一種烴類蒸汽轉化爐轉化氣出口系統的製作方法
2023-06-09 23:11:11 1
專利名稱：一種烴類蒸汽轉化爐轉化氣出口系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於轉化爐技術領域，主要涉及一種烴類蒸汽轉化爐轉化氣出 口系統。
背景技術：
以烴類為原料，用蒸汽轉化法生產合成氨原料氣和氫氣，在合成氨、煉油、 石油化工、冶金等工業部門具有特定的地位。煉油廠的制氫轉化爐、甲醇廠的 蒸汽轉化爐和合成氨廠的一段轉化爐等都屬於烴類蒸汽轉化爐。其工作原理、 操作參數和結構設計等都大致相同。烴類蒸汽轉化制氣的路線具有工藝流程短、 投資省、能量利用合理、自控程度高、環境汙染少等優點，因此，應用極為普 遍。隨著煉油加工深度的提高和環保法規的日趨嚴格，對氫氣的需求不斷增加， 制氫裝置工業化規模呈現越來越大的趨勢。
轉化氣是指原料氣在轉化爐爐管內反應後形成的富氫混合氣。烴類蒸汽轉 化爐轉化氣出口系統是指轉化氣出轉化爐管到轉化氣出口集氣總管所包含的管 路系統。
轉化氣出口系統的結構形式多種多樣，以出口集氣管的形式大致可以分三 種，即熱壁出口集氣管系統、冷壁出口集氣管系統和冷熱結合出口集氣管系統。
熱壁出口集氣管系統是指出口集氣管及出口總管內部不襯耐火材料，外 部保溫，由於出口集氣管及出口總管外壁溫度接近轉化氣溫度，因此稱熱壁集 氣管。
美國的A.V.斯拉克和G.R.詹姆斯在《合成氨第一分冊》(石油化學工業 出版社，1977年7月第1版)中介紹了 ICI型轉化爐熱壁出口集氣管系統，其 結構如下每根爐管用小直徑的出口豬尾管與熱壁集氣管連接。出口豬尾管和 熱壁集氣管設置在轉化爐膛外的爐底保溫箱內。轉化氣從所有的爐管出來後， 通過出口豬尾管迸入熱壁集氣管後在熱壁出口總管內匯總去下遊設備。在工作 狀態下，熱壁集氣管的熱膨脹由出口豬尾管吸收，由於熱壁集氣管的熱膨脹系 數大、溫度高，需要出口豬尾管吸收的膨脹量很大，因此，出口豬尾管的長度 很長。
在《合成氨第一分冊》中，A.V.斯拉克和G.R.詹姆斯還介紹了 KELLOGG 型轉化爐熱壁出口集氣管系統，其結構如下釆用豎琴式爐管結構，取消了出 口豬尾管，每排爐管垂直地焊接在下部熱壁集氣管上，熱壁集氣管設在爐膛內， 爐底封閉，每根熱壁集氣管中間設置一根上升管，上升管在爐膛內穿過爐頂與 冷壁出口總管連通。轉化氣從爐管出來後進入熱壁集氣管，通過上升管，在冷
壁出口總管內匯合後去下遊設備。在工作狀態下，熱壁集氣管膨脹後帶動爐管 水平移動，由於熱壁集氣管的熱膨脹係數大、溫度高，爐管下部的水平位移量 很大，爐管與熱壁集氣管的熱應力很大。
冷壁出口集氣管系統是指出口集氣管及總管內部襯耐火材料，由於出口 集氣管及總管殼體外壁溫度較低，因此稱冷壁集氣管。採用冷壁集氣管的轉化 爐，爐管穿過爐底直接與爐外冷壁集氣管連接，沒有出口豬尾管， 一排爐管對
應一根冷壁集氣管。採用冷壁出口集氣管系統的轉化爐主要為德國U,HDE爐型， 參見美國專利US4647436。由於冷壁集氣管的熱膨脹係數很小，壁溫很低，通 常在20CTC左右，膨脹量很小，因此， 一根冷壁集氣管可以連接40 50根爐管。
美國專利US4647436的主要內容如下在轉化爐爐底位置，每根轉化爐管 內部水平布置一個催化劑格柵， 一個薄壁高合金鋼漏鬥和一根細短管與格柵支 架焊接，焊接形式為密封焊，細短管與末端轉化爐管之間的環形空間用環形絕 熱材料填充，以保護末端轉化爐管不受高溫影響。
