一种管式加热炉的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化工强化传热领域，具体地，涉及一种管式加热炉。
【背景技术】
[0002] 管式加热炉根据用途可以分为管内有反应的管式加热炉和管内无反应的管式加 热炉；前者如烃类水蒸汽转化炉和乙烯裂解炉；后者如油田和长管线的加热炉、蒸馏炉、残 渣油加热炉、加氢炉，重整炉，润滑油加热炉以及气体加热炉。下面以乙烯加热炉和常、减压 加热炉为例进行说明。
[0003] 石油烃类裂解制乙烯、丙烯以及丁二烯等产物是一个高温强吸热的过程，因此不 仅需要把反应物料加热到600-900°C的比较高的温度以引发裂解反应，而且还需要在反应 过程中持续提供足够的能量以达到所需要的转化率。当前，工业上主要采用裂解炉在高温 条件下生产乙烯，管外利用燃烧器来提供热源。裂解炉主要分为对流段、辐射段和废锅段。 其中，对流段的作用是回收烟气余热，用来预热并汽化原料油，并将原料油和稀释蒸汽过热 至物料的横跨温度，剩余的热量用来过热超高压蒸汽和预热锅炉给水；辐射段为主反应区； 废锅段的作用是终止裂解反应并回收高品位的能量。裂解炉是乙烯装置的能耗大户，其能 耗占到乙烯流程工业能耗的60%左右，是一个耗能大户。
[0004] 常压加热炉和减压加热炉是炼油工艺中的重要设备，均为管式加热炉。常压加热 炉和减压加热炉通常由辐射室、对流室、余热回收系统、燃烧系统和通风系统五部分组成。 其中，辐射室通过燃气燃烧火焰或高温烟气对炉管进行加热，其热负荷占全炉的70~80%; 对流室中，烟气以较高速度冲刷炉管管壁，从而利用辐射室排出的高温烟气进行对流传热 来加热物料，其热负荷占全炉的20~30%，对流室内的换热管多采用钉头管和翅片管。余 热回收系统通过空气预热回收和废热锅炉回收的方式来回收加热炉的排烟余热。
[0005] 通过上述可知，管式加热炉的能耗很高，因此，如何对管式加热炉进行节能改造 一直是相关科技人员的研究热点。中国专利申请CN1260469A将各种异型炉管（扭曲 片）在加热炉（或裂解炉）的辐射段进行安装，取得了比较好的节能效果。中国专利申请 CN103791761A将异型换热管（扭曲片）应用到废热锅炉中也取得了比较好的效果，节能效 果达到5%以上。管式加热炉的遮蔽段是连接对流段和辐射段的一组换热管。遮蔽段由于 长度较短，总的吸热量占管式加热炉总体的吸热量较少，往往被忽略。
【发明内容】
[0006] 为了降低管式加热炉的能耗，本发明提出了一种管式加热炉，该管式加热炉的遮 蔽段具有强化传热管。本发明提供的管式加热炉可以在压降较小的情况下达到较好的强化 传热效果，从而起到明显的节能效果。
[0007] 本发明的发明人经研究后发现，连接管式加热炉对流段和辐射段的遮蔽段的炉管 外温度一般在500-600°C，与辐射段温度比较接近，通常以辐射传热为主，能量品位相对较 高。当将遮蔽段的管件换成强化换热管件，并保证流体经过遮蔽段产生的压降小于管式加 热炉遮蔽段设计压降的I. 05-1. 35倍时，对辐射段各炉管中流量的分配无明显影响，还可 以达到较好的强化传热效果，从而起到明显的节能效果。
[0008] 本发明提供了一种管式加热炉，该管式加热炉包括对流段和辐射段以及连接对流 段和辐射段的遮蔽段，其中，所述遮蔽段包括多个并联的换热管排，每个换热管排含有多根 串联的换热管，且至少一根所述换热管设置为强化传热管，且流体经过所述遮蔽段产生的 压降小于管式加热炉遮蔽段设计压降的1. 05-1. 35倍。
[0009] 本发明提供的管式加热炉可以在压降较小的情况下达到较好的强化传热效果，同 时对辐射段各炉管中流量的分配无明显影响，进而达到能够更多的吸收高品位能量，从而 减少燃料使用量，起到明显的节能效果。
