乙烯裂解炉对流段中的框架式对流段模块

技术领域

本发明属于石油化工设备技术领域，具体涉及一种乙烯裂解炉对流段中的对流段模块。

背景技术

裂解炉是乙烯装置的核心设备，主要由裂解炉辐射段和裂解炉对流段组成。裂解炉对流段是裂解炉中的主要部件，其作用是回收高温烟气中的热量以加热裂解原料、锅炉给水和蒸汽，可降低排烟温度，提高裂解炉的热效率。

早期裂解炉对流段为现场制造，近年来大多采用了模块化的设计，即在工厂内预置各模块，运抵现场后，再“搭积木”式安装。

图1所示的就是一种模块化结构的裂解炉对流段。3个对流段模块11上下相叠设置在裂解炉辐射段2上方。

对流段模块11由炉墙钢结构、炉管、管板、衬里、弯头箱构成，炉墙钢结构主要包括竖向相对设置并固定在一起的两钢墙，衬里铺设在两钢墙的内表面，管板竖向设置，两侧分别与两钢墙相连，多个管板沿钢墙宽度方向排列开，管板上设有多个管孔，炉管穿过管板上的管孔，横向安装在两钢墙间，弯头箱安装在炉墙钢结构的侧面，其内具有弯头管，弯头管一端连通一个对流段模块的炉管，另一头连通其他对流段模块中的炉管，以便使不同层对流段模块内的炉管连通为完整的换热流道。上下层对流段模块11内部连通，形成一个由下而上的高温烟气通道。裂解炉辐射段2产生的高温烟气通入其上方的裂解炉对流段1的高温烟气通道，以便与裂解炉对流段1中的换热流道进行热交换，从而加热炉管内物质如裂解原料、蒸汽和锅炉给水。

模块化结构的裂解炉对流段1，一旦炉墙钢结构上的衬里由于对流段模块在吊装过程中变形、炉墙钢结构上的衬里在长期高温运行过程中隔热功能失效或其他原因，造成衬里开裂剥落需要修复时，必须立即停炉，打开弯头箱，破坏炉管与弯头箱内弯头管间的焊缝，抽出炉管，以便在炉墙钢结构中形成人员进入维修的通道，然后才能修复衬里，这种维修方式持续了十几年。这种维修方式的工作量非常庞大，而且工作难度也很高。因为炉墙钢结构内的空间较为狭窄，加之是在现场施工，施工环境较差，能使用的工具也非常有限，而且衬里修复的质量无法保证，不能保证裂解炉有较高的热效率和较长的使用寿命，另外，拆掉的弯头管不能重复利用，使对流段模块维修成本较高，还易留下安全隐患。目前的这种维修方式，在对流段模块内仅有局部衬里损坏时，也需拆下大量炉管以留出操作空间才能维修。

发明内容

本发明的发明目的在于避免现有技术的不足,提供一种在进行衬里修复时，无需破坏炉管与弯头箱内弯头管间的焊缝而拆除炉管进行维修的框架式对流段模块，本发明框架式对流段模块维修简单方便，检修费用低，衬里修复质量高，能保证修复后的裂解炉有较高的热效率和较长的使用寿命，而且还可提升维修后的裂解炉的安全性。

本发明的发明目的通过如下技术方案实现：一种乙烯裂解炉对流段中的框架式对流段模块，所述对流段模块包括炉墙钢结构、炉管、管托、衬里和弯头箱，所述炉墙钢结构由竖向相对间隔设置固定在一起的两钢墙构成，其特征在于，两所述钢墙上都设有至少一个可拆除区域，所述可拆除区域在拆除后，所述钢墙呈现为一框架，所述钢墙由所述框架和密封安装在所述框架镂空部位的门洞处，作为所述可拆除区域的门结构构成，所述衬里相应于所述框架和所述门结构分离成固定部分和活动部分，所述衬里的固定部分固定在所述框架上，所述衬里的活动部分固定在所述门结构上，与所述门结构一起构成门盖。

本发明框架式对流段模块修复衬里的过程为：停炉，待乙烯裂解炉冷却后，开启相应位置处的门结构(根据红外扫描结果确定)，线下修复门结构上的衬里或从门洞处修复门洞附近框架主体上的衬里。

