温度分布不均匀对炉管弯曲变形影响

制氢炉炉管的弯曲变形有可能造成炉管破裂从而导致重大事故发生。通过对制氢炉辐射室的温度场分布、炉管温度分布以及炉管热应力等的计算 ,分析了炉管弯曲变形的内在原因以及由炉管热应力引起的初变形对炉管弯曲变形的影响 ,炉管表面周向温度分布不均匀是炉管弯曲变形的主要原因     

炼油厂制氢转化炉完整性评价方法研究(二)——不同负荷运行时转化炉内部温度的有限元计算

在石油炼制过程中,加氢技术已经成为提高石化产品质量的重要手段。加氢装置需要的氢气大部分由制氢转化装置提供。生产过程中,制氢转化炉的运行负荷会根据加氢装置处理量的变化情况进行调整。制氢转化炉负荷的变化会造成炉子内部温度分布变化,而炉内温度的变化又会直接影响炉管的运行寿命。文章依据制氢转化炉的结构、运行参数,建立有限元计算模型,模拟计算转化炉在不同负荷条件下内部温度场的分布特点,分析转化炉在不同负荷条件下内部各部位温度的变化情况,为炉管寿命的评价提供温度参数,同时为不同负荷下转化炉的操作提供指导。     

管式加热炉辐射室对流传热计算的研究

对圆筒式管式加热炉辐射室内的对流传热部分进行了数值模拟。采用了一种射流模型,把辐射室按烟气流动的不同情况分为质量不变区、射流区和回流区,用不同的边界条件限定,分别对这三个区进行了数学描述,用VB语言编程实现了计算过程。选用一个常压炉作为实例,对辐射室的炉管外壁温度进行了模拟计算,计算过程中,辐射传热部分采用了蒙特-卡罗方法。综合考虑了辐射传热和对流传热计算得到的炉管外壁温度分布,与仅考虑辐射传热所得的炉管外壁温度进行了比较,前者与理论推断更加吻合。     

大型制氢转化炉温度场及烟气流场分析

介绍了运用CFD方法对某大型制氢转化炉的温度场及烟气流场进行模拟计算的结果,特别强调大型化后更要重视温度场及烟气流场的均匀性等问题。通过全尺寸建模和计算,获得了炉内烟气流动、燃烧和传热过程的详细信息,计算结果表明：炉膛内烟气流动受边壁作用影响较大;炉内高温区域主要集中在炉顶燃烧器区域,占炉膛高度约1／4;炉管强吸热区域主要集中在炉管上部与燃烧器火焰对应位置;应充分认识低NOx燃烧器对转化炉炉膛温度分布均匀性的影响。     

制氢炉辐射段简洁耦合模型的建立及应用

假设制氢装置制氢炉炉膛为零维,对制氢炉辐射段炉管建立了从燃烧到转化反应的完整辐射段数学模型,求解了该耦合模型,并利用该模型对制氢装置正常负荷(100％)和低负荷(45％)下的生产工况进行了模拟.结果表明:当将燃烧、传热、反应等过程作为整体,设计传热强度作为迭代变量,炉管内温度作为收敛变量时,可便捷的求解耦合模型;制氢装...     

制氢转化炉管壁温度场研究

以某厂实际运行数据为基础,并结合制氢装置工艺专利商所提供的转化炉操作参数,运用工程设计软件对制氢转化炉管壁温度进行计算分析.分别考虑了处理量、反应介质出口温度、催化剂传热性能、水碳比、火焰长度、炉管长度及转化炉型等因素,结果表明,顶烧式转化炉管壁温度在反应初期快速上升,在炉管上部火焰长度位置附近达到温度峰值,而后稍有回...     

制氢转化炉炉膛温度场研究

以顶烧式制氢转化炉为对象,研究了辐射炉膛内烟气温度的分布规律,利用CFD软件对辐射炉膛温度场进行了数值模拟,并与实际测量数据进行了对比分析,结果表明,燃烧器火焰长度区域烟气温度最高,与炉管壁温最高点一致.炉膛高度的中间段烟气由炉膛四周向中心积聚比较明显,四周烟气温度较低,炉膛中心区域中上部的转化炉管容易出现管壁峰值温度...     

