一種管式加熱爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及化工強化傳熱領(lǐng)域，具體地，涉及一種管式加熱爐。
【背景技術(shù)】
[0002] 管式加熱爐根據(jù)用途可以分為管內(nèi)有反應的管式加熱爐和管內(nèi)無反應的管式加 熱爐；前者如烴類水蒸汽轉(zhuǎn)化爐和乙烯裂解爐；后者如油田和長管線的加熱爐、蒸餾爐、殘 渣油加熱爐、加氫爐，重整爐，潤滑油加熱爐以及氣體加熱爐。下面以乙烯加熱爐和常、減壓 加熱爐為例進行說明。
[0003] 石油烴類裂解制乙烯、丙烯以及丁二烯等產(chǎn)物是一個高溫強吸熱的過程，因此不 僅需要把反應物料加熱到600-900°C的比較高的溫度以引發(fā)裂解反應，而且還需要在反應 過程中持續(xù)提供足夠的能量以達到所需要的轉(zhuǎn)化率。當前，工業(yè)上主要采用裂解爐在高溫 條件下生產(chǎn)乙烯，管外利用燃燒器來提供熱源。裂解爐主要分為對流段、輻射段和廢鍋段。 其中，對流段的作用是回收煙氣余熱，用來預熱并汽化原料油，并將原料油和稀釋蒸汽過熱 至物料的橫跨溫度，剩余的熱量用來過熱超高壓蒸汽和預熱鍋爐給水；輻射段為主反應區(qū)； 廢鍋段的作用是終止裂解反應并回收高品位的能量。裂解爐是乙烯裝置的能耗大戶，其能 耗占到乙烯流程工業(yè)能耗的60%左右，是一個耗能大戶。
[0004] 常壓加熱爐和減壓加熱爐是煉油工藝中的重要設備，均為管式加熱爐。常壓加熱 爐和減壓加熱爐通常由輻射室、對流室、余熱回收系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和通風系統(tǒng)五部分組成。 其中，輻射室通過燃氣燃燒火焰或高溫煙氣對爐管進行加熱，其熱負荷占全爐的70~80%; 對流室中，煙氣以較高速度沖刷爐管管壁，從而利用輻射室排出的高溫煙氣進行對流傳熱 來加熱物料，其熱負荷占全爐的20~30%，對流室內(nèi)的換熱管多采用釘頭管和翅片管。余 熱回收系統(tǒng)通過空氣預熱回收和廢熱鍋爐回收的方式來回收加熱爐的排煙余熱。
[0005] 通過上述可知，管式加熱爐的能耗很高，因此，如何對管式加熱爐進行節(jié)能改造 一直是相關(guān)科技人員的研究熱點。中國專利申請CN1260469A將各種異型爐管（扭曲 片）在加熱爐（或裂解爐）的輻射段進行安裝，取得了比較好的節(jié)能效果。中國專利申請 CN103791761A將異型換熱管（扭曲片）應用到廢熱鍋爐中也取得了比較好的效果，節(jié)能效 果達到5%以上。管式加熱爐的遮蔽段是連接對流段和輻射段的一組換熱管。遮蔽段由于 長度較短，總的吸熱量占管式加熱爐總體的吸熱量較少，往往被忽略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了降低管式加熱爐的能耗，本發(fā)明提出了一種管式加熱爐，該管式加熱爐的遮 蔽段具有強化傳熱管。本發(fā)明提供的管式加熱爐可以在壓降較小的情況下達到較好的強化 傳熱效果，從而起到明顯的節(jié)能效果。
[0007] 本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，連接管式加熱爐對流段和輻射段的遮蔽段的爐管 外溫度一般在500-600°C，與輻射段溫度比較接近，通常以輻射傳熱為主，能量品位相對較 高。當將遮蔽段的管件換成強化換熱管件，并保證流體經(jīng)過遮蔽段產(chǎn)生的壓降小于管式加 熱爐遮蔽段設計壓降的I. 05-1. 35倍時，對輻射段各爐管中流量的分配無明顯影響，還可 以達到較好的強化傳熱效果，從而起到明顯的節(jié)能效果。
[0008] 本發(fā)明提供了一種管式加熱爐，該管式加熱爐包括對流段和輻射段以及連接對流 段和輻射段的遮蔽段，其中，所述遮蔽段包括多個并聯(lián)的換熱管排，每個換熱管排含有多根 串聯(lián)的換熱管，且至少一根所述換熱管設置為強化傳熱管，且流體經(jīng)過所述遮蔽段產(chǎn)生的 壓降小于管式加熱爐遮蔽段設計壓降的1. 05-1. 35倍。
[0009] 本發(fā)明提供的管式加熱爐可以在壓降較小的情況下達到較好的強化傳熱效果，同 時對輻射段各爐管中流量的分配無明顯影響，進而達到能夠更多的吸收高品位能量，從而 減少燃料使用量，起到明顯的節(jié)能效果。
[0010] 本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【具體實施方式】
