[發明專利]一種乙烯裂解爐用熱交換管

在審

• 申請號: 201610033666.6
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105509530A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 宗原;趙玲;柏德鴻;劉兆彥
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: F28F1/00
• 分類號: F28F1/00;F28F13/06;C10G9/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于裂解爐領域，涉及一種乙烯裂解爐用熱交換管，能有效強化傳熱、抑制管壁結焦，提高烯烴收率，提高乙烯裂解爐能效。

背景技術

乙烯工業是石油化學工業的龍頭和核心，各國普遍將其視為國家產業鏈布局的重要環節。管式裂解爐是用于烴類裂解制乙烯及其聯產品的一種重要的生產設備，目前世界乙烯產量的99%均由管式裂解爐生產。裂解爐是乙烯裝置的能耗大戶，其能耗占裝置總能耗的50%-60%。改善裂解選擇性、提高乙烯收率是決定乙烯裝置能效的根本因素。

高溫、短停留時間和低烴分壓有利于目的產物的生成。然而，爐管長期在高溫裂解條件下工作，極易發生滲碳、局部過熱、材質劣化、高溫蠕變及熱疲勞等失效破壞，給石化行業烯烴裝置的長周期安全運行帶來了極大隱患。裂解爐管接受的熱量來自于爐膛內火焰和煙道氣的輻射、對流以及反射墻和輻射墻的二次輻射。由于爐管近壁區存在流動邊界層，速度較低，溫度梯度較大，對管內的傳熱影響明顯。這一溫度差異又易造成高溫管壁處的過度裂解、結焦，而管中心低溫處物料的裂解不足，影響烯烴收率。因此，進一步強化乙烯裂解爐管的傳熱性能，減小溫度梯度，使管內的裂解原料在較短的時間內達到反應所需的溫度，是提高裂解效率、降低裂解爐能耗的一項重要手段。

本領域的技術人員已研制了不同結構的乙烯裂解爐管。例如，中國發明專利CN99118875.6公開的一種包括內置扭曲片的熱交換管。這類爐管主要通過增加傳熱面積改善傳熱效果。雖然進一步改善了裂解反應，但是由于物料通道位于爐管中央，裂解物料流經扭曲片后產生整體渦流，導致壓力降增加，對裂解反應有所影響，且容易堵塞。此外，由于裂解物料在裂解爐管內的流速快、沖擊力大，因此扭曲片承受著振動激勵、容易遭受磨損、脫落。另一類裂解爐管，例如中國實用新型專利CN201420770154.4所公開的8字形截面的1-1-1型輻射爐管以及中國發明專利CN201420771203.6所公開的橢圓形截面的輻射爐管。這類方法需要對整根爐管進行加工，制造成本較高。

發明內容

針對上述問題，本發明在熱交換管內加裝中國發明專利號CN200610152587.3所公開的中空立交盤靜態混合元件，僅在爐管近壁區誘導流體流動。通過增加流動邊界層的湍動程度，迫使流體從初始的柱塞流動狀態改變為旋轉運動，破壞流動邊界層的發展。

本發明使用的中空立交盤靜態混合器，由多個圓弧狀曲面交替連接，可在近壁區產生徑向流動，減小壁面處速度和溫度梯度之間的夾角，促進傳熱，減小近壁面的溫度梯度。

本發明內裝的中空立交盤靜態混合器壁面各處都是光滑過渡的曲面，沒有使物料可能產生死區的部位。因此，結焦傾向減小，換熱效果好。

本發明涉及的熱交換管，將中空立交盤靜態混合器沿軸向安裝在結焦嚴重的高溫管段；該熱交換管與乙烯裂解爐管集成一體。

特別是，所述中空立交盤靜態混合器的厚度為乙烯裂解爐管直徑的1/20~1/15；所述中空立交盤靜態混合器的軸向長度與乙烯裂解爐管的內徑比值在2~3之間。

特別是，所述中空立交盤靜態混合器與熱交換管管壁之間呈圓角過渡。

特別是，所述的中空立交盤靜態混合器沿軸向安裝2個以上，相鄰靜態混合器的間距控制在100mm以上。

本發明所述的熱交換管僅對近壁區的流體產生誘導作用，利用渦流的旋轉、剪切作用破壞壁面邊界層，提高其湍動程度。因此不會導致整體裂解物料流速的降低，也不會造成近壁區與中心區物料流速的差別。

本發明所述的熱交換管中，壁面局部所誘導的渦流隨流動的進行發生卷吸、聚并，在下游逐漸形成大尺度渦流，促進近壁面流體和主流體的換位流動與混合，進一步改善下游溫度分布，提高裂解深度，增加烯烴收率。

本發明所述的熱交換管，換熱效果的改善使熱交換管的內壁溫度下降，結焦傾向減小，這將進一步改善換熱效果。

本發明內裝的中空立交盤靜態混合器所占空間有限，且壁面附近流體速度較慢，對內構件內部的圓弧狀曲面沖刷撞擊力度低，因此這種結構不容易損壞，使用性能穩定可靠，工作壽命長。

附圖說明。

附圖1是內裝中空立交盤的熱交換管示意圖。

附圖2是中國發明專利號CN200610152587.3公開的如權利要求1所述的中空立交盤靜態混合器，圖中中空立交盤有6段波紋組成；箭頭表示物料流向。

附圖3示出了管式裂解爐爐管中各節熱交換管的一個布局實施的示意圖。