专利名称：转化炉用辐射段炉管系统的利记博彩app
技术领域：
本实用新型涉及一种转化炉设备，特别涉及一种转化炉用辐射段炉管系统。
背景技术：
烃类蒸汽转化炉是石油化工装置非常关键的设备之一，包括:合成氨装置中的一段蒸汽转化炉、甲醇装置的蒸汽转化炉、炼油厂制氢装置的蒸汽转化炉等。国内现有大型合成氨装置、制氢装置的蒸汽转化炉，均为采用国外专利技术，而购买相关专利许可，需花费大量外汇。目前国际现有主要合成氨专利技术在一段蒸汽转化炉的结构形式上均有各自独到之处，也就是说，各种专利技术均在各自工艺技术的基础上，形成自己的蒸汽转化炉型，规避、区别于了其他家的专利炉型，其主要核心在于辐射段转化管的结构及支撑形式上的区别。转化炉辐射段炉管系统因其操作条件苛刻(高温高压，炉管系统应力复杂)、对材料要求高，特别是高合金材料消耗大、制造检验及现场安装要求严格、设计难度大，辐射段炉管系统为转化炉的最关键部件。下面对现有技术的技术方案进行举例说明:1、现有技术方案一:竖琴管排型转化炉。转化管为上部弹簧吊挂支撑；转化管与入口集合管之间通过柔性的上猪尾管连接；每排转化管与在炉内的集合管直接焊接，即无下猪尾管；每排转化管中完成转化反应的转化气，通过集合管汇总后，进入设在集合管中间部位上升管，上升管出口与设在炉顶上部的带有水夹套的、水平输气总管相连，即输气总管汇总了来自上升管的转化气，最终由输气总管进入二段转化炉，完成进一步的转化反应。竖琴管排型转化炉的优点在于:整个竖琴管排上部支撑、向下自由膨胀，沿着管排方向集合管的热膨胀，将由转化管上部入口猪尾管的柔性连接，以及炉顶部位的导向结构较好的吸收，另外，转化气经过设在炉内的上升管到达炉顶了上部，实现了输气总管直接与二段转化炉接管直接对接，最 大限度地避免了炉管系统与二段炉壳体之间的膨胀差，而造成的垂直方向的温差应力大的问题，使整个炉管系统应力分布更加合理，也明显减小了二段转化炉转化气入口管口处的外部荷载；此炉型为冷底结构，即转化管不需要穿出炉底，减少由于转化管穿出炉底的热量损失；另外，无下猪尾管，节省了高合金材料的消耗，降低了设备投资；竖琴管排可在车间分组预制，转化管现场焊接工作量最小。然而其缺点是:转化管与集合管直接相连，一旦某转化管损坏，只有停炉，更换转化管，同时完成转化管与集合管、入口猪尾管的现场焊接及焊缝检验，会使整个装置长时间停车，造成一定的经济损失。此外，由于转化管、上升管直接与集合管相连，同时上升管也与输气总管相连，而转化管与上升管存在30°C左右的温度差，转化管越长，两者的膨胀差越大。所以，转化管不宜过长，否则将造成由于温差产生的膨胀差，对集合管造成扰度增加、受力不均的不利影响。同时，转化管越短，表面热强度升高，转化管壁温也会明显升高。2、现有技术方案二:上、下猪尾管及冷、热集合管型转化炉，转化管采用了完全下部支撑结构。上猪尾管形式与现有技术方案一相类似。下猪尾管则与热壁集合管相连，热壁集合管再与冷壁集合管相连，最终转化气通过冷壁集合管汇总后进入二段转化炉。现有技术方案二的主要优点在于:采用上、下猪尾管结构。当某一高温转化管由于局部超温发生破坏时，可以短时间停车或不停车的条件下，采取临时措施，用夹子夹死上、下猪尾管，使介质不能通过损坏的转化管，转化管不需要马上拆出，从而减少由于停车检修(更换转化管)，造成不必要的经济损失。