但美國專利US4647436描述的冷壁出口集氣管系統，由於爐管與冷壁集氣 管直接連接，冷壁集氣管需要開一系列的開孔，開孔使得冷壁集氣管的內襯耐 火材料結構較為複雜，施工難度高。為避免氣流衝刷，採用金屬內襯套保護耐 火材料，這種情況下冷壁集氣管的結構更為複雜，施工難度更高。同時，由於 開孔造成冷壁集氣管本身上下結構不對稱，如果結構處理不當，可能導致開工 後殼體外壁溫度不均勻，使冷壁集氣管產生翹曲。為了控制冷壁集氣管內耐火 材料在冷熱狀態下均不產生或較少產生微裂紋，對耐火材料的指標要求非常苛 刻，因此，耐火材料的價格非常昂貴。另外，由於爐管穿越爐底，為保證爐管 水平方向隨冷壁集氣管的熱脹冷縮，爐底需要開大孔，保溫結構需要特殊處理。
冷熱結合出口集氣管系統是指出口集氣管系統中即有冷壁集氣管，也有 熱壁集氣管。主要有丹麥TOPSOE型轉化爐、英國動力煤氣公司轉化爐、德 國LINDE公司轉化爐和法國TECHNIP型轉化爐。
《合成氨第一分冊》介紹TOPSOE型轉化爐冷熱結合出口集氣管系統結 構如下每根爐管用小直徑的出口豬尾管與熱壁集氣管連接， 一排爐管對應多 根水平熱壁集氣管，每根熱壁集氣管在中間與其下面的同軸向的冷壁集氣管相 連，每個熱壁集氣管由其冷熱結合點向兩端膨脹，兩根冷壁集氣管在一端匯合 進入冷壁出口總管，冷壁出口總管出口在轉化爐端部。出口豬尾管、熱壁集氣 管、冷壁集氣管和冷壁出口總管均設置在爐膛外，出口豬尾管和熱壁集氣管單 獨外保溫。此結構利用多個熱壁集氣管分段自由膨脹，使得由於熱膨脹而引起 出口豬尾管的彎曲變形最小，解決了採用單根長熱壁集氣管所產生的複雜問題。 《合成氨第一分冊》介紹英國動力煤氣公司轉化爐冷熱結合出口集氣管系
統結構同TOPSOE型轉化爐基本相同，均含有出口豬尾管。主要區別在於，英 國動力煤氣公司型轉化爐的熱壁集氣管與其下面的冷壁集氣管十字交叉布置， 減少了冷壁集氣管的數量和長度。
上述的冷熱結合出口集氣管系統與冷壁集氣管出口系統相比，由於冷壁集 氣管的數量和長度相對較少，並且冷壁出口集氣管僅有幾個與熱壁集氣管相通 的連接孔，開孔少，結構簡單，施工方便，因此，冷熱結合出口集氣管系統中 的冷壁集氣管安全性更高。但是，TOPSOE型轉化爐、英國動力煤氣公司轉化 爐冷熱結合出口集氣管系統，由於含有出口豬尾管，在轉化氣出爐管溫度很高 時，出口豬尾管特別容易發生問題。TECHNIP型和LINDE型轉化爐冷熱結合 出口集氣管系統沒有出口豬尾管，不存在上述問題，在轉化氣溫度高達85CTC 以上的大型化轉化爐設計中採用，但由於一排爐管僅設置一根熱壁集氣管，導 致爐管隨熱壁集氣管膨脹的水平位移量仍然很大，同時，由於冷壁集氣管出口 在轉化爐側面，也限制了下遊設備的布置。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種採用新型冷熱結合出口集氣管系統的烴類蒸 汽轉化爐轉化氣出口系統，該轉化爐可使轉化爐管排中位移量最大的爐管隨熱 壁集氣管軸向膨脹的水平最大位移量更小，滿足轉化爐大型化的要求。
本實用新型的技術方案是包括冷壁輸氣總管、冷壁輸氣管、冷壁集氣管、
熱壁集氣管和轉化爐爐管，冷壁集氣管設置2根或2根以上，冷壁輸氣總管與
一根冷壁集氣管相連，冷壁集氣管之間通過一根或多根冷壁輸氣管相連，每根
冷壁集氣管上連接2根或2根以上的熱壁集氣管，每排爐管分2組或多組，一 組爐管與一根熱壁集氣管相連接，爐管與熱壁集氣管之間通過柔性直管連接， 熱壁集氣管通過冷熱壁連接管與冷壁集氣管相連，熱壁集氣管與冷壁集氣管呈 上下十字交叉布置，熱壁集氣管布置在爐底保溫箱內。
本實用新型採用一排爐管對應2根或2根以上的熱壁集氣管，各熱壁出口 集氣管相互獨立、自由膨脹，這與一排爐管對應一根長熱壁集氣管的轉化爐相 比，由於累計膨脹量小，使得一排轉化爐管中位移最大的兩端爐管隨熱壁集氣 管軸向膨脹的水平位移量減少1/3以上，結構更合理、更安全；或者在爐管管心