基于数值模拟的新型重整炉开发

利用数值模拟方法研究了传统重整加热炉和新型重整加热炉辐射室内的流动、燃烧和传热过程。通过模拟计算,得到了两炉型重整炉辐射室内的流场、温度场以及炉管表面热强度分布的详细信息,模拟结果表明:辐射室中心采用气墙并在气墙两侧均布燃烧器的双面辐射炉型,使辐射室内同一高度截面上的流场均匀性得到改善,有利于炉管圆周方向的均匀受热,并可防止炉管由于圆周方向受热不均而变形;同时,新型重整加热炉下一步优化方向应尝试改变燃烧器类型,进一步解决沿炉管长度方向上的烟气温度和炉管表面热强度的分布不均问题。     

制氢装置转化炉炉管开裂分析及对策

某炼油化工厂5.5万t/a制氢装置转化炉辐射段材质为ZG40Cr25Ni35Nb-Ti的合金钢炉管,在使用1.7万h后发生突然开裂(设计使用寿命10万h)。文章对炉管进行失效分析后认为,由于局部过热导致的蠕变开裂是主要原因。按照装置原始设计工况,转化气出口温度870℃,转化炉炉管外壁最高耐温不大于960℃。而实际操作工况下当转化气出口温度只有845℃,炉管外壁温度已经达到970~990℃,超过了炉管最大承受温度960℃,造成炉管局部过热开裂,为此提出了相应的对策措施。     

传统双面辐射焦化炉与阶梯式双面辐射焦化炉的对比研究

对传统的双面辐射焦化炉和阶梯式双面辐射焦化炉内烟气湍流流动、燃烧和传热过程进行了数值模拟研究。计算得到了炉内流场、温度场、炉管表面热流密度分布的详细信息,揭示了不同炉型焦化炉炉膛内流动、燃烧和传热过程的特性。计算结果表明通过采用直墙与斜墙组合的辐射室炉墙结构和附墙燃烧器燃烧方式,改善了炉膛内流场结构,一方面增强了炉管表面热强度分布的均匀性、防止局部过热、提高炉管平均热强度,另一方面辐射室传热效率有所提高,有利于焦化炉的节能。     

石脑油裂解过程的建模与仿真

基于Kumar的石脑油裂解过程的分子反应动力学模型，建立了某厂60kt／a裂解炉辐射段石脑油裂解数学模型。提出了通过ASTM值、PONA值等易测参数估算石脑油平均生成热、平均比热容和热导率等参数的方法，其估算值与分析值的相对误差低于1％；利用一种随机搜索算法对一次反应选择性系数进行了调整，主要裂解产物仿真收率与实测收率吻合良好；基于以芳烃为结焦母体的结焦反应动力学模型，建立了辐射段炉管运转周期的模型，在保持裂解气出口温度和出口压力不变的情况下，考察了炉膛温度、管外壁温度、焦层厚度等参数在整个裂解周期中的变化情况，仿真结果与实际情况比较吻合，可用来对裂解炉运转周期进行预测。     

燃油燃烧器出口液雾燃烧及NOx生成的数值模拟研究

针对燃油燃烧器出口液雾燃烧的气液两相湍流流动、液雾扩散和蒸发、气相燃烧和传热、气体和液雾以及燃烧装置之间辐射传热等过程,分别采用κ-ε模型、随机轨道模型、EBU-Arrhenius模型、离散坐标模型进行描述,发展了液雾燃烧综合计算模型,并对某炼油厂油气联合燃烧器燃油燃烧过程进行了全三维的数值模拟,得到了燃烧器出口流场、温度场、组分分布、火焰形状以及污染物NOx分布的详细信息,揭示了计算区域内流动、燃烧和传热过程的特点,计算结果与现场测量数据吻合。     

SRT-Ⅲ型柴油裂解炉的动态模型

结合现场数据，采用理论与经验、静态与动态相结合的方法，开发了鲁姆斯ＳＲＴ－ Ⅲ型柴油裂解炉动态仿真模型。辐射管内物料采用由神经网络产生的拟静态模型，管外及炉膛的模型中引入了部分经验参数。仿真结果表明本文开发的模型适用范围广、逼真度高，满足动态模型适时性和精度要求。     