本发明框架式对流段模块炉管、衬里检查的过程为：停炉，待乙烯裂解炉冷却后，开启门结构，检查门结构上的衬里和门洞附近框架主体上的衬里的完整性，检查炉管的完整性。

为了在不拆除炉管的基础上维修对流段模块炉墙上衬里，本发明在传统对流段模块的基础上，将钢墙及衬里做成了框架配合门盖的形式，新结构除了考虑维修操作简单方便和能完整的修复衬里外，同时还需关注以下几个技术关键点：

(1)密封性

本发明将传统整体的炉墙拆成多个门式小模块，首先需要解决门盖与门框间的密封问题，虽裂解炉炉膛内为微负压，与外部的压力差不大，但因门盖与门框间的密封长度很大，若密封性不好，将会造成较多的空气渗入炉膛内，提高烟气氧含量，降低裂解炉热效率。

(2)隔热性

本发明对流段模块破坏了传统炉墙衬里的整体性，密封面处的衬里结构必须能有效阻止烟气热量的损失，从而保证设计负荷。

(3)结构完整性

本发明对流段模块还需保持和传统对流段模块一样的强度和刚度，抵抗风载、地震载荷、以及支撑自重及顶部模块、烟道的重量。

(4)检修操作性

为了方便检修衬里，降低检修成本，还需考虑门盖拆装过程中的简便，不损坏衬里，并能保证维修后设备能达到新制设备的密封、隔热性能。

作为能满足上述几个技术关键点的方案，所述衬里采用陶瓷纤维耐火材料层铺后表面浇筑轻质浇注料复合构成，所述门洞边缘的钢墙上设有用于与所述门盖配合密封的门框，所述门框包括内框和外框，所述内框和外框分别密封焊接在所述钢墙的内表面和外表面，且焊接端相对，所述外框外端向外侧伸出外翻边，所述外翻边上沿周向开有螺栓孔，所述外翻边构成一法兰密封面，所述内框里端向内侧伸出内翻边，使所述门框呈阶梯状，从所述门框内壁到所述内翻边边缘的环形空间中，填充着陶瓷纤维毯层，所述陶瓷纤维毯层的内侧凸出于所述内翻边边缘，所述门框还包括内筒，所述内筒设置在所述内框里端，所述内筒筒口与所述内翻边内边缘密封相连，所述内筒作为衬里护板存在，方便所述钢墙框架上衬里的浇注，所述门盖的门结构内表面固定有一筒体，筒体尺寸与所述内筒适配，所述活动衬里浇注于所述筒体内，所述筒体同样作为衬里护板存在，方便所述门盖上衬里的浇注，所述门盖通过螺栓密封安装在所述门框的法兰密封面上时，所述筒体伸入所述门框内侧，筒体的筒壁挤压所述陶瓷纤维毯层实现密封。

作为门盖与门框密封方式的优选方案：

所述陶瓷纤维毯层外端凸出于所述外框框口，所述法兰密封面上围绕所述门洞的中心线紧密排列有至少两圈由石墨盘根围成的密封圈，不同密封圈中石墨盘根的对接头错开，所述密封圈均设置在所述法兰密封面上螺栓孔的内侧，所述门结构与所述密封圈和所述陶瓷纤维毯层挤压密封。

所述筒体里端的筒壁向筒体中心线方向倾斜，以方便筒体穿过陶瓷纤维毯层进入到框架内，避免筒体在进入到门框内侧时，拉扯陶瓷纤维毯层，造成陶瓷纤维毯层损坏，从而破坏门盖与门框之间的密封性，降低对流段模块的热效率。

所述法兰密封面上螺栓孔外侧围绕所述门洞中心线也设有一圈由所述石墨盘根围成的密封圈，以便在螺栓的两侧对门结构形成同等程度的支撑，以防止门盖在安装时，向一侧倾斜导致门盖无法密封严实的问题。