另外，转化管通过下猪尾管与热壁集合管相连，转化管支撑在炉底，所以下猪尾管基本不受转化管膨胀的影响，只需要吸收其自身及热壁集合管的热膨胀，热壁集合管可分段与冷壁集合管连接，使得下猪尾管随热壁集合管轴向膨胀限制在一定范围内。然而其缺点是:转化管完全由炉底钢结构支撑，由于受重力作用转化管受力向下，而热膨胀向上，从而造成转化管受压，再加上转化管周向温度不均匀等影响，转化管受压容易产生弯曲变形。另外，此结构转化管现场焊接工程量大。3、现有技术方案三:转化管与冷集合管直接连接型式。现有技术方案三的上猪尾管形式与方案一相类似，转化管支撑为上部弹簧吊挂、下部支撑在冷壁集合管上，转化管向上膨胀。现有技术方案三的主要优点在于，由于采用上、下支撑相结合的方式，转化管受拉不宜变形，转化管的热膨胀全部由上猪尾管吸收；另外，由于没有下猪尾管、热集合管，使炉底结构简单，炉底标高不必太高，设备结构紧凑，炉底部有效空间大，便于巡检。在转化管穿出炉底处采用了密封套结构，减少了炉底散热损失。然而其缺点是:冷壁集合管系统的热膨胀为在一个平面内的两个方向，以靠近一端为固定点，另一端(远端)的膨胀位移量最大，造成远端、与冷壁集合管相连的转化管的受力最复杂。另外，每根转化管需要在现场与冷壁集合管组焊，由于内部有耐火材料，焊缝将无法进行100%-RT检查，因此，焊缝质量以及衬里施工质量，都成为了整个炉管系统平稳运行的关键。一旦出现问题，检查及修复相对较难。有鉴于此，为解决上述技术中的不足，本发明人基于相关领域的研发，并经过不断测试及改良，进而有本实用新型的产生。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种转化炉用辐射段炉管系统，可承受辐射段炉管系统因高温热膨胀产生的热应力并使热应力减小；在不影响转化管自由膨胀的条件下，达到密封、隔热的最佳效果，最大限度地减少炉膛热损失；在相同的装置规模下，转化管可尽量长，减少转化管根数、缩小炉膛尺寸、转化管金属壁温更低、从而减少高合金材料的消耗、延长炉管系统的使用寿命。为达上述目的，本实用新型提供一种转化炉用辐射段炉管系统，其包括:一组入口集合管、多根上猪尾管、多根转化管、多根下猪尾管及一根冷壁集合管，所述的入口集合管与多根上猪尾管的一端相连通，每根上猪尾管的另一端通过一根转化管而与一根下猪尾管的一端相连通，多根所述的下猪尾管的另一端均连通到所述的冷壁集合管上。所述的转化炉用辐射段炉管系统，其中，所述的入口集合管呈H形，其具有两条平行的分支管，且两条分支管之间通过一条与所述分支管相垂直的管相连通，并且每根所述的分支管上通过多个管座分别与多 根上猪尾管的一端相连通。[0018]所述的转化炉用辐射段炉管系统，其中，多根所述的转化管并排设置。所述的转化炉用辐射段炉管系统，其中，所述的转化管的管径为60 160mm。所述的转化炉用辐射段炉管系统，其中，每两根转化管的管心距与转化管的外径比为1.1 2.0。所述的转化炉用辐射段炉管系统，其中，所述的上猪尾管和下猪尾管的管径均为30 80mm。所述的转化炉用辐射段炉管系统，其中，所述的入口集合管与上猪尾管连接的管座间距小于两相邻转化管之间的间距。