一种乙烯裂解炉用8字形截面的5-2-2型辐射炉管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于裂解炉领域，具体涉及一种乙烯裂解炉用8字形截面的5-2-2型辐射炉管。
【背景技术】
[0002]石油化工乙烯装置中乙烯裂解炉广泛采用的辐射段炉管构型为两程炉管和四程炉管，而三程管在乙烯裂解炉中还未有应用。
[0003]如图1和图2所示，斯通-韦伯斯特公司开发的两程2-1型(包括第一程炉管I’和第二程炉管2及过渡管5和Y型管6’)及四程2-1-1-1型炉管(包括第一程炉管I’、第二程炉管2、第三程炉管3和第四程炉管4及过渡管5和Y型管6’)为典型的不分枝变径管，此两种炉管的管径逐程放大，但每程的管数都是I个，停留时间约为0.15s-0.3s。两程2-1型炉管长度较四程2-1-1-1型炉管短，停留时间也较短，压降也较小；四程2-1-1-1型炉管较两程2-1型炉管长，停留时间也稍长，压降也较大一些，但是生产能力较两程2-1型炉管大。
[0004]目前，无论是两程2-1型及四程2-1-1-1型炉管布置，辐射炉管入口和出口都在裂解炉辐射炉顶，横跨管、炉管弹簧吊架系统和废热锅炉均布置在炉顶的狭小空间，它们合理的、无碰撞的布置一直是工程设计的难点。
[0005]另一方面，世界上重要的乙烯裂解技术提供商所设计的两程2-1型及四程2-1-1-1型炉管均采用圆形炉管，如图1和图2所示。
[0006]以现有2-1-1-1型炉管来说，为平衡生产能力和裂解反应特性，在炉管排布上排布紧密，管间距较小；第一、二程炉管需要采用较小管径的炉管，第三、四程炉管采用较大管径的炉管。这样就会带来单组炉管的生产能力较小，相邻炉管间遮蔽越来越严重，从而导致同一根炉管受双面辐射传热时迎火面温度高，相邻炉管间受遮蔽影响温度较低，造成实际有效换热面积减小，炉管受热不均匀，结果是高温区易结焦，炉管易弯曲变形。
[0007]目前，针对现有炉管受热不均匀、易结焦等缺点，为了增强辐射炉管的换热效果，减轻结焦程度，延长操作周期，裂解炉广泛采用的一种强化传热技术是在辐射炉管上增加一个强化传热部件，该部件可以有效减小管内流体的边界层，有增强换热、增大吸热的效果，从而延长操作周期。目前应用最广泛的一种技术就是在炉管的管段之间增加扭曲片。扭曲片是一个单独的静态铸造部件，炉管是离心铸造而成，这两种不同制造方法的管件和管段组装成辐射盘管以后会对辐射盘管在传热效果和机械性能上造成一定的影响。扭曲片因其结构特点，在其使用过程中容易堵塞，影响使用安全。
【实用新型内容】
[0008]本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种乙烯裂解炉用8字形截面的5-2-2型辐射炉管，其具有两程2-1型炉管较短停留时间和较低压力降的特点，又具有四程2-1-1-1型炉管生产能力较大的特点，三程5-2-2型辐射炉管物料下进上出或者上进下出；同时，该炉管构型第一程炉管为8字形截面，此种构型改善了裂解工艺性能、提闻生广能力，同时具有良好机械性能。
[0009]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0010]一种乙烯裂解炉用8字形截面的5-2-2型辐射炉管，包括第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管；
[0011]所述第一程炉管包括五根8字形截面炉管、一个8字形-圆形过渡管件和两根圆形炉管，所述第二程炉管包括两根圆形炉管，第三程炉管包括两根圆形炉管；
[0012]所述第一程炉管的开口端位于最上方，所述第三程炉管的开口端位于最下方；
[0013]或者，所述第一程炉管的开口端位于最下方，所述第三程炉管的开口端位于最上方。
[0014]所述第一程炉管的五根8字形截面炉管的一端分别连接到8字形-圆形过渡管件的入口端，8字形-圆形过渡管件的出口端与所述第一程炉管中的圆形炉管的一端连接，所述第一程炉管中的每根圆形炉管通过一个U型管与第二程炉管中的一根圆形炉管的一端连接，第二程炉管中的每根圆形炉管与跨管的一端连接，每个跨管的另一端与第三程炉管的一端连接。