所述钢墙由上边框、下边框，连在上、下边框之间的多根立柱，以及密封焊接在相邻两立柱和上、下边框之间的墙板构成，两所述钢墙上的立柱两两相对，所述管托固定在相对的两所述立柱上，所述门洞设置于每相邻的两个所述立柱之间，且门洞边缘靠近所述立柱和上、下边框。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1)本发明通过将炉墙(由钢墙和衬里构成)设计成框架配合门盖的形式，使本发明框架式对流段模块正、背面的炉墙主体部分处于一种可拆除的状态，在修复衬里时，只需简单拆下相应位置处的门盖即可，无需再抽出对流段模块内的炉管，所以也就无需打开弯头箱，破坏炉管与弯头管间的焊缝，因而本发明框架式对流段模块衬里维修工作量大大减小，特别是对对流段模块内仅有局部衬里损坏的情况，效果尤为明显；

2)本发明框架式对流段模块内基本所有的衬里都可以拆卸下来线下修复，所以修复时的施工环境和工具不受现场条件限制，相比现有对流段模块衬里维修只能在狭窄的炉墙钢结构内施工的方式，本发明能降低衬里修复的施工难度小，有利于提高衬里的修复质量和修复效率；另外，由于本发明的衬里可线下维修，相比于现有技术，衬里修复的质量也较易保证，以便保证修复后的对流段模块任然具有较高的热效率和较长的使用寿命，使得裂解炉能更加安全可靠地运行；而且，本发明框架式对流段模块还可以通过设置冗余的门盖，进一步提高其衬里的维修效率；

3)现有技术中，一般仅通过炉墙钢结构上的检查孔检查炉管状态是否完好，难免存在漏检问题，一旦存在炉管破裂情况而未及时处理，就会造成安全事故。本发明框架式对流段模块可通过拆除门盖，对炉管、衬里的状况进行全面检查，有利于问题炉管、衬里的及时发现，提高了裂解炉的安全性能；

4)由于本发明衬里维修都不需要破坏炉管与弯头管间的焊缝，所以，相比于现有技术每次维修都会浪费一批弯头管而言，本发明框架式对流段模块可降低维修成本；

5)本发明框架式对流段模块的衬里维修基本都无需破坏换热流道的原本结构，所以不易留下安全隐患；

6)本发明门框和门盖的配合结构，经多次试验改正而来，经验证后，该结构能满足人们对改造后的框架式对流段模块密封性、隔热性、结构完整性、检修操作性的要求。

附图说明

图1是现有技术中的裂解炉的结构示意图；

图2是本发明较佳实施例的框架式对流段模块的结构示意图(门结构已拆除)；

图3为本发明门盖与门框密封结构的示意图。

具体实施方式

结合以下实施例和附图对本发明作进一步描述。

实施例一

实施例一为本发明乙烯裂解炉对流段中的框架式对流段模块的一种具体实施方式，涉及附图2。

本实施例的框架式对流段模块可由现有对流段模块改造而成，也可为新制造的对流段模块。

本实施例框架式对流段模块由炉墙钢结构、多个炉管、多个管板、衬里和弯头箱构成。炉墙钢结构包括竖向相对间隔设置端面固定在一起的两钢墙。弯头箱密封安装在炉墙钢结构的端面，在两钢墙之间形成一个上下连通的炉腔。衬里采用陶瓷纤维耐火材料层铺后表面浇筑轻质浇注料复合构成。衬里铺设在两钢墙的内表面。管板竖向设置，两侧分别通过穿入衬里中的支架固定在两钢墙上。多个管板沿钢墙宽度方向排列开。管板上设有多个管孔，炉管一一穿过管板上对应位置处的管孔，横向安装在两钢墙间。弯头箱主要包括其内设置的弯头管，弯头管一端连通该对流段模块中的一根炉管，另一端连通其他对流段模块中的一根炉管，以便使不同对流段模块内的炉管连通为连续的换热流道。

如图2、3所示，本实施例对流段模块11的钢墙111由上边框111a、下边框111b，连在上、下边框111a、111b之间的多根立柱111c，以及密封焊接在相邻两立柱111c和上、下边框111a、111b之间的墙板111d构成。本实施例中立柱111c呈工字型，工字型立柱111c一端面连接其两侧的墙板111d，另一端面在外。所述管板通过支架直接固定在立柱111c在里侧的端面上。