本实用新型的有益效果是:可承受辐射段炉管系统因高温热膨胀产生的热应力，并通过优化的结构设计、材料选择、支撑及导向等，使热应力减小；转化管穿出炉顶、炉底部位采用特殊的保温密封结构，在不影响转化管自由膨胀的条件下，达到密封、隔热的最佳效果，最大限度地减少了炉膛热损失；在相同的装置规模下，本实用新型所设计的转化管可尽量长，减少了转化管根数、缩小了炉膛尺寸、转化管金属壁温更低、从而减少了高合金材料的消耗、延长了炉管系统的使用寿命；转化管上、下结合的支撑型式，减小了辐射段转化管的弯曲形变趋势，最大程度地降低炉管系统失效或破坏的可能性；现场焊接工程量少，现场焊缝为全焊透对焊结构，焊后可进行100%-RT检查，确保了焊接质量；下猪尾管直接与冷壁集合管相连，除受其自身的重量载荷、内压产生的一次应力及热应力作用外，受其它外载荷的影响最小；每一根下猪尾管为单独弹簧支吊架支撑，确保了其约束载荷及位移在设计范围内。
图1为本实用新型的转化炉用辐射段炉管系统的主视`[0025]图2为本实用新型的转化炉用辐射段炉管系统的侧视图。附图标记说明:1_入口集合管；2_上猪尾管；3_转化管；4_下猪尾管；5_冷壁集合管。
具体实施方式
有关本实用新型为达到上述的使用目的与功效及所采用的技术手段，现举出较佳可行的实施例，并配合附图所示，详述如下:如图1和图2所示，分别为本实用新型的转化炉用辐射段炉管系统的主视图和侧视图。本实用新型的转化炉用辐射段炉管系统，主要包括:一组入口集合管1、多根上猪尾管2、多根转化管3、多根下猪尾管4及一根冷壁集合管5。所述的入口集合管I呈H形，其具有两条平行的分支管，且两条分支管之间通过一条与所述分支管相垂直的管相连通，并且每根所述的分支管上通过多个管座分别与多根上猪尾管2的一端相连通，每根上猪尾管2的另一端通过一根转化管3而与一根下猪尾管4的一端相连通，多根所述的下猪尾管4的另一端均连通到一根所述的冷壁集合管5上。多根所述的转化管3沿辐射段长度方向并排设置。由此构成了所述的转化炉用辐射段炉管系统。所述的入口集合管I通过弹簧吊挂，支撑在转化炉顶部(辐射室上部)钢结构上，下猪尾管由两组弹簧支撑(或悬挂)于转化炉底部(辐射室空间外)；同时转化管由弹簧吊架悬挂在炉顶上部钢结构上，转化管底部通过一铸造锥形件支撑在炉底钢结构上，锥形件与下猪尾管相连接；下猪尾管弯曲后，从侧向与冷壁集合管相连接，连接部位采用了局部加强、并在其内部衬有隔热材料；下猪尾管以及冷壁集合管位于转化炉炉底下部(辐射室空间外)。本实用新型采用上、下猪尾管结构，无出口热壁集合管，下猪尾管直接与冷壁集合管相连接结构。所述的入口集合管与上猪尾管连接的管座间距小于两相邻转化管之间的间距；所述的转化管下部设支撑结构，即转化管采用上下组合支撑、向上膨胀的支撑型式，每两根转化管共用一套恒力弹簧支吊架，其承担转化管及内部催化剂、上猪尾管及外部保温等的自重载荷、下部由固定支撑承担上述较少一部份自重载荷；所述的下猪尾管采用每根单独的弹簧支撑结构；所述的下猪尾管与冷壁集合管采用侧向加强接头对焊结构；所述的冷壁集合管采用双层内部衬里、无高合金衬套结构，且与下猪尾管对接的加强管采用单层衬里与高合金衬管结合的结构；所述的转化管穿出炉顶部位采用内外保温盒结构；所述的转化管穿出炉底部位采用柔性密封套结构。冷壁集合管沿辐射段轴线方向水平布置，采用固定、滑动相结合的支撑方式。所述的转化管3的管径为60 160mm,所述的上猪尾管3、下猪尾管4的管径为30 80mm，每两根转化管的管心距与转化管的外径比为1.1 2.0。较佳的是，每两套炉管系统为一组，可根据工艺需要(且考虑结构限制)在辐射段布置多组这样的炉管系统。