[0015]在第二程管中的每根圆形炉管中均设置有一个文丘里管。
[0016]所述8字形截面炉管的内腔的横截面是由两个直径相等的圆相交而成的；两个圆的半径均为R，两个圆的相交高度为h，20mm彡R彡40mm, R/3彡h彡R/2。
[0017]所述8字形截面炉管的外表面的横截面为椭圆形。
[0018]或者，所述8字形截面炉管的外表面的横截面是由两个直径相等的圆相交而成的。
[0019]所述8字形-圆形过渡管件为5-2型，其入口上端分为五个分支，每个分支的内腔的横截面均为8字形，其大小与所述8字形截面炉管的内腔相同，出口端分为两个分支，每个分支的内腔的横截面为圆形，其大小与所述第一程炉管中的圆形炉管的内腔相同，所述8字形-圆形过渡管件的入口端和出口端之间为从8字形向圆形的过渡段。
[0020]每根所述8字形截面炉管的长度为1，第一程炉管的总长为L，L/3 ^ I ^ L。
[0021]每根所述8字形截面炉管的横截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为α，且0° 彡 α 彡 30° ;
[0022]所述8字形-圆形过渡管件中，8字形截面的长轴与辐射传热区的中线夹角为α，且0°彡α彡30°。
[0023]所述第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管中的各个炉管均为垂直吊挂，8字形截面炉管和圆形炉管的轴线均垂直于辐射传热区的中线；
[0024]所述第一程炉管、第二程炉管和第三程炉管中的各个炉管的中心线沿辐射室中线分布，且位于同一个平面上。
[0025]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0026](I)本实用新型具有两程2-1型炉管较短停留时间和较低压力降的特点，又具有四程2-1-1-1型炉管生产能力较大的特点，在一定程度上改善了工艺性能；三程5-2-2型辐射炉管可采取物料炉底进炉顶出的方式，使横跨管布置在炉底、废热锅炉和部分炉管的弹簧吊架系统布置在炉顶，增加了炉顶空间布置的灵活性，给工程实施带来了便利；
[0027](2)第一程管是8字形截面的5-2-2型炉管，较现有技术2_1和2_1_1_1型圆形炉管来说增大了比表面积，有利于裂解反应起始阶段的大量吸热，有利于裂解反应的发生且生产能力较大；
[0028](3)第一程管外表面是8字形或类似椭圆形，其较圆形炉管来说减小了相邻炉管间的遮蔽效应，保证炉管径环向表面上的温度分布均匀，减轻了结焦的程度，进而延长了裂解炉的运行周期；
[0029](4)8字形截面炉管的截面是由两个圆相交构成，此种结构有明显的强化传热效果，无需增加额外的强化传热部件就可以达到有效的减小管内流体边界层、增加传热效果的作用，且有机械性能和传热效果连续的特点。
【附图说明】
[0030]图1现有技术的两程2-1型炉管构型
[0031]图2现有技术的四程2-1-1-1型炉管构型
[0032]图3本实用新型三程5-2-2型炉管构型
[0033]图4本发明炉管截面图1
[0034]图5本发明炉管截面图2
[0035]图6 8字形炉管水平排布图
[0036]图7 8字形炉管α夹角排布图
[0037]1-第一程炉管(8字形炉管)；1’_第一程炉管(圆形炉管)；2_第二程炉管；3-第三程炉管；4_第四程炉管；5_过渡管；6-8字形-圆形过渡管件；6’ -Y型管；7_文丘里管；20-辐射段中线。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述:
[0039]具体说来，为了克服现有2-1和2-1-1-1型炉管的缺点，如图3所示，本实用新型第一程炉管I采用8字形截面炉管，第二程炉管2和第三程管3为圆形炉管。
[0040]所述第一程炉管I的8字形截面炉管的下端分别连接到8字形-圆形过渡管件6的上端，8字形-圆形过渡管件6的下端与所述第一程炉管I中的圆形炉管的上端连接，该圆形炉管的下端通过U型管与第二程炉管2的下端连接，