距相同、下端位移量相同的情況下，可以使每排轉化爐管的數量排列的更多， 解決了轉化爐大型化帶來的爐管數量增多的問題。與UHDE型轉化爐冷壁集氣 管出口系統相比，由於大幅度降低了冷壁出口集氣管的開孔數量，結構簡單， 施工方便，因此，本實用新型中的冷壁集氣管安全性更高。同時，由於本發明 減少了冷壁集氣管的數量和長度，儘管本實用新型比UHDE型轉化爐冷壁集氣 管出口系統增加了熱壁集氣管，但整個冷熱結合出口集氣管系統的投資仍然低
於UHDE型轉化爐冷壁集氣管出口系統，而且爐底開孔數量少，防漏風處理容 易。
以下結合附圖和具體實施方式
對本發明技術方案作詳細說明，但附圖和具 體實施方式並不限定本發明的範圍。
圖1是本實用新型有2根冷壁集氣管時的三維結構示意圖。 圖2是本實用新型爐底下部熱壁集氣管保溫結構示意圖。
具體實施方式
如圖1、 2所示，其由轉化爐爐管1、熱壁集氣管2、冷熱壁連接管3、後 部冷壁集氣管4、冷壁輸氣管5、前部冷壁集氣管6和冷壁輸氣總管7構成。轉 化爐爐管1分4排布置，每排轉化爐爐管1分為前後兩組，與2根熱壁集氣管 2連接，轉化爐爐管1爐管與熱壁集氣管2之間通過柔性直管11連接，每根熱 壁集氣管2連接22根爐管，熱壁集氣管2共8根。熱壁集氣管2通過冷熱壁連 接管3與後部冷壁集氣管4、前部冷壁集氣管6連通，熱壁集氣管2與後(前) 部冷壁集氣管4 (6)呈上下十字交叉布置，後部冷壁集氣管4通過冷壁輸氣管 5與前部冷壁集氣管6連通，前部冷壁集氣管6與冷壁輸氣總管7相連。轉化 爐爐管1的重量100%以上由爐頂彈簧或平衡重錘承擔。熱壁集氣管2布置在 轉化爐爐底10下部的轉化爐爐底保溫箱9內。冷熱壁連接管3穿過轉化爐爐底 保溫箱9分別由前部冷壁集氣管6和後部冷壁集氣管4連接。前部冷壁集氣管 6、後部冷壁集氣管4和冷壁輸氣總管7分別通過不同的支座8支撐。
採用圖1所示結構示意圖的主要操作過程是轉化氣從轉化爐爐管1的底 部進入熱壁集氣管2後，通過冷熱壁連接管3分別進入後部冷壁集氣管4和前 部冷壁集氣管6，後部冷壁集氣管4內的轉化氣通過冷壁輸氣管5與冷壁集氣 管6內的轉化氣匯合後進入冷壁輸氣總管7，通過冷壁集氣管7進入下遊設備。
權利要求1.一種烴類蒸汽轉化爐轉化氣出口系統，其特徵在於包括冷壁輸氣總管、冷壁輸氣管、冷壁集氣管、熱壁集氣管和轉化爐爐管，冷壁集氣管設置2根或2根以上，冷壁輸氣總管與一根冷壁集氣管相連，冷壁集氣管之間通過一根或多根冷壁輸氣管相連，每根冷壁集氣管上連接2根或2根以上的熱壁集氣管，每排爐管分2組或多組，一組爐管與一根熱壁集氣管相連接，爐管與熱壁集氣管之間通過柔性直管連接，熱壁集氣管通過冷熱壁連接管與冷壁集氣管相連，熱壁集氣管與冷壁集氣管呈上下十字交叉布置，熱壁集氣管布置在爐底保溫箱內。
專利摘要本實用新型公開了一種烴類蒸汽轉化爐轉化氣出口系統，包括冷壁輸氣總管、冷壁輸氣管、冷壁集氣管、熱壁集氣管和轉化爐爐管，冷壁集氣管設置2根或2根以上，冷壁輸氣總管與一根冷壁集氣管相連，冷壁集氣管之間通過一根或多根冷壁輸氣管相連，每根冷壁集氣管上連接2根或2根以上的熱壁集氣管，每排爐管分2組或多組，一組爐管與一根熱壁集氣管相連接，爐管與熱壁集氣管之間通過柔性直管連接，熱壁集氣管通過冷熱壁連接管與冷壁集氣管相連，熱壁集氣管與冷壁集氣管呈上下十字交叉布置，熱壁集氣管布置在爐底保溫箱內。該轉化爐可使轉化爐管排中位移量最大的爐管隨熱壁集氣管軸向膨脹的水平最大位移量更小，滿足轉化爐大型化的要求。
文檔編號C01B3/00GK201058809SQ200720090808
公開日2008年5月14日 申請日期2007年6月22日 優先權日2007年6月22日
發明者張海燕, 張鐵峰, 王德瑞, 董世達 申請人:中國石油化工集團公司;中國石化集團洛陽石油化工工程公司