催化裂化再生器树枝状主风分布管磨损的气相流场分析

通过对催化裂化装置再生器树枝状主风分布管内流场的数值模拟,分析了树枝状主风分布管磨损的机理.再生器树枝状主风分布管的磨损一般发生在分支管内部和喷嘴内壁,属于气固两相流的冲蚀磨损.流场计算表明,沿管程各喷嘴的出流流量不均匀,压力降也不相等,造成分支管外部的催化剂颗粒倒流至分支管内部从下游的喷嘴流出,进而导致分支管内部和喷嘴内壁的冲蚀磨损.     

水力喷射工具射孔过程液固两相流冲蚀数值模拟

鉴于国内外运用多相流数值模拟方法对水力喷射工具冲蚀研究有待深入的现状,基于多级水力喷射工具单级喷枪,采用颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日离散相模型,对水平井水力喷砂射孔过程进行流场分析及冲蚀速率计算。分析了单级喷枪上、下游喷嘴流场分布的不均匀性,以及这种不均匀性导致的工具内部各个喷嘴冲蚀速率的差异。分析结果表明,水力喷砂射孔过程中,水力喷射工具单级喷枪上、下游喷嘴流场呈现不均匀性,上游喷嘴单位时间通过的液体多于下游喷嘴,下游喷嘴的砂浓度高于上游3个喷嘴;水力喷射工具单级喷枪内壁面和外壁面都会受到液固两相流体的严重冲蚀,最大冲蚀速率发生在喷枪内壁下游喷嘴入口区域。     

催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场CFD模拟

催化裂化装置再生器的气体分布器通常采用树枝状气体分布器,这种分布器存在着气体分布不均匀和喷嘴的冲蚀磨损问题。为此,对树枝状气体分布器区域进行计算流体力学（CFD）模拟,重点考察分布器内气相流场的特征。计算结果表明：树枝状气体分布器的各分支管内气体速度根据分支管的长度不同存在很大的变化,而且分支管沿程各喷嘴出口的气体流量也不同,导致喷嘴出口气流平均速度存在很大的不均匀性;此外,气体在分支管入口处以及近分支管入口端的喷嘴处存在偏流现象,压力分布不均匀,易产生催化剂倒吸现象,造成喷嘴的冲蚀磨损。     

旋风分离器翼阀磨损的气相流场分析

采用FLUENT流体计算软件对催化裂化装置旋风分离器翼阀周围流场进行计算,分析了翼阀阀板边缘磨损的机理。计算表明,翼阀阀板边缘的磨损是气流携带催化剂颗粒造成的,属于气固两相流冲蚀磨损。由于旋风分离器料腿内的压力低,当翼阀张开时,催化剂颗粒随气流从上部开口缝隙倒流至料腿内部,斜向冲击翼阀阀板产生冲蚀磨损。磨损程度与开口缝隙大小、颗粒浓度、阀板位置有关。     

文丘里型气动喷砂喷嘴冲蚀模拟分析

为研究气动喷砂枪喷射颗粒对喷嘴造成的冲蚀磨损情况,选取文丘里型气动喷砂喷嘴为研究对象,运用CFD软件对其内部流场及颗粒运动特性进行仿真模拟分析;通过改变收缩角度、颗粒粒径及质量流率进一步分析喷嘴冲蚀速率变化的规律。结果表明:喷嘴的冲蚀区域主要集中在喉管及收缩管出口区域;随着收缩角度的增加,喷嘴最大冲蚀速率逐渐增大,采用30°、45°收缩角度的喷嘴时,颗粒并未出现"回弹"的现象,采用60°收缩角度的喷嘴时,部分颗粒出现"回弹"现象,通过观察不同收缩角度喷嘴内颗粒撞击壁面的位置可知,撞击点出现"滞后"现象;喷嘴的最大冲蚀速率随颗粒粒径的增加先减小再增加再减小最终趋于稳定;喷嘴最大冲蚀速率随颗粒质量流率的增加逐渐增大,并且拟合曲线近似呈现线性关系。可见,应根据流体介质中实际颗粒粒径分布情况,合理控制颗粒的质量流率并选取喷嘴适宜的收缩角度以减轻颗粒对壁面的冲蚀作用。     

FCC装置旋风分离器改进翼阀的防磨性能流场分析

针对FCC装置旋风分离器翼阀由于漏风导致阀板冲蚀磨损的问题,设计了三种结构的翼阀,分别是:阀口加导流片(A型)、阀板外凸(B型)和阀板内凹(C型)。采用计算流体力学方法对三种结构翼阀周围的气相流场进行了数值模拟,并基于流场分布分析了催化剂颗粒对翼阀阀板的冲蚀磨损特点。计算结果表明:对于A型翼阀,导流片的导流作用可以防止气流夹带催化剂颗粒对阀板形成30°～40°冲击角;B型翼阀由于外凸阀板结构,在阀板表面形成一个气垫,会减弱催化剂颗粒对阀板的直接冲击;C型翼阀由于内凹阀板结构,阀板内表面易受气流的直接冲击,加剧了催化剂颗粒对阀板的冲蚀磨损。研究结果综合表明,A型和B型翼阀结构具有抑制颗粒冲蚀磨损的功能。     