裂解炉数值模拟技术进展

管式裂解炉作为石油化工的龙头装置,对其进行准确详尽的模拟是不断改进其性能的重要前提,裂解炉数值模拟技术在裂解炉的设计和操作优化方面起着越来越重要的作用。分别针对裂解炉的辐射段管内反应过程、炉膛内燃烧及传热过程和对流段热量回收过程的数值模拟进展进行了综述,同时对裂解炉数值模拟技术的发展方向进行了展望。     

双层钎焊管用套管式辐射钎焊炉的理论分析及实验研究

通过热传导及热辐射原理建立了双层卷焊管用套管式辐射钎焊炉的传热过程数学模型，从而为套管式辐射钎焊炉的设计及工艺参数的优化提供了理论基础。通过实验及理论计算发现增大套管的直径和减小套管的壁厚是提高该种钎焊炉生产效率的最有效措施之一。     

加氢进料燃烧炉运行优化研究

为了解决加氢进料燃烧炉排气温度偏高的问题,通过建立数据模拟模型,分析了加氢进料燃烧炉入口燃料气流量、空气流量、低压蒸汽流量、上游尾气流量等因素对加氢进料燃烧炉出口温度、H_2摩尔分数以及炉内流场的影响,得出最佳工艺优化方案。并通过现场应用得出,加氢进料燃烧炉出口温度明显降低,燃料气用量也有所降低。在解决加氢进料燃烧炉出口温度偏高的同时,实现了节能降耗的目的,为国内同类加氢进料燃烧炉的研究提供了借鉴。     

延迟焦化加热炉的建模与分析

以国内某石化企业延迟焦化装置加热炉为例，采用减压渣油为原料，在计算机模拟与分析的基础上，探讨焦化加热炉的动力学、物性及反应器模型等的模拟策略，建立加热炉的数学模型，经过现场模型验证和工况分析，可得到沿加热炉炉管轴向的温度、压力、流速及气液组成的分布。结果表明，模拟结果与现场值偏差较小，温度、压力等参数的分布趋势与宏观认识一致。建立的数学模型可用于现场加热炉的工况分析，为延迟焦化加热炉的设计、操作与优化提供理论支持。     

Claus硫磺回收装置再热炉流动燃烧模拟研究

在Claus硫磺回收工艺生产过程中,由于受到各种因素的影响,再热炉内存在局部超温现象,导致衬里烧损垮塌,带来安全生产问题。采用数值模拟的方法对H-1402(1-6)-H01型再热炉的炉内流动燃烧过程进行了研究,利用FLUENT软件建立了物理和数学模型,分别模拟在通入4种不同流量保护风的工况下,保护风对炉内速度场和温度场的影响,找出炉内速度场、温度场及炉壁面的温度场分布。研究表明,合适的保护风量能够有效地将壁面温度控制在一定范围内,防止炉内局部超温,保证设备的安全可靠运行,并对再热炉及配套燃烧器的结构设计起到指导作用。     

乙烯裂解炉辐射段三维流场和燃烧的数值模拟计算

采用计算流体力学方法以某种新型乙烯裂解炉辐射段为几何模型,保留特殊结构的瓦斯燃烧器原型未作简化,对计算域进行几何建模和网格划分,用标准的k-ε湍流模型、双δ概率密度函数扩散燃烧模型和蒙特卡洛辐射传热模型对炉内的燃烧和辐射状况进行三维全尺寸数值计算,以研究炉膛内的燃烧、传热和烟气流动情况。计算得到的流场合理,火焰形状和温度分布与实际吻合良好,说明对裂解炉辐射段的数值模拟计算是成功的。该模拟计算为指导燃烧器选型、优化设计裂解炉结构提供理论参考。     

一段转化炉运行分析及优化

某300kt／a合成氨装置一段转化炉投产后曾先后三次发生转化管爆管故障,为判断故障原因,针对实际生产运行中不同的操作工况进行了模拟计算,并根据计算结果进行了不同操作工况下转化炉性能分析。指出该炉存在的一些问题,提出了以下优化改进意见：操作中应注意合理调节各排燃烧器的供热比例,适当降低炉膛底部两排燃烧器的供热量,增加中间两排燃烧器的供热量,为防止烟气温度过高,可适当降低顶部燃烧器的供热量;尽量点燃所有燃烧器,保证每排燃烧器中每个燃烧器能量相同;保证每个燃烧器的火焰喷出部位都超过燃烧器砖的表面;提高预转化系统的在线率;注意转化管供热和吸热的匹配,严格杜绝炉管“干烧”现象。