一種乙烯裂解爐用8字形截面的5-1-1型輻射爐管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于裂解爐領(lǐng)域，具體涉及一種乙烯裂解爐用8字形截面的5-1-1型輻射爐管。
【背景技術(shù)】
[0002]石油化工乙烯裝置中乙烯裂解爐廣泛采用的輻射段爐管構(gòu)型為兩程爐管和四程爐管，而三程管在乙烯裂解爐中還未有應(yīng)用。
[0003]如圖1和圖2所示，斯通-韋伯斯特公司開發(fā)的兩程2-1型(包括第一程爐管I’和第二程爐管2及過渡管5和Y型管6’)及四程2-1-1-1型爐管(包括第一程爐管I’、第二程爐管2、第三程爐管3和第四程爐管4及過渡管5和Y型管6’)為典型的不分枝變徑管，此兩種爐管的管徑逐程放大，但每程的管數(shù)都是I個，停留時間約為0.15s-0.3s。兩程2-1型爐管長度較四程2-1-1-1型爐管短，停留時間也較短，壓降也較??；四程2-1-1-1型爐管較兩程2-1型爐管長，停留時間也稍長，壓降也較大一些，但是生產(chǎn)能力較兩程2-1型爐管大。
[0004]目前，無論是兩程2-1型及四程2-1-1-1型爐管布置，輻射爐管入口和出口都在裂解爐輻射爐頂，橫跨管、爐管彈簧吊架系統(tǒng)和廢熱鍋爐均布置在爐頂?shù)莫M小空間，它們合理的、無碰撞的布置一直是工程設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。
[0005]另一方面，世界上重要的乙烯裂解技術(shù)提供商所設(shè)計(jì)的兩程2-1型及四程2-1-1-1型爐管均采用圓形爐管，如圖1和圖2所示。
[0006]以現(xiàn)有2-1-1-1型爐管來說，為平衡生產(chǎn)能力和裂解反應(yīng)特性，在爐管排布上排布緊密，管間距較??；第一、二程爐管需要采用較小管徑的爐管，第三、四程爐管采用較大管徑的爐管。這樣就會帶來單組爐管的生產(chǎn)能力較小，相鄰爐管間遮蔽越來越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致同一根爐管受雙面輻射傳熱時迎火面溫度高，相鄰爐管間受遮蔽影響溫度較低，造成實(shí)際有效換熱面積減小，爐管受熱不均勻，結(jié)果是高溫區(qū)易結(jié)焦，爐管易彎曲變形。
[0007]目前，針對現(xiàn)有爐管受熱不均勻、易結(jié)焦等缺點(diǎn)，為了增強(qiáng)輻射爐管的換熱效果，減輕結(jié)焦程度，延長操作周期，裂解爐廣泛采用的一種強(qiáng)化傳熱技術(shù)是在輻射爐管上增加一個強(qiáng)化傳熱部件，該部件可以有效減小管內(nèi)流體的邊界層，有增強(qiáng)換熱、增大吸熱的效果，從而延長操作周期。目前應(yīng)用最廣泛的一種技術(shù)就是在爐管的管段之間增加扭曲片。扭曲片是一個單獨(dú)的靜態(tài)鑄造部件，爐管是離心鑄造而成，這兩種不同制造方法的管件和管段組裝成輻射盤管以后會對輻射盤管在傳熱效果和機(jī)械性能上造成一定的影響。扭曲片因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在其使用過程中容易堵塞，影響使用安全。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種乙烯裂解爐用8字形截面的5-1-1型輻射爐管，其具有兩程2-1型爐管較短停留時間和較低壓力降的特點(diǎn)，又具有四程2-1-1-1型爐管生產(chǎn)能力較大的特點(diǎn)，三程5-1-1型輻射爐管物料下進(jìn)上出或者上進(jìn)下出；同時，該爐管構(gòu)型第一程爐管為8字形截面，此種構(gòu)型改善了裂解工藝性能、提聞生廣能力，同時具有良好機(jī)械性能。
[0009]本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種乙烯裂解爐用8字形截面的5-1-1型輻射爐管，包括第一程爐管、第二程爐管和第三程爐管；
[0011]所述第一程爐管包括五根8字形截面爐管、一個8字形-圓形過渡管件和一根圓形爐管，所述第二程爐管和第三程爐管分別為一根圓形爐管；
[0012]所述第一程爐管的開口端位于最上方，所述第三程爐管的開口端位于最下方；
[0013]或者，所述第一程爐管的開口端位于最下方，所述第三程爐管的開口端位于最上方。
