竖琴式转化炉转化管系统

摘要

本发明提供一种竖琴式转化炉转化管系统，具体包含：固定装置、上集气管、猪尾管、转化管、下集气管、第一恒力弹簧模块和第二恒力弹簧模块；固定装置用于固定所述模型；上集气管和猪尾管通过第一恒力弹簧模块固定于固定装置上；上集气管与猪尾管相连，上集气管用于导入待转化气体并输出至猪尾管；转化管通过第二恒力弹簧模块固定于固定装置上；转化管与猪尾管相连，用于对猪尾管输出的待转化气体进行转化处理并输出转化后气体；下集气管与转化管相连，用于收集转化后的气体；转化管重量由下集气管与固定装置通过第二恒力弹簧模块分担；以此，保证整个装置的安全平稳运行、消除安全隐患、减少维修费用和时间、增加企业经济效益。

说明书

技术领域

本发明所涉及竖琴式转化炉领域，尤指一种竖琴式转化炉转化管系统。

背景技术

国内目前大量正在运行的竖琴管系式转化炉，由于转化管系上部恒力弹簧载荷选 择偏大，均是按照转化管系垂直总荷载(炉管自重+催化剂重+介质重)的100％进行 设置，同时由于转化管系热态时下集气管顶部和底部存在温差(顶部比底部温度高约 70～80℃)，在以上两种不利因素的共同作用下，经常会出现冷壁式下集气管(带隔热 衬里)热态向上拱起，导致其内部隔热衬里破裂甚至脱落，集气管内的高温气体(～860 ℃)与集气管金属外壁(15CrMo，设计耐热上限420℃)直接接触，引起金属外壁 超温，造成整个转化炉的操作安全隐患。

下集气管顶部和底部存在温差，是竖琴式转化管系的固有特性，通常很难消除。

发明内容

本发明目的在于提供一种稳定的竖琴式转化炉转化管系，为达该目的则需要解决 上述下集气管热态上拱的问题，为此本发明提供一种新的竖琴式转化炉转化管系统参 考分析后给予当前竖琴式转化炉转化管系以指导。

本发明所提供的竖琴式转化炉转化管系统具体包含：固定装置、上集气管、猪尾 管、转化管、下集气管、第一恒力弹簧模块和第二恒力弹簧模块；所述固定装置用于 固定所述模型；所述上集气管和所述猪尾管通过第一恒力弹簧模块固定于所述固定装 置上；所述上集气管与所述猪尾管相连，所述上集气管用于导入待转化气体并输出至 所述猪尾管；所述转化管通过所述第二恒力弹簧模块固定于所述固定装置上；所述转 化管与所述猪尾管相连，用于对所述猪尾管输出的待转化气体进行转化处理并输出转 化后气体；所述下集气管与所述转化管相连，用于收集所述转化后的气体；所述转化 管重量由所述下集气管与所述固定装置通过第二恒力弹簧模块分担。

在上述竖琴式转化炉转化管系统中，优选的还包含，所述转化管包含复数个转化 炉管，所述第二恒力弹簧模块包含复数个第二恒力弹簧；每个所述第二恒力弹簧吊挂 两个所述转化炉管。

在上述竖琴式转化炉转化管系统中，优选的还包含，所述模型还包含下集气总管， 所述下集气总管用于将所述下集气管收集的所述转化后的气体导出。

在上述竖琴式转化炉转化管系统中，优选的还包含，所述下集气管上还设置有固 定支架，所述固定支架用于固定所述转化管。

在上述竖琴式转化炉转化管系统中，优选的还包含，所述下集气管上还设置有复 数个导向滑动支架。

在上述竖琴式转化炉转化管系统中，优选的还包含，所述转化管重量的60％至 70％由所述固定装置通过第二恒力弹簧模块承担，所述转化管剩余重量由所述下集气 管承担。

在上述竖琴式转化炉转化管系统中，优选的还包含，所述转化管重量包含转化管 自重、催化剂重和介质重。

在上述竖琴式转化炉转化管系统中，优选的还包含，所述第一恒力弹簧与所述第 二恒力弹簧包含：固定架、主弹簧、复数个辅弹簧、滑刀和滚轴；所述复数个辅弹簧 的一端分别固定设置在所述固定架内相对的两侧壁上；所述滑刀与所述辅弹簧的另一 端相连；所述主弹簧一端通过所述滚轴与所述滑刀相接，所述主弹簧的另一端与弹簧 负载相连。

