專利名稱：一種帶有下豬尾管的集合管的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及用于石油化工行業制氫轉化爐的一種帶有下豬尾管的集合管。
背景技術：
近年來，隨著制氫裝置的逐漸大型化和對制氫轉化爐節能理念的改變，已不單純是衡量制氫轉化爐本身的能量消耗，而是從整個制氫裝置的能量平衡進行綜合考慮，因此制氫轉化爐的轉化氣出口溫度由過去的800℃逐步提高到850℃以至于880℃。目前在石油化工行業的制氫轉化爐中廣泛使用的帶有下豬尾管的集合管，設于制氫轉化爐的下部，主要由一根總集合管、多根分集合管和下豬尾管組成。下豬尾管是吸收熱膨脹的主要部件；各下豬尾管的一端水平連接于分集合管管壁的兩側，另一端與制氫轉化爐的各轉化管一一對應并相連。總集合管上設有出口管；分集合管支承于固定支座和活動支座上，分集合管的兩端分別為固定端和自由端，固定端連接于總集合管的管壁上。總集合管、分集合管和出口管均為金屬管體，材料一般為高鉻鎳不銹鋼；工作狀態下管壁的溫度較高(與高溫轉化氣的溫度相同，達800℃以上)，因此現有的帶有下豬尾管的集合管為熱壁結構形式。在制氫裝置大型化和制氫轉化爐的轉化氣出口溫度不斷提高這兩項因素的影響下，上述熱壁結構形式的帶有下豬尾管的集合管，由于工作狀態下分集合管的金屬管壁溫度較高，導致其在水平面上沿自身軸向產生較大的熱膨脹量，尤其是分集合管自由端的熱膨脹量非常大，以至于使各種形狀的下豬尾管的應力超標，已不能滿足吸收分集合管產生的熱膨脹量以及吸收下豬尾管自身產生的熱膨脹量的要求。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是現有的帶有下豬尾管的集合管在工作狀態下所存在的分集合管沿自身軸向的熱膨脹量較大的問題。
為解決上述問題，本實用新型采用的技術方案是一種帶有下豬尾管的集合管，設有總集合管、分集合管、下豬尾管，下豬尾管水平連接于分集合管管壁的兩側，總集合管上設有出口管，分集合管的兩端分別為固定端和自由端，所述總集合管、分集合管和出口管均設有金屬管體，分集合管金屬管體在分集合管的固定端與總集合管金屬管體管壁的一側相連，出口管金屬管體連接于總集合管金屬管體管壁的另一側，分集合管支承于固定支座和活動支座上，其特征在于所述總集合管金屬管體、分集合管金屬管體、出口管金屬管體的內壁均設有耐熱襯里，分集合管金屬管體管壁的兩側設有加強接管和平蓋形封頭，兩者構成的內腔也設有耐熱襯里，下豬尾管經該處耐熱襯里和平蓋形封頭上開設的通孔水平伸入至分集合管內，總集合管的兩端和分集合管的自由端分別設有法蘭、法蘭蓋，法蘭蓋的內表面設有端部耐熱襯里。
采用本實用新型，具有如下的有益效果(1)本實用新型在分集合管以及總集合管和出口管的金屬管體內壁均設有耐熱襯里，由于耐熱襯里具有絕熱作用，減少了分集合管、總集合管和出口管管內的高溫轉化氣(含有氫氣的混合氣體，溫度一般為800～880℃)向各金屬管體的熱量傳遞，各金屬管體管壁的溫度得以降低(管壁溫度一般均為100～250℃)，使本實用新型帶有下豬尾管的集合管為“冷壁”結構形式，由此大大減少了工作狀態下分集合管沿自身軸向產生的熱膨脹量、尤其是其自由端的熱膨脹量。同時，總集合管和出口管沿各自軸向產生的熱膨脹量也大大減少。與分集合管相連的下豬尾管能夠吸收分集合管產生的較小的熱膨脹量和下豬尾管自身產生的熱膨脹量，并將應力保持在規定范圍內。下豬尾管的長度還能夠縮短，從而可節省一部分材料費用(下豬尾管的材料一般采用價格較高的高鉻鎳不銹鋼)；(2)現有的熱壁結構形式的帶有下豬尾管的集合管，各金屬管體因管壁溫度較高，一般需使用高鉻鎳不銹鋼材料，價格昂貴且有時不易獲得。而本實用新型的各金屬管體，因管壁溫度較低，可以使用價格較低的鉻鉬鋼或碳鋼，從而節省材料費用，并且這些材料較容易獲得。
因具有上述結構方面的優點，本實用新型能夠適應制氫裝置的大型化，并適應制氫轉化爐的轉化氣出口溫度提高的工況，具有很好的應用前景。