[0014]所述第一程爐管的五根8字形截面爐管的一端分別連接到所述8字形-圓形過渡管件的入口端，8字形-圓形過渡管件的出口端與所述第一程爐管中的圓形爐管的一端連接，所述第一程爐管中圓形爐管的另一端通過U型管與過渡管的一端連接，過渡管的另一端與第二程爐管的一端相連通，第二程爐管的另一端與跨管的一端連接，跨管的另一端與第三程爐管的一端連接。
[0015]所述8字形截面爐管的內(nèi)腔的橫截面是由兩個直徑相等的圓相交而成的；兩個圓的半徑均為R，兩個圓的相交高度為h，20mm彡R彡40mm, R/3彡h彡R/2。
[0016]所述8字形截面爐管的外表面的橫截面為橢圓形。
[0017]或者，所述8字形截面爐管的外表面的橫截面是由兩個直徑相等的圓相交而成的。
[0018]所述8字形-圓形過渡管件為五合一型，其入口端分為五個分支，每個分支的內(nèi)腔的橫截面均為8字形，其大小與所述8字形截面爐管的內(nèi)腔相同，出口端的內(nèi)腔的橫截面為圓形，其大小與所述第一程爐管中的圓形爐管的內(nèi)腔相同，所述8字形-圓形過渡管件的入口端和出口端之間為從8字形向圓形的過渡段。
[0019]每根所述8字形截面爐管的長度為1，第一程爐管的總長為L，L/3彡I彡L。
[0020]每根所述8字形截面爐管的橫截面的長軸與輻射傳熱區(qū)的中線夾角為α，且0° 彡 α 彡 30°。
[0021]所述8字形-圓形過渡管件中，8字形截面的長軸與輻射傳熱區(qū)的中線夾角為α，且0°彡α彡30°。
[0022]所述第一程爐管、第二程爐管和第三程爐管中的各個爐管均為垂直吊掛，8字形截面爐管和圓形爐管的軸線均垂直于輻射傳熱區(qū)的中線；
[0023]所述第一程爐管、第二程爐管和第三程爐管中的各個爐管的中心線沿輻射室中線分布，且位于同一個平面上。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0025](I)本實(shí)用新型具有兩程2-1型爐管較短停留時間和較低壓力降的特點(diǎn)，又具有四程2-1-1-1型爐管生產(chǎn)能力較大的特點(diǎn)，在一定程度上改善了工藝性能；三程5-1-1型輻射爐管可采取物料爐底進(jìn)爐頂出的方式，使橫跨管布置在爐底、廢熱鍋爐和部分爐管的彈簧吊架系統(tǒng)布置在爐頂，增加了爐頂空間布置的靈活性，給工程實(shí)施帶來了便利；
[0026](2)第一程管是8字形截面的5-1-1型爐管，較現(xiàn)有技術(shù)2_1和2_1_1_1型圓形爐管來說增大了比表面積，有利于裂解反應(yīng)起始階段的大量吸熱，有利于裂解反應(yīng)的發(fā)生且生產(chǎn)能力較大；
[0027](3)第一程管外表面是8字形或類似橢圓形，其較圓形爐管來說減小了相鄰爐管間的遮蔽效應(yīng)，保證爐管徑環(huán)向表面上的溫度分布均勻，減輕了結(jié)焦的程度，進(jìn)而延長了裂解爐的運(yùn)行周期；
[0028](4)8字形截面爐管的截面是由兩個圓相交構(gòu)成，此種結(jié)構(gòu)有明顯的強(qiáng)化傳熱效果，無需增加額外的強(qiáng)化傳熱部件就可以達(dá)到有效的減小管內(nèi)流體邊界層、增加傳熱效果的作用，且有機(jī)械性能和傳熱效果連續(xù)的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0029]圖1現(xiàn)有技術(shù)的兩程2-1型爐管構(gòu)型
[0030]圖2現(xiàn)有技術(shù)的四程2-1-1-1型爐管構(gòu)型
[0031]圖3本實(shí)用新型三程5-1-1型爐管構(gòu)型
[0032]圖4本發(fā)明爐管截面圖1
[0033]圖5本發(fā)明爐管截面圖2
[0034]圖6 8字形爐管水平排布圖
[0035]圖7 8字形爐管α夾角排布圖
[0036]1-第一程爐管(8字形爐管)；1’_第一程爐管(圓形爐管)；2_第二程爐管；3-第三程爐管；4_第四程爐管；5_過渡管；6-8字形-圓形過渡管件；6’ -Y型管；20_輻射段中線。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0038]具體說來，為了克服現(xiàn)有2-1和2-1-1-1型爐管的缺點(diǎn)，如圖3所示，本實(shí)用新型第一程爐管I采用8字形截面爐管，第二程爐管2和第三程管3為圓形爐管。
[0039]第一程爐管I的8字形截面爐管的下端分別連接到所述8字形-圓形過渡管件6的上端，8字形-圓形過渡管件6的下端與所述第一程爐管I中的圓形爐管的上端連接，該圓形爐管的下端通過U