本发明的有益技术效果在于：本发明中将转化管上部恒力弹簧的荷载按照转化炉 管系垂直总荷载的60％～70％进行设计选型，剩余的30～40％的荷载分配给下集气管， 给下集气管施加一个向下的外部荷载，有效抑制了下集气管的热态上拱趋势，降低下 集气管内衬里开裂甚至脱落的可能性，从而避免了高温气体与下集气管外壁直接接 触，最终可避免集气管外壁超温，还保证整个装置的安全平稳运行、消除安全隐患、 减少维修费用和时间、增加企业经济效益等方面均具有很高的实用价值和广泛的应用 前景。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中：

图1为本发明所提供的竖琴式转化炉转化管系统透视图；

图2为本发明所提供的竖琴式转化炉转化管系统侧视图；

图3为本发明所提供的竖琴式转化炉转化管系统的恒力弹簧图内部结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附 图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本 发明，但并不作为对本发明的限定。

轻烃蒸汽转化炉是合成氨、甲醇、制氢等装置中的核心设备，轻烃蒸汽转化反应 是在转化炉内进行的，转化反应所需要的热量由安装在转化炉顶部的烧嘴提供。转化 炉的形式一般分为顶烧炉和侧烧炉，目前国内的甲醇、制氢装置大多均采用顶烧炉的 形式，而本发明涉及的竖琴式转化管系的转化炉是顶烧炉的一种，本申请中转化管系 通常是由上集气管、猪尾管、转化管、下集气管和下集气总管组成，具体结构如下：

本发明所提供的竖琴式转化炉转化管系统透视图请参考图1至图2所示，所述竖 琴式转化炉转化管系统具体包含：固定装置、上集气管1、猪尾管2、转化管3、下 集气管4、第一恒力弹簧模块和第二恒力弹簧模块6；所述固定装置用于固定所述模 型；所述上集气管1和所述猪尾管2通过第一恒力弹簧模块固定于所述固定装置上； 所述上集气管1与所述猪尾管2相连，所述上集气管1用于导入待转化气体并输出至 所述猪尾管2；所述转化管3通过所述第二恒力弹簧模块6固定于所述固定装置上； 所述转化管3与所述猪尾管2相连，用于对所述猪尾管2输出的待转化气体进行转化 处理并输出转化后气体；所述下集气管4与所述转化管3相连，用于收集所述转化后 的气体；所述转化管3重量由所述下集气管4与所述固定装置通过第二恒力弹簧模块 6分担。

由于国内目前大量正在运行的转化炉，转化管上部的恒力弹簧载荷是按转化管系 垂直总荷载100％进行设计的，同时由于下集气管顶部和底部存在固有温差，两种不 利因素相互叠加、共同作用下，最终导致了下集气管热态向上拱起。为解决该问题， 在本发明提供的竖琴式转化炉转化管系统中，将转化管3的重量分配为固定装置与下 集气管共同承担，其中固定装置通过第二恒力弹簧模块6来承担部分转化管3的重量， 剩余重量介由下集气管4来承担，以此，当下集气管4热态向上供起时，因上端对所 述下集气管4有施加部分作用力(即转化管3的部分重量)，该作用力与下集气管4 热态上供的力相抵消，从而解决了下集气管热态上拱的问题。

其中上述固定装置可为一常见的上钢架结构，该结构作用在于固定上述竖琴式转 化炉转化管系统，提供所述上集气管1和猪尾管2以及转化管3和恒力弹簧6一定的 支撑力；同时所述固定装置也可为其他牢固材料组成的支撑结构，本发明对此并不过 多限制。

上述第一恒力弹簧模块为复数个恒力弹簧，所述上集气管1与所述猪尾管2通过 该第一恒力弹簧模块固定在所述固定装置上，以此使得固定装置可动态负担上集气管 1与猪尾管2的重量。

