一种烃类蒸汽转化炉转化气出口系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种烃类蒸汽转化炉转化气出口系统，包括冷壁输气总管、冷壁输气管、冷壁集气管、热壁集气管和转化炉炉管，冷壁集气管设置２根或２根以上，冷壁输气总管与一根冷壁集气管相连，冷壁集气管之间通过一根或多根冷壁输气管相连，每根冷壁集气管上连接２根或２根以上的热壁集气管，每排炉管分２组或多组，一组炉管与一根热壁集气管相连接，炉管与热壁集气管之间通过柔性直管连接，热壁集气管通过冷热壁连接管与冷壁集气管相连，热壁集气管与冷壁集气管呈上下十字交叉布置，热壁集气管布置在炉底保温箱内。该转化炉可使转化炉管排中位移量最大的炉管随热壁集气管轴向膨胀的水平最大位移量更小，满足转化炉大型化的要求。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于转化炉
，主要涉及一种烃类蒸汽转化炉转化气出口系统。
技术介绍
以烃类为原料，用蒸汽转化法生产合成氨原料气和氢气，在合成氨、炼油、石油化工、冶金等工业部门具有特定的地位。炼油厂的制氢转化炉、甲醇厂的蒸汽转化炉和合成氨厂的一段转化炉等都属于烃类蒸汽转化炉。其工作原理、操作参数和结构设计等都大致相同。烃类蒸汽转化制气的路线具有工艺流程短、投资省、能量利用合理、自控程度高、环境污染少等优点，因此，应用极为普遍。随着炼油加工深度的提高和环保法规的日趋严格，对氢气的需求不断增加，制氢装置工业化规模呈现越来越大的趋势。转化气是指原料气在转化炉炉管内反应后形成的富氢混合气。烃类蒸汽转化炉转化气出口系统是指转化气出转化炉管到转化气出口集气总管所包含的管路系统。转化气出口系统的结构形式多种多样，以出口集气管的形式大致可以分三种，即热壁出口集气管系统、冷壁出口集气管系统和冷热结合出口集气管系统。热壁出口集气管系统是指：出口集气管及出口总管内部不衬耐火材料，外部保温，由于出口集气管及出口总管外壁温度接近转化气温度，因此称热壁集气管。美国的A.V.斯拉克和G.R.詹姆斯在《合成氨第一分册》(石油化学工业出版社，1977年7月第1版)中介绍了ICI型转化炉热壁出口集气管系统，其结构如下：每根炉管用小直径的出口猪尾管与热壁集气管连接。出口猪尾管和热壁集气管设置在转化炉膛外的炉底保温箱内。转化气从所有的炉管出来后，通过出口猪尾管进入热壁集气管后在热壁出口总管内汇总去下游设备。在工作状态下，热壁集气管的热膨胀由出口猪尾管吸收，由于热壁集气管的热膨胀系数大、温度高，需要出口猪尾管吸收的膨胀量很大，因此，出口猪尾管的长度很长。在《合成氨第一分册》中，A.V.斯拉克和G.R.詹姆斯还介绍了KELLOGG型转化炉热壁出口集气管系统，其结构如下：采用竖琴式炉管结构，取消了出口猪尾管，每排炉管垂直地焊接在下部热壁集气管上，热壁集气管设在炉膛内，炉底封闭，每根热壁集气管中间设置一根上升管，上升管在炉膛内穿过炉顶与冷壁出口总管连通。转化气从炉管出来后进入热壁集气管，通过上升管，在冷-->壁出口总管内汇合后去下游设备。在工作状态下，热壁集气管膨胀后带动炉管水平移动，由于热壁集气管的热膨胀系数大、温度高，炉管下部的水平位移量很大，炉管与热壁集气管的热应力很大。冷壁出口集气管系统是指：出口集气管及总管内部衬耐火材料，由于出口集气管及总管壳体外壁温度较低，因此称冷壁集气管。采用冷壁集气管的转化炉，炉管穿过炉底直接与炉外冷壁集气管连接，没有出口猪尾管，一排炉管对应一根冷壁集气管。采用冷壁出口集气管系统的转化炉主要为德国UHDE炉型，参见美国专利US4647436。由于冷壁集气管的热膨胀系数很小，壁温很低，通常在200℃左右，膨胀量很小，因此，一根冷壁集气管可以连接40～50根炉管。美国专利US4647436的主要内容如下：在转化炉炉底位置，每根转化炉管内部水平布置一个催化剂格栅，一个薄壁高合金钢漏斗和一根细短管与格栅支架焊接，焊接形式为密封焊，细短管与末端转化炉管之间的环形空间用环形绝热材料填充，以保护末端转化炉管不受高温影响。但美国专利US4647436描述的冷壁出口集气管系统，由于炉管与冷壁集气管直接连接，冷壁集气管需要开一系列的开孔，开孔使得冷壁集气管的内衬耐火材料结构较为复杂，施工难度高。为避免气流冲刷，采用金属内衬套保护耐火材料，这种情况下冷壁集气管的结构更为复杂，施工难度更高。同时，由于开孔造成冷壁集气管本身上下结构不对称，如果结构处理不当，可能导致开工后壳体外壁温度不均匀，使冷壁集气管产生翘曲。为了控制冷壁集气管内耐火材料在冷热状态下均不产生或较少产生微裂纹，对耐火材料的指标要求非常苛刻，因此，耐火材料的价格非常昂贵。另外，由于炉管穿越炉底，为保证炉管水平方向随冷壁集气管的热胀冷缩，炉底需要开大孔，保温结构需要特殊处理。