一种高强度管板及具有该管板的工业炉的制作方法

1.本实用新型涉及石化工业炉技术领域，尤其涉及石油炼制、石油化工、煤化工及其他化工工艺过程对流体介质进行换热的设备，具体涉及一种高强度管板及具有该管板的工业炉。

背景技术：

2.(1)传统加热炉的结构设计及功能
3.加热炉是炼油及石油化工装置中的心脏，管式加热炉的作用于是将管内的介质(油料或气体)加热至工艺所需的温度。
4.炉体的四面由高大的炉墙围成炉膛，炉墙由工字钢等型钢钢架上铺焊钢板，钢板上分布焊接保温钉，在保温钉之间浇铸入隔热和耐磨材料。两侧炉墙上安装的支耳支持着管板，炉管穿过带孔的管板由管板支持，炉管内流过的是需要加热的油料，炉管外面在炉膛内垂直从下往上(或水平从左到右、从右到左)流过的是高温烟气或热风，热量通过管壁传给管内的油料。
5.一般来说，为了充分平衡和利用各种热源，一台加热炉通常由底部的辐射段、上面的对流段、顶部的烟囱和周边的辅助设施组成，其中的对流段由多组结构相同的模块上下叠装而成。为了节省加热炉内部的空间以及降低加热陆的整体高度，对流段模块通常呈长方体结构。两侧炉墙上管板支耳之间的距离是跨距，厚度为b的n块管板，跨距b基本等于炉墙之间的距离，在结构设计和强度校核时，业内通常把管板简化为跨距和厚度不变、而等效高度为h、承受均布线载荷g/b的简支梁，则炉管及管内介质重力在管板底部的拉应力最大，且与跨距b成正比例。
6.(2)传统加热炉的管板及其存在的问题
7.随着社会经济的长期发展，一方面，开采的原油劣质化越来越严重，炼油及化工工艺技术向高温高压深度加工发展，工业炉从加热功能到反应功能，管板所经历的温度越来越高。另一方面，能源需求激增，工业炉向规模化发展，国家发改委针对石化化工领域专门发布《石化化工重点行业严格能效约束推动节能降碳行动方案(2021-2025年)》，严禁新建1000万吨/年以下常减压，80万吨/年以下石脑油裂解制乙烯，对其他石油化工装置的产能下限也有类似要求。规模化产能要求工业炉越来越大，大跨度炉膛需要大宽度的管板来支承炉管，大宽度管板的整体在宽度方向的受力特点是上部受压应力作用，下部受拉应力作用，按传统结构设计管板难以满足经济性建设的要求。2015年，文“大型加热炉高等级发展促进模块化制造技术进步[j].石油化工设备技术，2015，36(1)：28-33.”报道国内已有宽度达4.6m、高度达2.0m、两侧横弧板高各达0.25m的铸造管板业绩。
[0008]
因此，改进已有的管板结构，既可改善其受力模式，也可改善铸造工艺的浇铸条件，可以提高工业炉的经济效益，具有很强的现实意义。