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。附圖和具體實施方式
并不限制本實用新型要求保護的范圍。
圖1是設置3根分集合管的本實用新型帶有下豬尾管的集合管的整體結構示意圖，總集合管、分集合管和出口管的端部采用局部剖視。
圖2是圖1的側向視圖。
圖3是圖1中的A-A向剖面圖(放大)。
圖4是圖1中的I部放大圖。
圖5是圖1中的B-B向剖面圖(放大)，同時示出固定支座。
圖6是圖1中的C-C向剖面圖(放大)，同時示出活動支座。
圖7是設置2根分集合管的本實用新型帶有下豬尾管的集合管的整體結構示意圖，總集合管、分集合管和出口管的端部采用局部剖視。
具體實施方式
參見圖1和圖2所示本實用新型的一種帶有下豬尾管的集合管。它設有總集合管1、分集合管2、下豬尾管6。下豬尾管6水平連接于分集合管2管壁的兩側，總集合管1上設有出口管11，分集合管2的兩端分別為固定端和自由端。所述總集合管1、分集合管2和出口管11均設有金屬管體；分集合管金屬管體201在分集合管2的固定端與總集合管金屬管體101管壁的一側相連，出口管金屬管體111連接于總集合管金屬管體101管壁的另一側(最好是位于總集合管金屬管體101軸向的正中位置，如圖1、圖7所示)，連接均采用焊接連接。其中，分集合管金屬管體201是通過一段管壁較厚的加強金屬管與總集合管金屬管體101焊接連接的，本實用新型將該段加強金屬管視為分集合管金屬管體201的組成部分。總集合管金屬管體101、分集合管金屬管體201和出口管金屬管體111位于一個水平面上，并且分集合管金屬管體201和出口管金屬管體111的軸心線均垂直于總集合管金屬管體101的軸心線。分集合管金屬管體201和出口管金屬管體111的內直徑一般均是等于或小于總集合管金屬管體101的內直徑。分集合管2支承于固定支座9和活動支座10上。
參見圖1至圖6，總集合管金屬管體101、分集合管金屬管體201、出口管金屬管體111的內壁均設有耐熱襯里3，耐熱襯里3具有絕熱作用。總集合管金屬管體101、分集合管金屬管體201、出口管金屬管體111與其內壁所設的耐熱襯里3分別構成本實用新型的總集合管1、分集合管2和出口管11，同時構成總集合管1、分集合管2和出口管11的管壁、分集合管2的固定端和自由端、總集合管1的兩端。上述的耐熱襯里3一般采用硬質耐熱澆注料，設置1～3層(如圖所示設置的是2層)。耐熱襯里3的內直徑應能夠滿足操作人員進出由耐熱襯里3構成的空腔的需要，以便對耐熱襯里3進行施工、檢查和維修；該內直徑一般為500～600毫米。耐熱襯里3的總厚度及材料應根據具體設計條件確定，使總集合管金屬管體101、分集合管金屬管體201和出口管金屬管體111的管壁溫度均保持在100～250℃的范圍內。由于管壁溫度較低，上述各金屬管體的材料可以使用鉻鉬鋼或碳鋼。耐熱襯里3的內部應按常規方式設置足夠數量的錨固釘12，以對耐熱襯里3起到錨固作用，參見圖3、圖4、圖5和圖6。
參見圖1和圖2，分集合管金屬管體201管壁的兩側設有加強接管5和平蓋形封頭4。參見圖6，加強接管5水平設置，其一端對應于分集合管金屬管體201管壁兩側中部的開孔與分集合管金屬管體201的管壁焊接連接，另一端與平蓋形封頭4焊接連接。加強接管5和平蓋形封頭4組成焊接組合體(稱為加強接管5-平蓋形封頭4組合體)，兩者構成的內腔也設有耐熱襯里3；該處的耐熱襯里3一般也是采用硬質耐熱澆注料，設置1層。在該處耐熱襯里3和平蓋形封頭4的軸心線位置開設有通孔，通孔的內直徑比下豬尾管6的外直徑稍大，使下豬尾管6能夠通過；該處耐熱襯里3上的通孔與下豬尾管6之間的徑向間隙應足夠，以滿足下豬尾管6徑向膨脹的需要。加強接管5和平蓋形封頭4內腔的耐熱襯里3是預先打上的，通孔也是預留孔。參見圖6，下豬尾管6經該處耐熱襯里3和平蓋形封頭4上開設的通孔水平伸入至分集合管2內；下豬尾管6與平蓋形封頭4的外表面在通孔處焊接連接，下豬尾管6的出口端601(亦即下豬尾管6的自由膨脹端)由分集合管2耐熱襯里3的表面伸出一小段即可。