫?zé)煔庥捎跅l件的差異性，造成在過渡煙道區(qū)內(nèi)碰撞并形成渦流區(qū)域(見圖2)，使得對(duì)流段換熱管排受熱不均勻，影響操作的穩(wěn)定性；當(dāng)一側(cè)正常操作，另一側(cè)燒焦或者熱備時(shí)，兩側(cè)高溫?zé)煔馕镄缘牟町愋栽龃?，造成煙氣在過渡煙道區(qū)內(nèi)偏流現(xiàn)象產(chǎn)生(見圖3)，使得對(duì)流段換熱管排局部過熱，縮短設(shè)備的使用壽命，影響裂解爐的長穩(wěn)滿安全運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0005]為了適應(yīng)雙輻射段乙烯裂解爐在分爐膛裂解、分爐膛燒焦時(shí)兩個(gè)輻射段的供熱負(fù)荷的差異，并實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制及長、穩(wěn)、滿運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際要求，需要對(duì)包括供熱、輻射段結(jié)構(gòu)、對(duì)流段盤管布置及過渡煙道區(qū)進(jìn)行相應(yīng)的研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保不同裂解原料、不同裂解條件下裂解爐操作性能始終處于最佳和可控狀態(tài)，從而延長爐管的使用壽命，降低裝置的物耗及能耗，保持裝置技術(shù)先進(jìn)性及操作靈活性。
[0006]對(duì)于雙輻射段乙烯裂解爐，通過對(duì)其過渡煙道區(qū)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，將有利于克服從兩個(gè)輻射段流入對(duì)流段的高溫?zé)煔庵g存在的相互影響，尤其是在一個(gè)輻射段爐膛正常操作而另一側(cè)進(jìn)行燒焦操作時(shí)，兩側(cè)操作條件差異較大而引起明顯的渦流及偏流現(xiàn)象發(fā)生和導(dǎo)致對(duì)流段換熱管超溫的狀況將得到改善。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種采用弧形煙道過渡區(qū)結(jié)構(gòu)的雙輻射段乙烯裂解爐，降低甚至避免高溫?zé)煔庠谶^渡煙道區(qū)內(nèi)及對(duì)流段下部流動(dòng)的渦流和偏流現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高雙輻射段乙烯裂解爐對(duì)不同操作工況差異性的適應(yīng)能力。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種采用弧形煙道過渡區(qū)結(jié)構(gòu)的雙輻射段乙烯裂解爐，包括兩個(gè)輻射段，在兩個(gè)輻射段上方設(shè)有一個(gè)對(duì)流段，在對(duì)流段內(nèi)設(shè)有多段與煙氣換熱的對(duì)流盤管；兩個(gè)輻射段和對(duì)流段之間設(shè)有過渡煙道區(qū)；
[0010]所述過渡煙道區(qū)上部采用梯形結(jié)構(gòu)，底部采用弧形結(jié)構(gòu)。在兩個(gè)輻射段與對(duì)流段間以弧形過渡煙道區(qū)連接，在兩側(cè)輻射段均正常運(yùn)行時(shí)確保高溫?zé)煔鉀]有渦流、偏流現(xiàn)象的出現(xiàn)；在一側(cè)正常運(yùn)行、另一側(cè)燒焦時(shí)確保高溫?zé)煔鉀]有混合或延緩混合。
[0011]所述過渡煙道區(qū)的上部梯形結(jié)構(gòu)為兩個(gè)輻射段的爐頂與對(duì)流段的連接部分，該連接部分的縱截面為等腰梯形，即連接輻射段的爐頂與對(duì)流段的側(cè)墻的連接面(端視為一條線)為等腰梯形的兩個(gè)腰，與輻射段的爐頂連接的兩個(gè)點(diǎn)的連線為等腰梯形的底邊、與對(duì)流段的側(cè)墻相連的兩個(gè)點(diǎn)的連線為等腰梯形的頂邊；
[0012]所述頂邊的長度為L6 ；
[0013]該等腰梯形的底邊距對(duì)流段內(nèi)最下一排對(duì)流盤管的下表面的距離為L3，其確定原則為一側(cè)的煙氣盡量少的進(jìn)入另一側(cè)、同時(shí)對(duì)流段最下一排不受到輻射段的火焰或煙氣的熱輻射；
[0014]所述過渡煙道區(qū)的底部為兩個(gè)輻射段的連接部分，該連接部分的縱截面下部為等腰梯形，即與輻射段連接的兩個(gè)點(diǎn)的連線為等腰梯形的底邊，底邊長為L5，高為L2;縱截面上部為所述弧形結(jié)構(gòu)，其包括兩段相互外切的弧線，兩段弧線的頂部合成一個(gè)頂點(diǎn)，兩段弧線的下端分別與下部的等腰梯形的兩個(gè)腰的上部相切，相切點(diǎn)的連線為該等腰梯形的頂邊，長為LI。
[0015]所述過渡煙道區(qū)的上部等腰梯形的兩腰和底部等腰梯形的兩腰是分別平行的；
[0016]上部等腰梯形和底部等腰梯形的兩腰與水平面的夾角均為20°?60°，所述底部等腰梯形的下底與輻射段爐頂?shù)拇怪本嚯x為L4 ;所述夾角的具體值視尺寸L1、L2、L5而定。
[0017]所述兩段弧線的弧半徑R由所述夾角及以及LI來確定，也就是說只要LI和夾角定了，該弧形的弧半徑就是唯一值。
