延迟焦化炉内湍流流动、燃烧和传热综合过程数值模拟

 在焦化炉综合模拟研究中，准确描述出炉膛内的燃烧和传热过程极其重要，采用分区耦合的计算方法，实现了对工业焦化炉从燃烧器、炉膛、炉管整体几何结构的完全仿真，并且对焦化炉内流动、燃烧和传热全部工艺过程进行了完全的真实模拟。计算得到了炉内流场，温度场，以及炉管表面热流密度分布的详细信息，揭示了焦化炉炉膛内流动、燃烧和传热过程的特性。模拟结果表明，炉膛中存在着流动、燃烧反应与传热的不均匀分布，是造成炉管管壁热流的非均匀分布的原因。     

基于蒙特卡罗方法的双面辐射方箱炉热强度分布的模拟

采用蒙特卡罗方法,分别考察了空间燃烧和附墙燃烧方式对双面辐射方箱炉热强度分布的影响。实验结果表明,对空间燃烧方式的炉膛温度和炉管平均热强度模拟结果与工业数据基本一致,蒙特卡罗方法能够模拟炉膛内的辐射传热过程,对双面辐射方箱炉具有良好的适用性。附墙燃烧方式较空间燃烧热强度分布有明显改善,热强度峰值由58.0 k W/m~2降至52.5k W/m~2,热强度不均匀系数由4.6降至3.7,有利于减少炉管局部过热;相同条件下附墙燃烧的平均热强度略高于空间燃烧方式,原因是炉墙辐射能力比高温烟气辐射能力更强,有利于辐射传热。     

CFX软件对焦化炉数值模拟的初探

利用CFX软件对某单面辐射焦化炉辐射室管外燃料燃烧、烟气湍流流动及高温辐射过程进行了数值模拟,结合标定数据,对辐射室内烟气流动、炉管表面热强度、炉膛烟气出口温度及辐射室关键部位烟气温度等数据进行了分析对比.CFX软件能较好地模拟炉内烟气流动、炉膛内烟气温度分布,能反映炉管表面热强度分布的一般规律,CFX软件在加热炉工程设计中可起到一定的参考作用.     

大型方箱炉烟气流动和燃烧及传热过程的数值模拟

采用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,实现了对大型方箱式二甲苯塔重沸炉从燃烧器、炉膛、炉管整体几何结构的仿真,并且对二甲苯重沸炉内烟气湍流流动、燃烧和传热过程进行了数值模拟研究,计算得到了炉膛内流场,温度场,以及炉管表面热强度分布的详细信息,揭示了炉膛内流动、燃烧和传热过程的特性。模拟计算结果表明,双排双面辐射炉管平均热强度值约是单排单面辐射炉管平均热强度值的1.2倍,为工程设计提供了理论依据。     

延迟焦化双面辐射加热炉优化设计的新工具

焦化炉是延迟焦化装置的核心设备 ,它决定了整个装置的操作周期和能耗水平 ,降低重油在炉管内的停留时间及热转化率 ,确保在焦化炉管内不发生大量的结焦 ,是该工艺过程的关键技术。由于炉管外侧存在燃料燃烧、烟气湍流流动和高温辐射 ;而管内则有渣油的热裂解及缩合、两相流动与传热以及炉管结焦等复杂的工艺过程 ,因而我国焦化炉的结构设计和操作管理基本上是源于经验摸索 ,从而导致我国焦化炉操作周期短 ,能耗水平高。中国石化集团公司科技开发部组织石油大学和中国石化工程建设公司开展了延迟焦化双面辐射加热炉的研究 ,旨在通过过程模拟…     

常压加热炉辐射段耦合传热的数值模拟

 采用分区耦合的方法研究了某常压加热炉辐射段内的流动、燃烧和传热的全部工艺过程,并系统地分析了炉管表面温度和热强度分布。计算中,实现了燃烧器、炉膛、炉管整体几何结构的建模和网格划分,选用标准k-ε湍流模型、非预混燃烧模型和离散坐标辐射传热模型,将炉管黑度定为0.8,模拟得到了炉内的流场、温度场及炉管表面温度和热强度分布的详细信息。结果表明,底部燃烧器的高速射流在炉膛下部产生较大回流区,对炉膛下部烟气温度分布的均匀性至关重要;炉管管壁温度和热强度分布存在明显非均匀性,影响炉管使用寿命。炉膛温度及炉管管壁热强度模拟结果与常压炉测定数据和设计数据一致,证明了模拟计算的可行性和准确性,为常压炉的设计和优化提供理论参考。     

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。     

石油化工管式炉“扩能”技术的研究与应用

研究了管式炉辐射室燃烧火焰高度对辐射室温度分布和对辐射室传热量占全炉热负荷比例的影响。指出,通过强化燃料燃烧,降低燃烧火焰高度,可以有效地改善辐射室温度分布,降低辐射炉管受热不均匀系数,提高辐射室传热量占全炉热负荷的比例,因而可提高全炉炉管表面平均热强度和加热炉的处理能力。同时列举了对３台管式炉进行“扩能”改造的应用实例。     

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...     