[0011] 以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體 實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0012] 在本發(fā)明中，在未作相反說明的情況下，使用的順序詞如"第一"和"最后"，以及方 位詞"前"，通常是指在本發(fā)明的管式加熱爐在正常工作的情況下，按照換熱管內(nèi)流體的流 動方向確定的，流體最先流過的換熱管稱為第一根換熱管，最后流過的換熱管為最后一根 換熱管，在某根換熱管中，物流的上游稱為"前"。在本發(fā)明中，術(shù)語"軸向距離"是指沿著傳 熱管的中軸方向上的距離。
[0013] 本發(fā)明提供了一種管式加熱爐，該管式加熱爐包括對流段和輻射段以及連接對流 段和輻射段的遮蔽段，其中，所述遮蔽段包括多個并聯(lián)的換熱管排，每個換熱管排含有多根 串聯(lián)的換熱管，且至少一根所述換熱管設置為強化傳熱管，且流體經(jīng)過所述遮蔽段產(chǎn)生的 壓降小于管式加熱爐遮蔽段設計壓降的1. 05-1. 35倍。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，通過控制流體經(jīng)過所述遮蔽段產(chǎn)生的壓降小于管式加熱爐遮蔽段設 計壓降的1. 05-1. 35倍，從而保證所述輻射段各個爐管內(nèi)流體流量的均勻分布。優(yōu)選地，流 體經(jīng)過所述遮蔽段產(chǎn)生的壓降小于管式加熱爐遮蔽段設計壓降的1. 3倍。所述管式加熱爐 遮蔽段規(guī)定的壓降是指為了保證輻射段內(nèi)流體的均勻分布所必須限制的流體壓力的下降 水平，當管式加熱爐內(nèi)的原料、管式加熱爐的進出口設計壓力和對流段和輻射段的結(jié)構(gòu)均 確定的情況下，流體經(jīng)過連接所述對流段和所述輻射段的遮蔽段的設計壓降就已經(jīng)確定。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，為了使位于所述遮蔽段和所述輻射段之間的文丘里管可以 有效地向所述輻射段分配流體，使所述輻射段各個爐管內(nèi)流體的流量分布均勻，每個換熱 管排中的最后一根換熱管不使用強化傳熱管的形式。進一步優(yōu)選地，為了更好地控制流體 經(jīng)過所述遮蔽段的壓降，每個換熱管排中的第一根換熱管的前1/4-1/3長度（優(yōu)選1/3長 度）上不使用強化傳熱管的形式。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，所述強化傳熱管可以為異型管。所述異型管可以為扭曲片換熱管、不 連續(xù)的內(nèi)肋換熱管或橢圓型換熱管。
[0017] 所述扭曲片換熱管可以為管腔內(nèi)具有扭曲片的換熱管。所述扭曲片可以理解成一 條水平方向上的線段繞其自身中點旋轉(zhuǎn)，同時還在豎直方向上向上或者向下平移而形成的 軌跡曲面。所述扭曲片的扭曲比可以為1 : (1-4)，優(yōu)選1 : (2-3)。相鄰扭曲片之間的軸向距 離可以為20-100mm，優(yōu)選20-50mm。所述扭曲比是指節(jié)距與換熱管的內(nèi)徑的比值。所述節(jié) 距是指扭曲片的上側(cè)邊旋轉(zhuǎn)180度后的軸向長度。扭曲片的旋轉(zhuǎn)角度決定了扭曲片的扭曲 程度。所述扭曲片的旋轉(zhuǎn)角度是指上述水平方向上的線段形成所述扭曲片所旋轉(zhuǎn)的角度。
[0018] 所述不連續(xù)的內(nèi)肋換熱管可以為管腔內(nèi)具有內(nèi)肋的換熱管。所述內(nèi)肋的高度和寬 度比可以為1 : (0. 1-30)，優(yōu)選1 : (1-10)。所述不連續(xù)的內(nèi)肋換熱管的相鄰內(nèi)肋之間的軸向 距離可以為20-100mm，優(yōu)選20-50mm。
[0019] 所述橢圓型換熱管可以為換熱管的內(nèi)壁和外壁的橫截面均為橢圓形的換熱管。所 述橢圓形的短軸和長軸比可以為1 : (1. 1-5)，優(yōu)選1 : (1. 5-3. 5)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，所述多個并聯(lián)的換熱管排可以平行排列。所述多個并聯(lián)的換熱管排 可以是相同的，也即每個換熱管排均含有完全相同數(shù)目的換熱管，并且每根相對應的換熱 管均具有完全相同的結(jié)構(gòu)。所述每個換熱管排含有的多根串聯(lián)的換熱管可以平行排列。 [0021 ] 根據(jù)本發(fā)明，所述強化傳熱管可以與遮蔽段其他部分所用材料相同。
[0022] 本發(fā)明提供的管式加熱爐通過將連接對流段和輻射段的遮