射孔工况下多喷嘴水力喷射工具冲蚀研究

大排量高砂比水力喷砂压裂的射孔过程中,高速流动的携砂液会对喷射工具表面产生严重的冲蚀损伤。根据喷射工具本体材料35CrMo钢的喷射式冲蚀实验,得到了半经验的冲蚀计算模型。结合DPM数值模拟方法获得射孔过程中工具内部的液固两相流场分布及壁面冲蚀速率,讨论了液相参数和固相颗粒参数对流经上、下游喷嘴颗粒含量及喷嘴入口区域冲蚀损伤的影响。计算结果表明,当工具内部流动达到稳定时,下游喷嘴的颗粒含量大于上游喷嘴的颗粒含量,下游喷嘴入口区域的冲蚀损伤更为严重,颗粒含量及冲蚀损伤的差异性在使用大排量、高黏度液体和大直径、高密度颗粒时更为严重。为防止因上、下游喷嘴颗粒含量差异较大影响射孔效率的情况,建议在实际生产过程中,使用携砂性较好的高黏度压裂液和低密度小直径的颗粒,在保证作业效率和工具寿命的同时控制施工排量。     

再生器内主风分布管喷嘴材质改进

炼油厂催化裂化装置再生器内的主风分布管喷嘴在经过一个生产周期运行后,大多数喷嘴都出现了不同程度的磨损,造成再生器内催化剂流化不正常,旋风分离器效率下降,催化剂跑损增加.分析了喷嘴磨损的原因,在2005年装置检修期间将再生器主风分布管喷嘴由原来的不锈钢喷嘴更换为RT型特种陶瓷复合喷嘴,经过一个周期的运行考验,新喷嘴使用情况良好,保证了再生器内催化剂的正常流化.     

水力喷砂压裂工具喷嘴磨损分析

分析了水力喷砂压裂工具喷嘴磨损的机理。水力喷砂射流对喷嘴的磨损主要是喷砂射流中砂粒对喷嘴内壁材料的冲蚀磨损。砂粒对喷嘴内壁面冲蚀磨损作用的形式包括微切削磨损、疲劳磨损、脆性断裂磨损及扩散磨损等。研究表明:喷嘴材料的微观组织结构及物理力学性能、喷嘴内流道结构形状及几何参数、喷嘴内表面粗糙度、喷砂射流中砂粒浓度、砂粒特性(硬度、粒度、形状等)及射流工作参数(射流压力等)对于喷嘴的磨损都有影响。提出了耐磨材料选择,喷嘴内流道结构优化等延长喷嘴寿命的措施。     

催化裂化气体分布器的CFD模拟及优化

部分炼油厂催化裂化流化床气体分布器喷嘴磨损非常严重,环型气体分布器布气不均匀,不利于流化床内催化剂均匀流化。对传统气体分布器喷嘴及环型气体分布器进行CFD气体流场模拟,发现在传统喷嘴入口处气流相互碰撞,导致偏流,致使高压区一侧的内壁磨损严重。新构思的喷嘴,把传统喷嘴入口处改为圆锥形的结构,可以使气体分布更均匀,不易偏流。对新型半环型气体分布器进行了CFD气体流场模拟,结果表明,新型分布器比传统的圆环形气体分布器的气体分布压力更均匀。     

催化裂化装置反应系统磨损问题及对策

分析了催化裂化装置反应系统汽提蒸汽盘管及其管嘴、提升管底部流化蒸汽盘管和其管嘴、待生催化剂分配器上的穿管及其耐磨管套、主风分布管管嘴、外取热器管束等部位易被催化剂磨损的原因，针对不同情况提出了相应的改造措施，取得了明显效果，为催化裂化装置的长周期安全生产创造丁有利条件。     

催化裂化再生器树枝状气体分布器射流作用区的床层压力脉动特性

在催化裂化装置中再生器底部通常设置有树枝状气体分布器,通过分布器上的喷嘴分布气体。分布器射流区的压力信号可以很好地反应分布器的流场特性,为减小磨损进行结构改进提供理论依据。为此,在二维床实验装置上针对分布器射流区压力分布及压力脉动进行了实验研究,结果表明：分支管间床层压力沿床层轴向高度逐渐减小,随喷射角度增大而减小,随喷嘴出口气速和静床高度增大而增大,由测点以上的物料量决定,可用来判断不同操作工况;当喷射角度为0°和22.5°时,分支管间处于密相区,压力脉动先增后减,对应着气泡的产生、聚并和破碎的规律;当喷射角度为45.0°和67.5°时,分支管间由射流形成稀相区,压力脉动由气流湍流度决定,高于密相区,随喷嘴出口气速和静床高度增大而增大,可为减小分支管外部磨损提供依据;影响喷嘴射流压力脉动的因素为相邻喷嘴射流冲击和颗粒的作用,喷射角度为22.5°时的射流压力脉动存在临界气速,取决于是否受到相邻射流的冲击,可以为喷嘴射流稳定性及工业上减小分布器的内部和外部冲蚀磨损提供理论依据。     