延迟焦化加热炉内湍流流动和燃烧的数值模拟研究

利用数值模拟方法研究了炼油过程中延迟焦化管式加热炉内的流动和燃烧过程。计算中未作任何简化，实现了包括燃烧器和炉膛在内的复杂结构网格的划分，选用标准的κ-ε湍流模型、PDF扩散燃烧模型和离散坐标辐射传热模型，对炉内流动和燃烧过程进行了三维全尺寸的数值模拟，成功地计算出炉膛内的速率场、温度场和各组分的浓度场。该炉采用的燃烧器产生的扁平状火焰，可以均匀加热炉管中的流体，有利于反应的顺利进行。     

延迟焦化加热炉炉管温度的红外监测

高负荷运行下的焦化加热炉,由于局部炉管过热引起管内结焦是一个普遍性的问题。利用红外测试仪器对炉管温度进行红外监测, 能及时掌握炉管和炉膛内温度分布情况, 因而可通过调节火嘴的燃烧,稳定炉内温度场, 以避免炉管局部过热, 延长加热炉运行周期。     

延迟焦化加热炉炉管结焦原因分析及对策

通过对乌鲁木齐石化公司不同时期加工的延迟焦化原料的四组分含量及金属含量的变化分析,以及对辐射炉管结焦前后加热炉操作参数的对比分析,得出延迟焦化原料是一种饱和烃、胶质及沥青质含量高、芳烃含量低的易结焦渣油,在操作中宜采用较大循环比来提高芳烃与沥青质的比例,保证辐射炉管内冷油流速,控制好炉管壁温度,减缓加热炉炉管结焦,同时要对原料性质进行监控分析。     

1.40Mt/a延迟焦化加热炉的节能改造

分析1.40 Mt/a延迟焦化装置加热炉运行中的主要问题及原因。针对主要问题,对加热炉余热回收系统空气预热器进行了重新选型及相应的技术改造。改造后加热炉综合热效率达到了92%以上,相对改造前提高了7.57个百分点,节省了大量燃料,节能效果明显。     

延迟焦化深度裂解技术研究与工业应用

基于延迟焦化工艺本质与炉管结焦机理,采用焦化加热炉管内外过程模拟技术,以控制炉出口介质裂解深度为目标,对1.6 Mt/a延迟焦化装置焦化加热炉进行改造。在加热炉总体结构不变的条件下,采用多项创新专利措施对在役设备进行改造与操作参数优化,提高生焦反应焦化加热炉给热量,结合深度裂解技术,改善产品分布。设备改造后的工况过程模拟结果表明,介质炉出口裂解深度得到提高,生焦反应焦化加热炉给热也明显增加。工业应用结果表明,焦化加热炉采用深度裂解技术后,加热炉的处理能力提高了,达到1.85～1.90 Mt/a;改造后的炉管表面温度比改造前低约80 ℃;烧焦后运行周期从改造前的9个月延长到15个月以上;在原料残炭上升的情况下,石油焦收率和焦炭产率系数均下降,增加了液体产品收率,经济效益明显。改造后该装置可以适应因原料重质化,对扩大焦化装置处理能力和改善产品结构的要求。     

重质原油焦化和传统减压渣油焦化的对比研究

重质原油直接焦化工艺路线已成为一些炼油企业首选的加工劣质原油的方案。介绍了重质原油直接焦化装置的特点,对重质原油焦化与传统减压渣油焦化的腐蚀类型、产品分布、加热炉及焦炭塔运行情况、开工过程操作情况等方面进行比较。 减压渣油焦化的腐蚀类型主要包括高温硫腐蚀、低温硫化氢腐蚀,而重质原油焦化的腐蚀类型主要为环烷酸腐蚀;相同循环比下,重质原油焦化的中间组分收率较高,而减压渣油焦化的焦炭、富气产率较高,总液体收率较低;重质原油焦化的加热炉结焦倾向远低于减压渣油焦化的加热炉;重质原油焦化装置焦炭塔内的气相线速略低于减压渣油焦化装置。     

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。     

延迟焦化装置换热分馏流程方案分析

以国内两套典型的分别为可调循环比和传统工艺流程的延迟焦化装置作为研究背景,借助三环节能量系统综合优化方法,根据延迟焦化两种工艺流程各自的特点,分别对加热炉对流段和辐射段热负荷分配、分馏塔操作、换热流程、装置自产蒸汽量等进行分析比较,探讨不同工艺流程对装置整体用能的影响.分析结果表明,工艺流程的不同及原料渣油换热流程的差别对于装置稳定操作、加热炉用能、分馏塔取热、换热流程安排、自产蒸汽的温度和压力等有着不同程度的影响.相关焦化流程的对比分析对焦化装置的流程选择及设计优化有着十分重要的理论与现实意义.     

焦化炉管内工艺计算数学模型的开发及应用

针对减压渣油在延迟焦化炉管内复杂的流动、反应过程,运用物料、能量及动量平衡,开发了焦化炉管内工艺计算数学模型,可计算渣油沿炉管轴向的组成、温度、压力、汽化分率及转化率分布。结果表明：模型计算值与某炼油厂焦化炉实际操作数据的偏差较小,温度、压力、汽化分率等参数沿炉管的变化规律也与经验认识吻合;模型用于不同注汽工况及加热炉进料波动工况分析,可为延迟焦化加热炉的优化设计及操作提供理论指导。     

馏分循环对延迟焦化加热炉管结焦规律影响的实验研究

结合克拉玛依石化公司延迟焦化工艺,就馏分循环对焦化加热炉受热结焦规律进行实验研究,主要考察采用不同类型馏分油循环、不同循环比时炉管中结焦趋势的变化规律,并进一步研究循环物流所携带焦粉对炉管结焦的影响规律。结果表明,不同焦化原料的性质(如密度、粘度、残炭等)和组成差别都较大;相对于减压渣油而言,加热炉进料的结焦诱导期较长,表明采样期间的循环焦化方案利于抑制焦化加热炉炉管的结焦。深入研究发现,不同循环馏分都可不同程度抑制炉管结焦,尤其以分馏塔焦化循环油加入后的结焦诱导期最长;随着循环比的增大,结焦诱导期不断延长,但循环比在0.6以上时的影响变化不大;循环馏分携带来的焦粉对加热炉炉管中的结焦具有一定促进作用。