技术实现要素：

[0009]
针对现有技术存在上述技术问题，本实用新型提供一种高强度管板及具有该管板的工业炉。
[0010]
为实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：
[0011]
提供一种高强度管板，包括立幅板、横板、框板和支脚，立幅板开有供外围炉管穿过的多个支撑孔，每块所述立幅板的侧壁设有横向布置的多块所述横板，横板与立幅板上的支撑孔错开布置；框板围在立幅板的周侧，支脚固定于框板的外侧；立幅板下段厚度比上段厚度大。
[0012]
作为优选的方案，立幅板的厚度从上向下逐渐增大设置。
[0013]
作为优选的方案，框板和横板的宽度从上向下逐渐增大设置。
[0014]
作为优选的方案，位于立幅板下段的横板的宽度比位于立幅板上段的横板的宽度大。
[0015]
作为优选的方案，框板的位于立幅板下段的宽度比位于立幅板上段的宽度大。
[0016]
作为优选的方案，框板上段呈梯形，下段呈矩形；或框板上段呈矩形，下段呈梯形。
[0017]
作为优选的方案，位于立幅板下段的横板的厚度比位于立幅板上段的横板的厚度大。
[0018]
作为优选的方案，框板的位于立幅板下段的厚度比位于立幅板上段的厚度大。
[0019]
作为优选的方案，立幅板、框板和横板为共同一体化铸造结构；或立幅板、框板和横板由钢板组焊而成。
[0020]
工业炉，包括炉墙、端部管板、支耳、中间管板和盘管，端部管板固定在炉墙的两端，支耳固定在炉墙的顶部，中间管板沿炉墙内部分布，盘管包括多条炉管和多个弯头，炉管穿过中间管板和端部管板的支撑孔，弯头将多条炉管连通起来，其特征是：中间管板为上述的一种高强度管板。
[0021]
本实用新型的有益效果：
[0022]
本实用新型的高强度管板及具有该管板的工业炉，与现有技术相比，充分适应管板下部在宽度方向承受较大拉应力作用的特点，需要较大的结构强度；而管板上部在宽度方向承受的是压应力作用，只需要较小的结构强度。另一方面，管板上管孔支承的若干层炉管中，高温烟气从工业炉下部向上流经过各层炉管，逐层换热后烟气温度降低，管板下部以及位于管板下部管孔的炉管温度较高，炉管受热膨胀伸长的位移更大，通过与管孔之间的摩擦施加给管板的推力也更大，因此管板的立幅板下段较厚的厚度可以弥补其承受更大推力的需要。还有一方面，就是金属材料的强度性能随着温度的升高而降低，处于较高温度的管板下部其强度性能相对上部强度性能的降低也需要从结构创新的角度来改善。高强度的管板两端自由地支承在两侧炉墙内部的支耳上，管板可等效为一条简支梁，梁的长度就是管板的宽度，梁上主要受到近似匀衡的重力作用，重力来自管板孔支承的炉管盘管及其内部介质，梁上侧面也受到一定的炉管热膨胀推力。高强度管板结构是支承从上面向下施加压力的合理结构，与上下等宽度的管板结构相比能大大提高管板的承重能力，因此，总的来说管板的下部各结构较宽、且/或较厚可以弥补其承受更大的垂直压力、侧面推力和更高温度的作用，延长工业炉的运行周期。
附图说明
[0023]
图1为实施例中的工业炉的一组模块的结构示意图。
[0024]
图2为实施例中的高强度管板的一种结构示意图。
[0025]
图3为实施例中的呈上窄下宽梯形的框板的结构示意图。
[0026]
图4为实施例中的框板的上段为梯形，下段为矩形的结构示意图。
[0027]
图5为实施例中的框板上段为矩形，下段为梯形的结构示意图。
[0028]
图6为实施例中的立幅板由上至下厚度逐渐增加、多块横板由上到下宽度逐渐增大的结构示意图，为图2以a-a为截面剖视图。
具体实施方式
[0029]
以下结合具体实施例及附图对本实用新型进行详细说明。
[0030]
本实施例的工业炉，如图1至图6所示，包括炉墙1、端部管板3、支耳、中间管板5和盘管2，端部管板3固定在炉墙的两端，支耳固定在炉墙1的顶部，中间管板5沿炉墙内部分布，盘管2包括多条炉管4和多个弯头6，炉管4穿过中间管板5和端部管板3的支撑孔，弯头6将多条炉管连通起来。被加热的流体通过一个集箱均匀流进各炉管，在炉管中左右来回几次流动后，被管外的高温烟气加热，然后集中到另一个集箱后流出炉外。
[0031]
以上为工业炉基础结构，作为改进的是：
[0032]
中间管板5为一种高强度管板，包括立幅板7、横板9、框板10和支脚11，立幅板7开有供外围炉管穿过的多个支撑孔8，每块所述立幅板7的侧壁设有横向布置的多块所述横板9，横板9与立幅板7上的支撑孔8错开布置。框板10围在立幅板7的周侧，支脚11固定于框板10的外侧。立幅板7下段厚度比上段厚度大，其中上段和下段没有严格的区分，其中下段占据整个立幅板7高度的20％～60％均可。进一步的，位于立幅板7下段的横板的宽度比位于立幅板7上段的横板的宽度大，该宽度是指横板从立幅板凸出的范围。框板10的位于立幅板7下段的宽度比位于立幅板7上段的宽度大，框板宽度跟横板的宽度方向相同，均是指从立幅板凸出的幅度。
[0033]
与现有技术相比，本案充分适应管板下部在宽度方向(垂直于炉管的横向方向)承受较大拉应力作用的特点，需要较大的结构强度；而管板上部在宽度方向承受的是压应力作用，只需要较小的结构强度。另一方面，管板上管孔支承的若干层炉管中，位于管板下部管孔的炉管温度较高，炉管受热膨胀伸长的位移更大，通过与管孔之间的摩擦施加给管板的推力也更大，因此管板的立幅板下段较厚的厚度可以弥补其承受更大推力的需要。高强度的管板两端自由地支承在两侧炉墙内部的支耳上，管板可等效为一条简支梁，梁的长度就是管板的宽度，梁上主要受到近似匀衡的重力作用，重力来自管板孔支承的炉管盘管及其内部介质，梁上侧面也受到一定的炉管热膨胀推力。高强度管板结构是支承从上面向下施加压力的合理结构，与上下等宽度的管板结构相比能大大提高管板的承重能力，延长工业炉的运行周期。
[0034]
主要参考图2和图6所示，位于立幅板7下段的横板92的厚度比位于立幅板7上段的横板91的厚度大，框板10的位于立幅板7下段的厚度比位于立幅板7上段的厚度大。立幅板7的厚度从上向下逐渐增大设置，框板10和横板9的宽度也是从上向下逐渐增大设置，框板10逐渐增大主要参考图3，呈上宽下窄的梯形。
[0035]
另一实施例中，框板10可以改为如图4所示上段101呈梯形，下段102呈矩形；或改为如图5所示框板上段103呈矩形，下段104呈梯形。
[0036]
实际中，立幅板7、框板10和横板9为共同一体化铸造结构；或立幅板7、框板10和横板9由钢板组焊而成。
[0037]
在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0038]
本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
[0039]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
[0040]
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