[0010] 本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0011] 以下对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体 实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0012] 在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的顺序词如"第一"和"最后"，以及方 位词"前"，通常是指在本发明的管式加热炉在正常工作的情况下，按照换热管内流体的流 动方向确定的，流体最先流过的换热管称为第一根换热管，最后流过的换热管为最后一根 换热管，在某根换热管中，物流的上游称为"前"。在本发明中，术语"轴向距离"是指沿着传 热管的中轴方向上的距离。
[0013] 本发明提供了一种管式加热炉，该管式加热炉包括对流段和辐射段以及连接对流 段和辐射段的遮蔽段，其中，所述遮蔽段包括多个并联的换热管排，每个换热管排含有多根 串联的换热管，且至少一根所述换热管设置为强化传热管，且流体经过所述遮蔽段产生的 压降小于管式加热炉遮蔽段设计压降的1. 05-1. 35倍。
[0014] 根据本发明，通过控制流体经过所述遮蔽段产生的压降小于管式加热炉遮蔽段设 计压降的1. 05-1. 35倍，从而保证所述辐射段各个炉管内流体流量的均匀分布。优选地，流 体经过所述遮蔽段产生的压降小于管式加热炉遮蔽段设计压降的1. 3倍。所述管式加热炉 遮蔽段规定的压降是指为了保证辐射段内流体的均匀分布所必须限制的流体压力的下降 水平，当管式加热炉内的原料、管式加热炉的进出口设计压力和对流段和辐射段的结构均 确定的情况下，流体经过连接所述对流段和所述辐射段的遮蔽段的设计压降就已经确定。
[0015] 根据本发明，优选地，为了使位于所述遮蔽段和所述辐射段之间的文丘里管可以 有效地向所述辐射段分配流体，使所述辐射段各个炉管内流体的流量分布均匀，每个换热 管排中的最后一根换热管不使用强化传热管的形式。进一步优选地，为了更好地控制流体 经过所述遮蔽段的压降，每个换热管排中的第一根换热管的前1/4-1/3长度（优选1/3长 度）上不使用强化传热管的形式。
[0016] 根据本发明，所述强化传热管可以为异型管。所述异型管可以为扭曲片换热管、不 连续的内肋换热管或椭圆型换热管。
[0017] 所述扭曲片换热管可以为管腔内具有扭曲片的换热管。所述扭曲片可以理解成一 条水平方向上的线段绕其自身中点旋转，同时还在竖直方向上向上或者向下平移而形成的 轨迹曲面。所述扭曲片的扭曲比可以为1 : (1-4)，优选1 : (2-3)。相邻扭曲片之间的轴向距 离可以为20-100mm，优选20-50mm。所述扭曲比是指节距与换热管的内径的比值。所述节 距是指扭曲片的上侧边旋转180度后的轴向长度。扭曲片的旋转角度决定了扭曲片的扭曲 程度。所述扭曲片的旋转角度是指上述水平方向上的线段形成所述扭曲片所旋转的角度。
[0018] 所述不连续的内肋换热管可以为管腔内具有内肋的换热管。所述内肋的高度和宽 度比可以为1 : (0. 1-30)，优选1 : (1-10)。所述不连续的内肋换热管的相邻内肋之间的轴向 距离可以为20-100mm，优选20-50mm。
[0019] 所述椭圆型换热管可以为换热管的内壁和外壁的横截面均为椭圆形的换热管。所 述椭圆形的短轴和长轴比可以为1 : (1. 1-5)，优选1 : (1. 5-3. 5)。
[0020] 根据本发明，所述多个并联的换热管排可以平行排列。所述多个并联的换热管排 可以是相同的，也即每个换热管排均含有完全相同数目的换热管，并且每根相对应的换热 管均具有完全相同的结构。所述每个换热管排含有的多根串联的换热管可以平行排列。 [0021 ] 根据本发明，所述强化传热管可以与遮蔽段其他部分所用材料相同。
[0022] 本发明提供的管式加热炉通过将连接对流段和辐射段的遮