如圖1和圖2所示，每根下豬尾管6對應于一個加強接管5-平蓋形封頭4組合體。再參見圖6，由于加強接管5-平蓋形封頭4組合體構成的內腔設有耐熱襯里3，利用耐熱襯里3的絕熱作用，減少了下豬尾管6內的高溫轉化氣經下豬尾管6的管壁向加強接管5和平蓋形封頭4的熱量傳遞，降低了兩者的溫度。其中，平蓋形封頭4因與下豬尾管6在通孔及焊接處接觸，因此其溫度較高。所以說，自平蓋形封頭4至加強接管5再至分集合管金屬管體201的溫度是遞減的，因而上述各部件使用的材料等級也可依次遞減。一般情況下，平蓋形封頭4使用高鉻鎳不銹鋼(與下豬尾管6的材料相同)，加強接管5使用鉻鉬鋼，分集合管金屬管體201使用鉻鉬鋼或碳鋼。
參見圖1和圖2，總集合管1的兩端和分集合管2的自由端分別設有法蘭7、法蘭蓋8，法蘭蓋8的內表面設有端部耐熱襯里301。法蘭7可采用常用的長頸對焊法蘭、平焊法蘭等，在總集合管1的兩端和分集合管2的自由端分別與總集合管金屬管體101和分集合管金屬管體201焊接連接。圖中所示的法蘭7為長頸對焊法蘭。法蘭蓋8通過螺栓螺母與法蘭7相連接，法蘭7和法蘭蓋8的密封面之間可按常規方式設置各種金屬墊片。法蘭蓋8的內表面所設的端部耐熱襯里301一般采用軟質絕熱材料(如陶瓷纖維棉)。參見圖4，端部耐熱襯里301置于金屬材料的保護罩13內，保護罩13焊接于法蘭蓋8的內表面上。端部耐熱襯里301的厚度及材料應根據具體設計條件確定，以使總集合管1兩端和分集合管2自由端的法蘭蓋8實現良好的端部絕熱，防止各法蘭蓋8的溫度過高。如圖1、圖4所示，總集合管1和分集合管2的耐熱襯里3延伸至各法蘭7的內圓柱表面并將該內圓柱表面覆蓋，以防止各法蘭7的溫度過高。端部耐熱襯里301(以及保護罩13)伸入至耐熱襯里3所構成的空腔內。設置上述的法蘭7和便于拆卸的法蘭蓋8，主要是為操作人員提供進出口，以便于對總集合管1和分集合管2的耐熱襯里3進行施工、檢查或維修。圖4是圖1中的I部放大圖，示出分集合管2自由端的法蘭7、法蘭蓋8、端部耐熱襯里301和保護罩13的詳細結構；總集合管1兩端的結構與之完全相同，局部放大視圖省略。
本實用新型帶有下豬尾管的集合管，首先是將總集合管金屬管體101與分集合管金屬管體201和出口管金屬管體111之間、加強接管5-平蓋形封頭4組合體與分集合管金屬管體201之間、法蘭7與總集合管金屬管體101和分集合管金屬管體201之間在前文所述的焊接部位完成焊接并設置好錨固釘12后，再整體澆注耐熱襯里3。
本實用新型帶有下豬尾管的集合管，分集合管2一般設置2～4根；圖1所示設置的是3根，圖7所示設置的是2根。總集合管1均是設置1根。下豬尾管6在各根分集合管2上分布的段數均為1～4段且段數相等；圖1所示的下豬尾管6在3根分集合管2上分布的段數均為3段，圖7所示的下豬尾管6在2根分集合管2上分布的段數均為2段。每一段中位于分集合管2管壁兩側的下豬尾管6的數量一般相等，這樣每一段中下豬尾管6的個數為雙數，可使分集合管2受力均勻。所有各段中的下豬尾管6在分集合管2管壁的兩側一般均等間距對稱布置或等間距交錯布置，但只能擇一地使用一種布置方式；圖1為下豬尾管6等間距對稱布置的情況，圖7為下豬尾管6等間距交錯布置的情況。等間距對稱布置時，各段中的下豬尾管6在分集合管2管壁的兩側一一對應、同軸布置；等間距交錯布置時，各段中的下豬尾管6在分集合管2管壁的兩側錯開一半的下豬尾管6管間距布置。至于各段之間的下豬尾管6的數量，本實用新型不要求相同。由于每根下豬尾管6對應于一個加強接管5-平蓋形封頭4組合體，所以加強接管5-平蓋形封頭4組合體的數量及其在分集合管2上布置的方式均與下豬尾管6相同。
參見圖1、圖2、圖5、圖6和圖7，在各根分集合管2的固定端管段設置固定支座9，在各根分集合管2的自由端管段以及相鄰兩段下豬尾管6(即相鄰兩段加強接管5-平蓋形封頭4組合體)之間的管段設置活動支座10。固定支座9與活動支座10的結構與設置方式，以及上述下豬尾管6在分集合管2上布置的方式，均與現有熱壁結構形式的帶有下豬尾管的集合管相同。