综上所述，本实用新型转化炉用辐射段炉管系统中转化管采用上下组合支撑、向上膨胀的支撑型式，其优点在于炉管系统热膨胀由温度相对低的上猪尾管及入口集合管所吸收，减少了由于高温热膨胀产生的热应力，最大程度上降低了转化管失效或破坏的可能性。另外，因入口集合管管座(与上猪尾管连接用)与上猪尾管的不等间距、且入口集合管管座间距小于上猪尾管管间距的设置，保证了在开车及正常操作的高温工况下，上猪尾管水平方向无附加应力，降低了上猪尾管本身、上猪尾管与入口集合管以及上猪尾管与转化管间接头破坏的可能性 。此外，下猪尾管直接与冷壁集合管侧向加强对接，省去热壁集合管高合材料，节省设备投资，同时由于下猪尾管采用单独的弹簧支撑的结构，受力更加简单(注:其只承担一次薄膜应力、自身重力及膨胀产生的热应力)，且避免了单个弹簧失效后造成的下猪尾管破坏的可能性。冷壁集合管主管采用双层衬里结构，使金属壁温降低到规范允许的范围内，减小了高温热膨胀产生的热应力，另外，与高温介质接触的耐火浇注料新型高强度浇注料，省去了高合金衬套，简化了施工、节省了投资。与下猪尾管对接的加强管采用衬里与高合金衬管结合的结构，最大程度降低了高温烟气对衬里的影响。转化炉用辐射段炉管系统采用偶数排排列，每两排炉管系统分别连接两根对称设置的入口集合管，但共用一根冷壁集合管，即平衡了下猪尾管因受热膨胀对冷壁集合管产生的侧向推力，又避免了单侧高温烟气对冷壁集合管内衬里的冲刷，改善了冷壁集合管的操作环境，起到了延长使用寿命的效果。转化管穿出炉顶的套管式保温盒结构及转化管穿出炉底柔性密封套结构，最大限度地减少了由于炉膛内负压，炉外冷空气被吸入，造成炉子热效率降低的可能性。同时最大限度地降低了炉顶或炉底受高温辐射的影响，降低了周围的环境温度，明显改善了操作环境。本实用新型明显有别于现有蒸汽转化炉的辐射段转化管结构的各种专利技术，为一种新型蒸汽转化炉炉管系统(包括转化管结构和支撑、连接型式等)，实现了转化炉辐射段炉管系统应力分布均匀、保证转化炉设计技术可靠、操作运行稳定、减少高合金材料的消耗，降低热量损失。在设计过程中，对炉管系统的材料选择、结构以及转化管的支撑形式、转化管的保温及隔热进行了优化设计，并采用国际先进的工程应用软件-流程模拟软件(PRO-1I)进行了工艺模拟计算；应用国际通用的转化炉计算软件(REF0RMER-3)以及直接火焰加热炉模拟计算软件(FRNC-5)，进行了转化反应、燃烧、传热模拟计算；应用国际标准(API530, ANSIB31.3)以及国际通用的应力分析计算软件(CAESAR I1、ANSYS)对炉管系统的强度进行设计计算。本实用新型已成功应用于两套日产325吨合成氨和500吨尿素的化肥厂。装置已于2010年11月顺利开车，并于2011年I月装置达到100%设计符合，一段炉各项技术指标完全满足设计要求，设备运行平稳、正常，辐射段炉管系统结构及材料设计符合设计预期，能够适应各种开车和操作工况。本实用新型不但可以应用在以天然气为原料的合成氨装置的一段转化炉，还可应用于以天然气为原料的甲醇、制氢等装置中的蒸汽转化炉。