專利名稱：圓筒形管式加熱爐中間爐管座吊組合結構的制作方法
技術領域：
本技術用于石油化工圓筒形管式加熱爐，屬于石油化工設備技術領域。
背景技術：
圓筒形管式加熱爐是煉油、石油化工和化學工業中廣泛使用的工藝加熱爐，加熱方式為直接受火式，以燃料燃燒所產生的高溫火焰與煙氣作為熱源，通過爐管管壁來加熱在爐管中流動的原油、餾分油、渣油或氣體烴類等工藝流體。圓筒形管式加熱爐是管式爐中最常用的爐型，其結構一般由輻射室、位于在輻射室上部的對流室及余熱回收系統組成。
熱負荷大于20MW的圓筒形管式加熱爐，輻射室爐管多數為吊管結構，沿圓筒側壁襯里附墻布置，燃燒器布置在輻射室底部的中心區域，火焰和煙氣形成圓柱狀高溫區，主要以輻射方式向附墻的輻射室爐管傳熱，為單排管單面輻射傳熱。為了達到高熱效率(＞90％)，在輻射室上部的對流室設計尺寸一般較大。隨著熱負荷的增加，特別在熱負荷超過30MW時，圓筒形管式加熱爐直徑及高度明顯增加，使輻射室頂部高合金鋼結構明顯變化，設備體積和設備造價大幅提高。增設中間爐管是提高熱負荷的最好方案，為了與附墻爐管協調一致也采用吊管結構，由于中間爐管在對流室的投影內，其爐管高合金鋼吊架結構龐大復雜，導致設備成本顯著增高。
發明內容
為解決現有圓筒形管式加熱爐的技術缺陷，在不改變圓筒爐通常的直徑和高度的前提下，使熱負荷大幅提高，即用較小的投資費用取得較大的熱負荷提高。本實用新型在圓筒形管式加熱爐輻射室中間增加的中間爐管采用座管為主，吊管為輔的座吊組合新技術，中間爐管布置在對流室箱形投影內，解決了中間爐管高合金鋼吊架結構復雜及輻射頂鋼結構龐大的問題。使中間爐管為雙面輻射，從而大幅提高傳熱量。使熱負荷由22-30MW提高到33-48MW。并突破排管高徑比2.75的限制，最高達4.0。
一般圓筒形管式爐熱負荷大于20MW時，為了提高熱效率(＞90％)，輻射室與對流室的熱負荷分配比例為66∶33以下，這樣座落在輻射室頂部的對流室尺寸較大，輻射室中間爐管將在對流室爐管的方框投影之內，(熱負荷大于20MW圓筒爐輻射室爐管，按直徑及長度，根據設計規范要求絕大多數都是吊管)，這為吊管帶來難度。如果采用全吊管結構，爐管及管內工藝物流的重量全部由輻射頂部鋼結構承擔，爐頂鋼結構及中間爐管頂部的高合金鋼吊架結構將十分龐大，使投資大幅增加。本實用新型采用座吊組合式技術，以座管為主，與傳統方法相反，使中間爐管重量的3/4到4/5由爐底鋼結構承擔，突破輻射爐管座管長細比225的限制，最大可達320。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是圓筒形管式加熱爐中間爐管座吊組合結構由輻射室中間爐管、輻射室中間爐管支座結構、輻射室中間爐管聯排結構、輻射室中間爐管吊架結構構成，其特征是中間爐管是固定在輻射室中間爐管支座結構上，輻射室中間爐管支座結構作為中間爐管的主支撐，輻射室中間爐管吊架結構、輻射室中間爐管聯排結構作為中間爐管輔助支撐的以座為主座吊組合結構。
本實用新型具備以下有益效果以一臺圓筒爐改造為例改造前，原爐熱負荷為22MW，經采用中間爐管座吊組合技術及與使用高強燃燒器配合，使熱負荷達到38MW，提高72％(其中高強燃燒器對熱負荷提高部分的貢獻≯20％)，投資僅增加39％；對于一臺38MW采用此項技術的新圓筒爐，與同樣熱負荷的立式爐(因在國內沒有類似38MW的圓筒爐可比)比較節省投資23％，對于熱負荷30-48MW的爐子可節省投資20-31％。
本技術可解決擴能改造中時間緊、大幅提高熱負荷難度大、造價高的問題。如300萬噸/年處理量的圓筒爐，采用本技術可改造成500萬噸/年處理量，并在檢修期35-45天內完成爐子的改造，大幅提高效益。
附圖1為圓筒形管式加熱爐中間爐管座吊組合結構的構造圖，圖中1-中央燃燒器、2-環形燃燒器、3-爐底鋼結構、4-輻射室中間爐管支座結構、5-輻射室中間爐管、6-輻射室中間爐管聯排結構、7-輻射室附墻爐管、8-輻射室中間爐管吊架結構、9-輻射室頂鋼結構、10-對流室。
附圖2-7為圓筒形管式加熱爐中間爐管座吊組合結構輻射室中間爐管排管截面形狀圖。其中圖2為單排管圓形節圓線、圖3為雙排管小三角形節圓線、圖4為三排管大三角形節圓線、圖5為單排管多邊形節圓線、圖6為雙排管小鋸齒形節圓線、圖7為三排管大鋸齒形節圓線。
附圖8-13為圓筒形管式加熱爐中間爐管座吊組合結構輻射室中間爐管吊架結構形狀圖。其中圖8為整體式圓形吊架、圖9為整體式多邊形吊架、圖10為分體式多邊形吊架、圖11為工字型吊架截面、圖12為T型吊架截面、圖13為倒T型吊架截面。