本實用新型帶有下豬尾管的集合管，可根據受力情況采用各種形式的下豬尾管6，下豬尾管6的材料一般采用高鉻鎳不銹鋼。參見圖6，下豬尾管6出口端601的管段應為水平段，以便使下豬尾管6能夠經加強接管5-平蓋形封頭4組合體水平連接于分集合管2管壁的兩側。各下豬尾管6的另一端則與制氫轉化爐的各轉化管一一對應并相連(圖略)。
下面以圖1所示帶有下豬尾管的集合管為例說明本實用新型的工作過程。制氫轉化爐產生的高溫轉化氣(含有氫氣的混合氣體)從各根轉化管進入到各自對應的下豬尾管6，再經下豬尾管6進入分集合管2，匯合后再由各根分集合管2進入總集合管1，最后由總集合管1上的出口管11進入到下游設備。本實用新型的工作過程與現有熱壁結構形式的帶有下豬尾管的集合管相同，所以只進行上述簡要的說明。只是由于本實用新型為“冷壁”結構形式，所以它能夠適應制氫轉化爐的轉化氣出口溫度達到820～880℃溫度范圍的工況，并能夠應用于大型化的制氫裝置中。
本實用新型圖2至圖7中，所有未說明的附圖標記所表示的技術特征均與圖1中的相同。
以上結合附圖和具體實施方式
對本實用新型的結構和工作過程進行了說明。本實用新型主要適用于石油化工行業制氫裝置的制氫轉化爐，還適用于與制氫轉化爐的工藝條件相類似的其它設備上。
權利要求1.一種帶有下豬尾管的集合管，設有總集合管(1)、分集合管(2)、下豬尾管(6)，下豬尾管(6)水平連接于分集合管(2)管壁的兩側，總集合管(1)上設有出口管(11)，分集合管(2)的兩端分別為固定端和自由端，所述總集合管(1)、分集合管(2)和出口管(11)均設有金屬管體，分集合管金屬管體(201)在分集合管(2)的固定端與總集合管金屬管體(101)管壁的一側相連，出口管金屬管體(111)連接于總集合管金屬管體(101)管壁的另一側，分集合管(2)支承于固定支座(9)和活動支座(10)上，其特征在于所述總集合管金屬管體(101)、分集合管金屬管體(201)、出口管金屬管體(111)的內壁均設有耐熱襯里(3)，分集合管金屬管體(201)管壁的兩側設有加強接管(5)和平蓋形封頭(4)，兩者構成的內腔也設有耐熱襯里(3)，下豬尾管(6)經該處耐熱襯里(3)和平蓋形封頭(4)上開設的通孔水平伸入至分集合管(2)內，總集合管(1)的兩端和分集合管(2)的自由端分別設有法蘭(7)、法蘭蓋(8)，法蘭蓋(8)的內表面設有端部耐熱襯里(301)。
2.根據權利要求1所述的帶有下豬尾管的集合管，其特征在于總集合管金屬管體(101)、分集合管金屬管體(201)、出口管金屬管體(111)的內壁所設的耐熱襯里(3)設置1～3層。
3.根據權利要求1或2所述的帶有下豬尾管的集合管，其特征在于分集合管(2)設置2～4根。
4.根據權利要求3所述的帶有下豬尾管的集合管，其特征在于下豬尾管(6)在各根分集合管(2)上分布的段數均為1～4段且段數相等，每一段中位于分集合管(2)管壁兩側的下豬尾管(6)的數量相等，所有各段中的下豬尾管(6)在分集合管(2)管壁的兩側均等間距對稱布置或等間距交錯布置。
專利摘要本實用新型公開了用于石油化工行業制氫轉化爐的一種帶有下豬尾管的集合管，以解決現有帶有下豬尾管的集合管在工作狀態下所存在的分集合管沿自身軸向的熱膨脹量較大的問題。本實用新型在總集合管(1)、分集合管(2)和出口管(11)的金屬管體的內壁均設有耐熱襯里(3)。分集合管金屬管體(201)管壁的兩側設有加強接管(5)和平蓋形封頭(4)，兩者構成的內腔也設有耐熱襯里；下豬尾管(6)經該處耐熱襯里和平蓋形封頭上開設的通孔水平伸入至分集合管內。總集合管的兩端和分集合管的自由端分別設有法蘭(7)、法蘭蓋(8)，法蘭蓋的內表面設有端部耐熱襯里(301)。本實用新型主要用于石油化工行業制氫裝置的制氫轉化爐。
文檔編號B01J8/00GK2902444SQ20062002999
公開日2007年5月23日 申請日期2006年2月13日 優先權日2006年2月13日
發明者吳朝能 申請人:中國石油化工集團公司, 中國石化集團洛陽石油化工工程公司