本实用新型提供一种新型结构转化炉用辐射段炉管系统，除满足各种操作工况下的温度、压力以及转化反应的要求外，还可承受辐射段炉管系统因高温热膨胀产生的热应力，并通过优化的结构设计、材料选择、支撑及导向等，使热应力减小；转化管穿出炉顶、炉底部位采用特殊的保温密封结构，在不影响转化管自由膨胀的条件下，达到密封、隔热的最佳效果，最大限度地减少了炉膛热损失；在相同的装置规模下，本实用新型所设计的转化管可尽量长，减少了转化管根数、缩小了炉膛尺寸、转化管金属壁温更低、从而减少了高合金材料的消耗、延长了炉管系统的使用寿命；转化管上、下结合的支撑型式，减小了辐射段转化管的弯曲形变 趋势，最大程度地降低炉管系统失效或破坏的可能性；现场焊接工程量较现行第三种方案少，现场焊缝为全焊透对焊结构，焊后可进行100%-RT检查，确保了焊接质量；下猪尾管直接与冷壁集合管相连，除受其自身的重量载荷、内压产生的一次应力及热应力作用外，受其它外载荷的影响最小；每一根下猪尾管为单独弹簧支吊架支撑，确保了其约束载荷及位移在设计范围内。以上对本实用新型的描述是说明性的，而非限制性的，本专业技术人员理解，在权利要求限定的精神与范围之内可对其进行许多修改、变化或等效，但是它们都将落入本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种转化炉用辐射段炉管系统，其特征在于，包括:一组入口集合管、多根上猪尾管、多根转化管、多根下猪尾管及一根冷壁集合管，所述的入口集合管与多根上猪尾管的一端相连通，每根上猪尾管的另一端通过一根转化管而与一根下猪尾管的一端相连通，多根所述的下猪尾管的另一端均连通到所述的冷壁集合管上。
2.根据权利要求1所述的转化炉用辐射段炉管系统，其特征在于，所述的入口集合管呈H形，其具有两条平行的分支管，且两条分支管之间通过一条与所述分支管相垂直的管相连通，并且每根所述的分支管上通过多个管座分别与多根上猪尾管的一端相连通。
3.根据权利要求1所述的转化炉用辐射段炉管系统，其特征在于，多根所述的转化管并排设置。
4.根据权利要求1所述的转化炉用辐射段炉管系统，其特征在于，所述的转化管的管径为60 160mm。
5.根据权利要求1所述的转化炉用辐射段炉管系统，其特征在于，每两根转化管的管心距与转化管的外径比为1.1 2.0。
6.根据权利要求1所述的转化炉用辐射段炉管系统，其特征在于，所述的上猪尾管和下猪尾管的管径均为30 80mm。
7.根据权利要求1所述的转化炉用辐射段炉管系统，其特征在于，所述的入口集合管与上猪尾管连接的 管座间距小于两相邻转化管之间的间距。
专利摘要本实用新型提供一种转化炉用辐射段炉管系统，其包括一组入口集合管、多根上猪尾管、多根转化管、多根下猪尾管及一根冷壁集合管，所述的入口集合管与多根上猪尾管的一端相连通，每根上猪尾管的另一端通过一根转化管而与一根下猪尾管的一端相连通，多根所述的下猪尾管的另一端均连通到所述的冷壁集合管上。本实用新型可承受辐射段炉管系统因高温热膨胀产生的热应力并使热应力减小；在不影响转化管自由膨胀的条件下，达到密封、隔热的最佳效果，最大限度地减少炉膛热损失；在相同的装置规模下，转化管可尽量长，减少转化管根数、缩小炉膛尺寸、转化管金属壁温更低、从而减少高合金材料的消耗、延长炉管系统的使用寿命。
文档编号C10G9/20GK203095988SQ201320018020
公开日2013年7月31日 申请日期2013年1月14日 优先权日2013年1月14日
发明者郭慧波, 陈萍, 张世忱, 隋建伟, 王国峰, 王琥, 白海波, 游辉, 史方军, 赵志谦, 宋学明 申请人:中国寰球工程公司