技术特征：

1.一种高强度管板，其特征是：包括立幅板、横板、框板和支脚，立幅板开有供外围炉管穿过的多个支撑孔，每块所述立幅板的侧壁设有横向布置的多块所述横板，横板与立幅板上的支撑孔错开布置；框板围在立幅板的周侧，支脚固定于框板的外侧；立幅板下段厚度比上段厚度大。2.根据权利要求1所述的一种高强度管板，其特征是：立幅板的厚度从上向下逐渐增大设置。3.根据权利要求1或2所述的一种高强度管板，其特征是：框板和横板的宽度从上向下逐渐增大设置。4.根据权利要求1所述的一种高强度管板，其特征是：位于立幅板下段的横板的宽度比位于立幅板上段的横板的宽度大。5.根据权利要求1所述的一种高强度管板，其特征是：框板的位于立幅板下段的宽度比位于立幅板上段的宽度大。6.根据权利要求5所述的一种高强度管板，其特征是：框板上段呈梯形，下段呈矩形；或框板上段呈矩形，下段呈梯形。7.根据权利要求1所述的一种高强度管板，其特征是：位于立幅板下段的横板的厚度比位于立幅板上段的横板的厚度大。8.根据权利要求1所述的一种高强度管板，其特征是：框板的位于立幅板下段的厚度比位于立幅板上段的厚度大。9.根据权利要求1所述的一种高强度管板，其特征是：立幅板、框板和横板为共同一体化铸造结构；或立幅板、框板和横板由钢板组焊而成。10.工业炉，包括炉墙、端部管板、支耳、中间管板和盘管，端部管板固定在炉墙的两端，支耳固定在炉墙的顶部，中间管板沿炉墙内部分布，盘管包括多条炉管和多个弯头，炉管穿过中间管板和端部管板的支撑孔，弯头将多条炉管连通起来，其特征是：中间管板为权利要求1至权利要求9任一项所述的一种高强度管板。

技术总结

本实用新型涉及石化工业炉技术领域，具体涉及一种高强度管板及具有该管板的工业炉，包括炉墙、端部管板、支耳、中间管板和盘管，中间管板为一种高强度管板，包括立幅板、横板、框板和支脚，立幅板开有供外围炉管穿过的多个支撑孔，每块所述立幅板的侧壁设有横向布置的多块所述横板，横板与立幅板上的支撑孔错开布置；框板围在立幅板的周侧，支脚固定于框板的外侧；立幅板下段厚度比上段厚度大，立幅板下段较厚，管板下部的横板或框板较宽，充分适应管板下部承受较大拉应力的作用，延长使用寿命。延长使用寿命。延长使用寿命。