具體實施方案在圓筒形管式加爐輻射室的中間布置一圈立管作為輻射室中間爐管(5)，由輻射室中間爐管支座結構(4)、輻射室中間爐管聯排結構(6)、輻射室中間爐管吊架結構(8)固定，附墻布置一圈立管作為輻射室附墻爐管(7)。附墻立管為吊管，與已有圓筒爐相同。輻射室中間爐管為下座上吊組合結構，爐管頂部為吊管結構，中部為聯排結構，爐管下部為支座結構。
圓筒形管式加熱爐輻射室中間爐管排管截面可采用如附圖2-7所示多種形狀。諸如單排管圓形節圓線(圖2)、雙排管小三角形節圓線(圖3)、三排管大三角形節圓線(圖4)、單排管多邊形節圓線(圖5)、雙排管小鋸齒形節圓線(圖6)、三排管大鋸齒形節圓線(圖7)。
輻射室中間爐管吊架結構(8)應保證爐管向上受熱膨脹及徑向膨脹后吊架仍然承受爐管的少部分重量。輻射室中間爐管聯排結構(6)可增加爐管穩定性，并適應各管程之間的受熱膨脹需要。輻射室中間爐管支座結構(4)保證中間爐管排管在運行過程中既起到支撐作用又使排管不脫離，同時可使排管自由徑向位移并適當限位，并應與爐底鋼結構合理連接，既考慮把排管重力傳遞給爐底，又考慮排管自身的受熱膨脹。
輻射室中間爐管吊架結構(8)根據中間爐管的管程數可采用附圖8-13所示的整體式圓形吊架(圖8)、整體式多邊形吊架(圖9)、分體式多邊形吊架(圖10)。吊架截面形狀可采用工字型吊架截面(圖11)、T型吊架截面(圖12)、倒T型吊架截面(圖13)。吊架結構水平截面形狀應以輻射室垂直軸線為對稱軸。應承擔爐管重量的1/5～2/5重力，并把重力傳遞給爐頂結構，還要考慮自身的膨脹變形。在最高溫度及最苛刻受力條件下滿足強度要求。
輻射室頂鋼結構(9)應考慮承受中間爐管吊架及部分輻射室爐管的重量，而輻射室中間爐管的大部分重量及管內物流重量由爐底鋼結構承擔，從而總的鋼結構重量增加很少。
在輻射室附墻爐管(7)與輻射室中間爐管(5)之間的環形空間底部布置一圈環形燃燒器(2)，此環形布置的燃燒器與附墻爐管及中間爐管之間的距離、燃燒器的數量及能量應與附墻爐管及中間爐管的管程數相匹配。
在輻射室中間爐管(5)的中央底部布置一臺大能量燃燒器或幾臺小能量燃燒器組成的中央燃燒器(1)，這樣輻射室中間爐管為雙面輻射而附墻爐管為單面輻射，中央燃燒器的能量應與環形燃燒器相匹配，使附墻爐管與中間爐管達到所需要的熱強度及熱負荷。為了獲得理想的溫度分布和均勻的熱強度，燃燒器的能量分布應均衡，原則是控制中間爐管(單排管時)與附墻爐管平均表面熱強度之比在1.3-1.5之間。
對流室爐管面積應與輻射室爐管相匹配，以得到合理的高熱效率。
權利要求1.一種圓筒形管式加熱爐中間爐管座吊組合結構，由輻射室中間爐管、輻射室中間爐管支座結構、輻射室中間爐管聯排結構、輻射室中間爐管吊架結構構成，其特征是中間爐管是固定在輻射室中間爐管支座結構上，輻射室中間爐管支座結構作為中間爐管的主支撐，輻射室中間爐管吊架結構、輻射室中間爐管聯排結構作為中間爐管的輔助支撐的以座為主座吊組合結構。
2.根據權利要求1所述的圓筒形管式加熱爐中間爐管座吊組合結構其特征是輻射室中間爐管排管截面形狀可為單排管圓形節圓線、雙排管小三角形節圓線、三排管大三角形節圓線、單排管多邊形節圓線、雙排管小鋸齒形節圓線、三排管大鋸齒形節圓線。
3.根據權利要求1所述的圓筒形管式加熱爐中間爐管座吊組合結構其特征是輻射室中間爐管吊架結構根據中間爐管的管程數可采用整體式圓形吊架、整體式多邊形吊架、分體式多邊形吊架，吊架截面形狀可采用工字型吊架截面、T型吊架截面、倒T型吊架截面，吊架結構水平截面形狀應以輻射室垂直軸線為對稱軸。
專利摘要一種圓筒形管式加熱爐中間爐管座吊組合結構，由輻射室中間爐管、輻射室中間爐管支座結構、輻射室中間爐管聯排結構、輻射室中間爐管吊架結構組成的以座為主座吊組合結構。解決了現有圓筒形管式加熱爐增設輻射室中間爐管困難的技術缺陷，可在不改變圓筒爐通常的直徑和高度的前提下，使熱負荷由原爐熱負荷為22MW提高至38MW，投資僅增加39％(高強燃燒器占增加投資的25％以上)。38MW采用此項技術的新圓筒爐，與同樣熱負荷的立式爐(因在國內沒有類似38MW的圓筒爐可比)比較節省投資23％，對于熱負荷30－48MW的爐子可節省投資20－31％。
文檔編號F24H1/00GK2876613SQ200520084780
公開日2007年3月7日 申請日期2005年6月29日 優先權日2005年6月29日
發明者李明, 江航, 丁桂平 申請人:中國石油天然氣華東勘察設計研究院