本发明钢墙111每相邻的两个立柱111c之间的墙板111d上均设有一个可拆除区域。可拆除区域在拆除后，在钢墙111上形成一个个门洞111e，且门洞111e边缘靠近相邻的两立柱111c和上、下边框111a、111b，使钢墙111的可拆除区域在拆除后呈现为一框架，如图2。门洞111e为人孔，即人体可以由门洞111e进入。钢墙111由所述框架和密封安装在门洞111e处，作为所述可拆除区域的门结构111f构成。

衬里3相应于所述框架和所述门结构111f分离成固定部分31和活动部分32，所述衬里3的固定部分31固定在所述框架上，所述衬里3的活动部分32固定在所述门结构111f上，所述衬里3的活动部分32与所述门结构111f一起构成门盖。

如图3所示，门盖与门洞111e的密封结构为：

门洞111e边缘的墙板111d上设有用于与门盖配合密封的门框k，门框k包括内框k1和外框k2，内框k1和外框k2分别密封焊接在墙板111d的内表面和外表面，且焊接端相对，外框k2外端向外侧平伸出外翻边k21，外翻边k21上沿周向开有螺栓孔，外翻边k21构成一法兰密封面，内框k1里端向内侧平伸出内翻边k11，使所述门框呈阶梯状，从门框k内壁到所述内翻边k11边缘的环形空间中，填充着陶瓷纤维毯层4，陶瓷纤维毯层4通过纤维粘接剂粘贴在门框k内壁和内翻边k11上，陶瓷纤维毯层4的内侧凸出于内翻边k11边缘，陶瓷纤维毯层4外端凸出于外框k2框口，法兰密封面上围绕门洞111e的中心线紧密排列有两圈由石墨盘根围成的密封圈5，两根密封圈5中石墨盘根的对接头错开，两密封圈5均设置在法兰密封面上螺栓孔的内侧，在法兰密封面上螺栓孔外侧围绕门洞111e中心线也设有一圈由石墨盘根围成的密封圈5。门框k还包括内筒k3，内筒k3设置在内框k1里端，内筒k3筒口与内翻边k11内边缘密封相连，内筒k3作为衬里护板存在，固定衬里31填充于其外围，它的设置方便了衬里在钢墙111框架上的浇注，也是对门洞结构的一种加强。门盖的门结构111f内表面固定有一筒体t，筒体t尺寸与内筒k3适配，活动衬里32浇注于筒体t内，筒体t同样作为衬里护板存在，方便门盖上衬里的浇注，同时也对门盖结构进行了加强。门盖通过螺栓6安装在门框k的法兰密封面上时，门结构111f与密封圈5和陶瓷纤维毯层4挤压密封，同时，筒体t伸入门框k内，筒体t的筒壁与陶瓷纤维毯层4挤压实现密封。筒体t里端的筒壁向筒体t中心线方向倾斜，以方便筒体t穿过陶瓷纤维毯层4进入到框架k内。

申请人尝试不同的设计方案，最终通过试验验证确定了上述技术方案，通过初步结构方案的试验，发现隔热性能与密封性能有密切的关系，经研究后，上述技术方案进行了如下优化措施：(a)将夹持式的螺栓安装形式改成压紧式，减少制造偏差导致的密封间隙，增加了密封面与密封材料间的压紧力，故增加了泄漏通道中的阻力；(b)改变密封材料，采用柔性石墨盘根代替纤维编织带，为减少石墨盘根接头处的泄漏，采用双层盘根密封；(c)将内部衬里结构做成阶梯型，形成热气流流动迷宫，增加热气流流动阻力，提高隔热性能。

对实施例一门盖与门框的配合方案进行密封性和隔热性试验，实施例一的方案能较长时间的保持住压力，基本无泄漏，门盖与门框连接处的壁板温度也较低，且分布均匀，无热点，经验证，实施例一的方案能很好的满足对改造后的对流段模块的要求，确实可行。

本发明框架式对流段模块11的结构不限于图2中的一种实施方式，门盖与门洞的密封结构也不限于图3中的一种，图3为经申请人验证的一种优选方案，任何其他使钢墙111成为一框架结构的方案均能实现本发明的发明目的。最后应当说明的是，以上实施例仅用以详细说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，在不脱离本发明技术方案实质的情况下，本领域的普通技术人员对本发明技术方案的简单修改和等同替换均应落入本发明的保护范围。