上述所述转化管3在实际模型中可包含复数个转化炉管，具体请参考图1所示， 所述转化炉管一端分别与上述猪尾管2相连，用于将猪尾管2输出的待转化气体进行 转化处理，所述第二恒力弹簧模块6包含复数个第二恒力弹簧；其中每个第二恒力弹 簧吊挂两个所述转化炉管。以此，使得所有转化炉管一端都与所述猪尾管2相连，另 一端与下集气管4相连，猪尾管2将从上集气管1中获得的待转化气体输出至转化炉 管内，转化炉管将该写待转化气体转化反应后输出至下集气管4中。

其中所述第一恒力弹簧与所述第二恒力弹簧具体结构，请参考图3所示，该弹簧 主要由主辅两个弹簧及滑刀、滚轴组成，工作原理是基于弹簧的弹力和两个辅助弹簧 的合成力的相互作用。其中，所述第一恒力弹簧与所述第二恒力弹簧具体包含：固定 架、主弹簧302、复数个辅弹簧303、滑刀304和滚轴305；所述复数个辅弹簧303 的一端分别固定设置在所述固定架内相对的两侧壁上；所述滑刀304与所述辅弹簧 303的另一端相连；所述主弹簧302一端通过所述滚轴305与所述滑刀304相接，所 述主弹簧302的另一端与弹簧负载306相连。实际工作中，还设置有中央负载管301， 通过所述中央负管301有效的保护主弹簧302与弹簧负载306的连接处，防止不必要 的弹簧损坏。

为收集转化炉管输出的转化后气体，本发明提供的竖琴式转化炉转化管系统还设 置有多个下集气管4，所述多个下集气管4的数量有当前转化炉管数量而设定，在此 并不做限制。在该实施例中，每一个下集气管上还设置有固定支架，所述固定支架用 于固定所述转化管。所述下集气管上还设置有复数个导向滑动支架，所述导向支架用 于限制下集气管的径向位移，防止下集气管的径向位移过大，导致整个管系失稳。

在上述实施例中，本发明提供的竖琴式转化炉转化管系统还包含下集气总管，所 述下集气总管用于将所述下集气管收集的所述转化后的气体导出。

在上述实施例中，优选的还包含，所述转化管重量的60％至70％由所述固定装 置通过第二恒力弹簧模块承担，所述转化管剩余重量由所述下集气管承担。以此本发 明中竖琴式转化炉转化管系统通过适当调整了上述第二恒力弹簧6的荷载设置，即对 整个转化管系垂直总荷载的分担比例进行调整，将整个转化炉管系的垂直总荷载的 60％～70％由设置在转化管上部的恒力弹簧承担，将剩余的30～40％的垂直总荷载分配 给下集气管，给下集气管施加一个向下的外部荷载，对于下集气管顶部和底部存在固 有温差导致的下集气管热态向上拱起趋势，两者相互作用，有效抑制热态上拱。所述 转化管重量即整个转化炉管系的垂直总荷载包含转化管自重、催化剂重和介质重。

在实际工作中，本发明提供的竖琴式转化炉转化管系统，经应力模型分析计算， 并调整恒力弹簧所承担转化管系垂直总荷载的比例，计算出60％和70％总荷载下的 一次和二次应力的校核值，结果下表：

恒力弹簧荷载 一次应力校核值 二次应力校核值 转化管系垂直总荷载的60％ 41.2％ 27.1％ 转化管系垂直总荷载的70％ 40.7％ 27.1％

通过上述计算数据分析，按照本发明中的转化管系垂直总荷载的支撑分配比例， 转化炉管系整体模型应力分析结果良好，且相对于原设计模型更加优化。

本发明经国内近期开车投用的制氢装置的实际运行数据收集及现场的运行情况 验证，转化炉下集气管的热态上拱趋势明显改善，整个转化炉系统运行更为安全、平 稳。与现有技术相比，本技术发明中将转化管上部恒力弹簧的荷载按照转化炉管系垂 直总荷载的60％～70％进行设计选型，剩余的30～40％的荷载分配给下集气管，给下集 气管施加一个向下的外部荷载，有效抑制了下集气管的热态上拱趋势，降低下集气管 内衬里开裂甚至脱落的可能性，从而避免了高温气体与下集气管外壁直接接触，最终 可避免集气管外壁超温。因此本技术发明对于保证整个装置的安全平稳运行、消除安 全隐患、减少维修费用和时间、增加企业经济效益等方面均具有很高的实用价值和广 泛的应用前景。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发 明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。