[0018]為了確保來自兩個(gè)輻射段爐膛的高溫?zé)煔庠谶^渡煙道區(qū)中各自流道內(nèi)部不出現(xiàn)漩渦流動(dòng)，應(yīng)確?；⌒蔚南露涡边吪c輻射段爐頂和對(duì)流段煙道銜接面是平行的，其間距取決于流道的流速，即所述L4的取值應(yīng)確保流道內(nèi)煙氣線速度小于等于7m/s，優(yōu)選值在Im/s?5.5m/s范圍內(nèi)，此外根據(jù)實(shí)際的爐膛尺寸和優(yōu)化的過渡區(qū)結(jié)構(gòu)來確定最優(yōu)的速度以確保兩側(cè)的煙氣減少混合，尤其是避免在一側(cè)正常運(yùn)行而另一側(cè)燒焦時(shí)，正常一側(cè)的煙氣盡量少進(jìn)入燒焦側(cè)即避免偏流出現(xiàn)。
[0019]為便于現(xiàn)場施工及維護(hù)保養(yǎng)時(shí)的人員安全。對(duì)于弧形過渡煙道區(qū)，弧形上段與下段相切，弧半徑R由斜邊與底邊夾角、LI而定，弧形下段斜邊與底邊的夾角為20°?60°，具體值依據(jù)尺寸L1、L2、L3、L5而定；為了更利于工程實(shí)施，同時(shí)也不致影響弧形的導(dǎo)流作用，底部等腰梯形的頂邊與底邊的長度的比值小于等于0.85，即O < LI < L6，優(yōu)選值為
1.1mS LI < L6，且LI: L5<1，優(yōu)選值為LI: L5 < 0.85，便于現(xiàn)場施工及維護(hù)保養(yǎng)。
[0020]為防止出現(xiàn)偏流和渦流，上部等腰梯形的兩個(gè)腰與輻射段的爐頂和對(duì)流段的側(cè)墻的連接以及底部等腰梯形的兩個(gè)腰與輻射段側(cè)墻的連接均為圓滑過渡連接，以防止煙氣流動(dòng)的突變，圓滑過渡的結(jié)構(gòu)與過渡區(qū)的結(jié)構(gòu)和梯形的腰與底邊的角度有關(guān)。
[0021]為確保一側(cè)輻射段爐膛正常運(yùn)行、另一側(cè)處于燒焦?fàn)顟B(tài)時(shí)，高溫?zé)煔饨佑|對(duì)流段最下部盤管前盡量少的混合，尺寸L2應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況進(jìn)行核算，不能超過核算的臨界值。
[0022]在所述輻射段內(nèi)布置有燃燒器，在輻射段內(nèi)垂直排布有多組輻射盤管。
[0023]所述燃燒器全部采用底部燃燒器或者全部采用側(cè)壁燃燒器或者采用底部和側(cè)壁燃燒器聯(lián)合。
[0024]所述雙輻射段乙烯裂解爐進(jìn)一步包括急冷鍋爐、高壓汽包和引風(fēng)機(jī)。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0026]I)本發(fā)明提供的雙輻射段乙烯裂解爐，通過優(yōu)化過渡煙道區(qū)尺寸，及與輻射段和對(duì)流段的銜接角度，對(duì)來自兩個(gè)輻射段的煙氣進(jìn)行導(dǎo)流，可以確保在兩個(gè)輻射段正常運(yùn)行時(shí)，自兩個(gè)輻射段流入的煙氣進(jìn)入對(duì)流段后無漩渦流動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)，避免煙氣的相互影響，從而使兩個(gè)輻射段的操作不相互干擾。
[0027]2)所述的過渡煙道區(qū)結(jié)構(gòu)可以確保在一側(cè)輻射段正常運(yùn)行、另一側(cè)燒焦或熱備時(shí)，自兩個(gè)輻射段流入的煙氣經(jīng)過過渡區(qū)進(jìn)入對(duì)流段時(shí)無漩渦流動(dòng)，且使煙氣的流動(dòng)分界面在對(duì)流段中間。
[0028]3)所述的過渡煙道區(qū)結(jié)構(gòu)，可以確保在一側(cè)輻射段正常運(yùn)行、另一側(cè)燒焦或熱備時(shí)，使煙氣的流動(dòng)分界面靠近對(duì)流段中間，最大限度避免操作側(cè)的煙氣進(jìn)入燒焦側(cè)的對(duì)流段，防止燒焦或熱備側(cè)對(duì)流段爐管的過熱、超溫。
[0029]4)所述的過渡煙道區(qū)結(jié)構(gòu)，由于采用了弧形導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，通過結(jié)合減少兩側(cè)煙氣流量的差別確保煙氣的流動(dòng)分界面在對(duì)流段中間，或盡量少的偏離以防止一側(cè)的負(fù)荷低或裂解不同原料時(shí)、燒焦或熱備側(cè)對(duì)流段爐管的過熱、超溫。
【附圖說明】
[0030]圖1是常規(guī)雙輻射段乙烯裂解爐結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是常規(guī)雙輻射段乙烯裂解爐渦流示意圖，其中左側(cè)為正常操作工況，右側(cè)為燒焦工況；
[0032]圖3是常規(guī)雙輻射段乙烯裂解爐偏流示意圖，其中左側(cè)為正常操作工況，右側(cè)為燒焦工況；
[0033]圖4是弧形過渡煙道區(qū)結(jié)構(gòu)雙輻射段乙烯裂解爐示意圖；
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