常減壓裝置減壓爐的優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、常減壓裝置的減壓爐由于操作溫度高、加工油品較重，設(shè)計不當(dāng)極易發(fā)生爐管結(jié)焦。特別在減壓深拔操作中，減壓爐經(jīng)常面臨因結(jié)焦而導(dǎo)致操作周期縮短的問題。本文從爐管內(nèi)油氣工藝過程優(yōu)化、管內(nèi)及管外流場數(shù)值模擬三個方面展開研究，為工業(yè)減壓爐的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。
　　從優(yōu)化輻射室注汽條件的角度出發(fā)，本文提出了一種新的爐管注汽工藝，通過Petro-SIM軟件進(jìn)行理論計算，并與現(xiàn)場數(shù)據(jù)對比驗證，將新工藝與現(xiàn)有工藝對比，研究得到爐管內(nèi)油氣兩相的最佳流

2、動形態(tài)和最佳油膜溫度的控制方法。結(jié)果表明：新工藝能有效改善爐管內(nèi)油氣兩相流動形態(tài)，并可根據(jù)所加工油品類型和操作條件的不同進(jìn)行調(diào)整，降低爐管內(nèi)發(fā)生結(jié)焦問題的風(fēng)險。提出爐管注汽最優(yōu)化準(zhǔn)則：最佳注汽點在油品達(dá)到泡點溫度時所在的位置，最佳注汽量為保證氣化段油氣兩相流型為環(huán)狀流的最小注汽量。
　　對于管外煙氣流場、溫度場、燃燒反應(yīng)和輻射傳熱過程的模擬，將實際減壓爐輻射室進(jìn)行全尺寸物理建模，建立了輻射室煙氣穩(wěn)態(tài)可壓縮體系的控制方程。針對特定操

3、作條件，利用Petro-SIM軟件基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)擬合得到爐管壁面的溫度分布，并將其設(shè)定為爐管壁面的溫度邊界條件。采用火焰面模型模擬燃燒反應(yīng)過程，該模型根據(jù)火焰面數(shù)據(jù)庫計算氧原子自由基濃度，在計算氮氧化物生成方面精度較高。CFD計算結(jié)果與現(xiàn)場數(shù)據(jù)吻合良好，分析了輻射室內(nèi)煙氣流場和溫度場分布特性及兩者內(nèi)在關(guān)系，以及氮氧化物排放情況。
　　對管內(nèi)油氣兩相流動、傳熱、相變及熱反應(yīng)過程，以一段水平爐管為例進(jìn)行物理建模，建立油氣在爐管內(nèi)分層流動

4、的三維CFD計算模型。本文采用SARA虛擬組分法代表油品體系，對文獻(xiàn)中的油品熱反應(yīng)動力學(xué)模型進(jìn)行改進(jìn)，并將計算結(jié)果與實驗值對比，結(jié)果表明改進(jìn)后的模型適用于爐管內(nèi)油品結(jié)焦反應(yīng)過程的模擬。針對不同油品類型和爐管壁面溫度條件，計算得到油品在爐管內(nèi)的流場和溫度場分布、氣液相分離及生焦速率等信息。
　　本文提出的爐管注汽新工藝對減壓爐防結(jié)焦有重大意義，運用的計算分析方法為爐管工藝優(yōu)化設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。建立的減壓爐管內(nèi)及管外流場CFD計算模