催化裂化装置沉降器内结焦物的基本特性分析及其形成过程的探讨

采用扫描电镜（SEM）和X射线能谱分析仪对催化裂化装置（FCCU）沉降器内结焦物的微观组织结构和成分进行了分析，将结焦物划分为软焦和硬焦。焦的硬度与油气液滴和催化剂颗粒的沉积过程有关，尤其是结焦部位的油气流动方式和催化剂颗粒的运动状态，决定着未汽化的重质油组分液滴和催化剂颗粒的沉积形式和沉积物的构成，从而影响着焦的软硬程度。软焦是催化剂颗粒或油气在油气静止空间以自由沉降和扩散方式堆积在器壁表面而产生的结焦，形成的焦块松散，易粉碎，含催化剂比较多，颗粒粒径比较大，是一种堆积型结焦；而硬焦是油气液滴和细小催化剂颗粒在油气流动状态下，在器壁表面的附面层内以沉积方式粘附在器壁表面形成的结焦，焦块质地坚硬，含催化剂比较少。颗粒粒径细小，足沉积型结焦。还有相当一部分结焦物介于软焦和硬焦之间。     

燕化减压渣油催化裂化装置再生系统改造的几项关键技术措施

燕山石油化工有限公司炼油事业部0.8Mt/a重油催化裂化装置在进行减压渣油催化裂化改造时再生系统增设了再生器外取热器，待生催化剂船型分布器，蒸汽过热器和余热锅炉等关键技术措施，装置得以稳定长周期运行，年轻经济效益超过1300万元。     

逆流两段再生FCC装置烟气分布板喷嘴缩径改造

中国石化胜利油田有限公司胜利石化总厂逆流两段再生FCC装置,由于生产条件的变化,出现了催化剂外循环管循环量不足、反应温度波动较大、再生催化剂碳含量偏高以及易发生床层崩塌等问题,为解决这些问题,对第一再生器(一再)烟气分布板进行了改造,将分布板开孔直径由100 mm缩小到80 mm,取得了较好的效果,催化剂碳质量分数下降0.05百分点,催化剂单耗下降0.1 kg/t.     

广石化催化裂化装置催化剂流化异常现象及其对策

从流化理论的基本概念着手，分析了中石化广州分公司催化裂化装置产生催化剂流化输送失常的原因，主要为催化剂筛分的变粗和脱气罐工况的不稳定。解决的具体措施有：采用合适的催化剂，保持较高的细粉含量；调整脱气罐的松动点和松动风量，改善脱气罐工况；增加待生线路推动力；控制保持沉降器与再生器之间的压力平衡等。     

催化裂化装置沉降器内结焦物的基本特性分析及其油气流动对结焦形成过程的影响

 通过对催化裂化装置(FCCU)沉降器内结焦物的微观组织结构和密度的分析, 考察了两者之间的内在关系,探讨了油气流动对结焦过程的影响. 油气的流动不仅起到输送油气液滴和催化剂颗粒的作用,油气的流动状态还影响油气液滴和催化剂颗粒之间的相互作用,影响它们在器壁的沉积形式,使焦体与催化剂颗粒结合方式具有多样性,焦体与催化剂颗粒的比例关系和结焦中催化剂颗粒粒度的分布发生变化; 从微观结构上看,是结焦的致密性发生变化, 从宏观上看,是结焦的密度发生变化. 根据油气流动速度的大小可将沉降器分为3类区域,各区域的结焦情况不同. 在油气静止区域,催化剂颗粒沉降堆积在固体表面上, 结焦中主要是催化剂,焦体比例少,结焦组织疏松,密度低; 在油气流动区域, 液滴与催化剂颗粒扩散沉积在固体表面上,结焦中焦体所占比例大,催化剂颗粒少且粒径小,结焦质地致密,密度高.     

FCC沉降器内部空间压力分布的数值模拟

采用Fluent流体计算软件对1.40 Mt/a催化裂化装置沉降器内部空间的油气流动状况进行了数值模拟,湍流模型是Reynolds应力输运模型,重点考察内部压力场的分布规律。沉降器计算几何模型是沉降器原型尺寸,包括内部的两级旋风分离器、内置提升管等。计算结果表明沉降器空间的压力按数值大小划分为三个区,一级旋风分离器（粗旋）和提升管反应器内的高压区,沉降器空间的中压区和二级旋风分离器（顶旋）内的低压区。其中提升管出口的压力最高,而顶旋料腿内部压力是整个沉降器压力的最低部分。沉降器内部的压力分布决定了各部分油气和蒸汽的流动路线、速度,以及料腿的料封问题。