冷热结合出口集气管系统是指：出口集气管系统中即有冷壁集气管，也有热壁集气管。主要有：丹麦TOPSOE型转化炉、英国动力煤气公司转化炉、德国LINDE公司转化炉和法国TECHNIP型转化炉。《合成氨第一分册》介绍TOPSOE型转化炉冷热结合出口集气管系统结构如下：每根炉管用小直径的出口猪尾管与热壁集气管连接，一排炉管对应多根水平热壁集气管，每根热壁集气管在中间与其下面的同轴向的冷壁集气管相连，每个热壁集气管由其冷热结合点向两端膨胀，两根冷壁集气管在一端汇合进入冷壁出口总管，冷壁出口总管出口在转化炉端部。出口猪尾管、热壁集气管、冷壁集气管和冷壁出口总管均设置在炉膛外，出口猪尾管和热壁集气管单独外保温。此结构利用多个热壁集气管分段自由膨胀，使得由于热膨胀而引起出口猪尾管的弯曲变形最小，解决了采用单根长热壁集气管所产生的复杂问题。《合成氨第一分册》介绍英国动力煤气公司转化炉冷热结合出口集气管系-->统结构同TOPSOE型转化炉基本相同，均含有出口猪尾管。主要区别在于，英国动力煤气公司型转化炉的热壁集气管与其下面的冷壁集气管十字交叉布置，减少了冷壁集气管的数量和长度。上述的冷热结合出口集气管系统与冷壁集气管出口系统相比，由于冷壁集气管的数量和长度相对较少，并且冷壁出口集气管仅有几个与热壁集气管相通的连接孔，开孔少，结构简单，施工方便，因此，冷热结合出口集气管系统中的冷壁集气管安全性更高。但是，TOPSOE型转化炉、英国动力煤气公司转化炉冷热结合出口集气管系统，由于含有出口猪尾管，在转化气出炉管温度很高时，出口猪尾管特别容易发生问题。TECHNIP型和LINDE型转化炉冷热结合出口集气管系统没有出口猪尾管，不存在上述问题，在转化气温度高达850℃以上的大型化转化炉设计中采用，但由于一排炉管仅设置一根热壁集气管，导致炉管随热壁集气管膨胀的水平位移量仍然很大，同时，由于冷壁集气管出口在转化炉侧面，也限制了下游设备的布置。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种采用新型冷热结合出口集气管系统的烃类蒸汽转化炉转化气出口系统，该转化炉可使转化炉管排中位移量最大的炉管随热壁集气管轴向膨胀的水平最大位移量更小，满足转化炉大型化的要求。本技术的技术方案是：包括冷壁输气总管、冷壁输气管、冷壁集气管、热壁集气管和转化炉炉管，冷壁集气管设置2根或2根以上，冷壁输气总管与一根冷壁集气管相连，冷壁集气管之间通过一根或多根冷壁输气管相连，每根冷壁集气管上连接2根或2根以上的热壁集气管，每排炉管分2组或多组，一组炉管与一根热壁集气管相连接，炉管与热壁集气管之间通过柔性直管连接，热壁集气管通过冷热壁连接管与冷壁集气管相连，热壁集气管与冷壁集气管呈上下十字交叉布置，热壁集气管布置在炉底保温箱内。本技术采用一排炉管对应2根或2根以上的热壁集气管，各热壁出口集气管相互独立、自由膨胀，这与一排炉管对应一根长热壁集气管的转化炉相比，由于累计膨胀量小，使得一排转化炉管中位移最大的两端炉管随热壁集气管轴向膨胀的水平位移量减少1/3以上，结构更合理、更安全；或者在炉管管心距相同、下端位移量相同的情况下，可以使每排转化炉管的数量排列的更多，解决了转化炉大型化带来的炉管数量增多的问题。与UHDE型转化炉冷壁集气管出口系统相比，由于大幅度降低了冷壁出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种烃类蒸汽转化炉转化气出口系统，其特征在于：包括冷壁输气总管、冷壁输气管、冷壁集气管、热壁集气管和转化炉炉管，冷壁集气管设置２根或２根以上，冷壁输气总管与一根冷壁集气管相连，冷壁集气管之间通过一根或多根冷壁输气管相连，每根冷壁集气管上连接２根或２根以上的热壁集气管，每排炉管分２组或多组，一组炉管与一根热壁集气管相连接，炉管与热壁集气管之间通过柔性直管连接，热壁集气管通过冷热壁连接管与冷壁集气管相连，热壁集气管与冷壁集气管呈上下十字交叉布置，热壁集气管布置在炉底保温箱内。

【技术特征摘要】
1.一种烃类蒸汽转化炉转化气出口系统，其特征在于：包括冷壁输气总管、冷壁输气管、冷壁集气管、热壁集气管和转化炉炉管，冷壁集气管设置2根或2根以上，冷壁输气总管与一根冷壁集气管相连，冷壁集气管之间通过一根或多根冷壁输气管相连，每根冷壁集气管上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王德瑞，张铁峰，张海燕，董世达，
申请(专利权)人：中国石油化工集团公司，中国石化集团洛阳石油化工工程公司，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]