扭曲片管强化传热技术在裂解炉中的应用

对扭曲片管强化传热技术在裂解炉上的应用进行了模拟和试验。结果表明,扭曲片管影响下游的距离为50～60倍直径。扭曲片管应用于裂解炉时,炉管压降增加20%～30%,管壁温度下降至少20℃,处理量增加7%,且对裂解炉的正常操作无不利影响。

新型扭曲片管在乙烯裂解炉中的数值模拟研究

利用数值模拟的方法研究了新型扭曲片管(在原扭曲片管的基础上,对结构进行了优化和改进)在乙烯裂解炉上的应用,计算得到了炉管内流体速度、油气温度和烃类热裂解反应主产物收率的分布情况,并将模拟结果与原扭曲片管进行了对比。模拟结果表明,沿径向方向,在扭曲片管的管壁附近存在较大的速度梯度,管壁附近温度较高,有利于热裂解反应的发生,乙烯收率较高;沿炉管长度方向,扭曲片管结构的改变对炉管内速度场、压力场和温度场的影响逐渐降低,对烃类热裂解反应主要产物乙烯、丙烯和丁二烯收率的影响不大。

扭曲片管强化传热技术在乙烯裂解炉中的应用

介绍了扭曲片管强化传热技术在乙烯裂解炉中的应用。扭曲片管在控制压降的同时增加裂解炉管的传热系数,降低裂解炉管壁温度,增加裂解炉的运行周期或者提高裂解炉的处理量。分析了应用过程中出现了扭曲片管的损坏问题,结果表明,出现损坏的扭曲片管是在制造过程中质量管理不严格造成的。

扭曲片管强化传热技术在SRT-Ⅳ型裂解炉上的应用试验

中国石化公司北京燕山分公司为了进一步验证和改进"裂解炉管扭曲片管强化传热技术"的应用效果,在SRT-Ⅳ型裂解炉上进行了炉管强化传热整炉工业试验。共进行了三次工业试验,分别考察应用裂解炉管扭曲片管强化传热技术后,裂解炉在石脑油正常裂解条件、高负荷(裂解温度提高至830℃,处理量提高7%以上)条件及重柴油高负荷(处理量提高7%以上)条件下的运行情况。试验结果表明:裂解炉管扭曲片管强化传热技术适应性强,完全可以满足裂解炉在高负荷条件下的运行要求;应用裂解炉管扭曲片管强化传热技术后,裂解炉运行周期大幅延长(三次试验运行周期分别延长了7%、70%、27%),强化传热效果显著(裂解炉辐射段炉管管壁温度降幅在20℃以上),对裂解炉的操作和运行没有不良影响,对裂解炉的主要产品收率以及产物分布影响不大。

扭曲片管强化传热技术的改进研究

对设计的第二代扭曲片管结构,通过其数值模拟的结果可以看出,第二代扭曲片管的结构更加合理,其传热特性与反应特性同第一代相比基本相当;用工业试验验证了数值模拟的结果,数据表明:第二代扭曲片管的传热效果不低于第一代扭曲片管,同时第二代扭曲片管降低了裂解炉异常情况下堵塞的概率,降低了扭曲片管的局部高温应力。

乙烯裂解炉扭曲片管失效原因探讨

为了提高传热效率、降低能耗,乙烯裂解炉辐射段炉管设计中采用了扭曲片管。针对扭曲片管失效问题,开展了不同失效形式扭曲片管的解剖分析和流场、温度场模拟工作。结果表明:扭曲片管的主要失效模式包括本体开裂、鼓包和扭曲片筋开裂等。导致扭曲片管失效的主要因素有组织异常及杂质偏聚,结构设计和显微疏松导致的渗碳以及抗渗碳性能差等因素,这些因素会引起扭曲片管抗高温蠕变性能降低,导致异常氧化和渗碳等,易萌生裂纹,最终发生开裂失效。

扭曲片管对常压加热炉管内压降的影响

利用计算流体力学软件Fluent,选择可实现k-ε湍流模型和多相流Mixture模型对常压加热炉辐射段的最后两根炉管和加装扭曲片管的炉管进行气液两相流的三维数值模拟计算,比较和研究了加装扭曲片管后炉管的速度场和压力场的变化,分析了扭曲片管构件对常压加热炉管内压降的影响。模拟研究结果表明,在常压加热炉中加装扭曲片管能起到强化传热的作用;在相同入口温度和恒定壁面温度的条件下,壁面总传热速率提高了13.3%,出口温度升高了0.3 K;在管内气液两相流的情况下,扭曲片管使管内压降增加47.53%,扭曲片管局部会形成较大压降。

乙烯裂解扭曲片管穿孔失效的原因

采用化学成分分析、宏观观察、金相观察、能谱分析和X射线衍射分析等方法,对乙烯裂解扭曲片管穿孔失效原因进行了分析。结果表明:扭曲片管穿孔失效是硫化腐蚀造成的;扭曲片管的氧、氮含量高,并有铸造缺陷(疏松)和冶金缺陷(夹杂物),加上工作介质中高的硫、钠含量,使硫在缺陷处滞留和聚集,形成的腐蚀产物与金属镍形成了低熔点共晶Ni-Ni3S2,其在工作条件下变成液体后,使管壁的局部腐蚀加速,最后造成穿孔失效。

扭曲片管在裂解炉上的应用

介绍了天津乙烯装置裂解炉辐射段炉管加装扭曲片管后,使裂解炉的运行周期增加到115天,并减少了40小时的烧焦时间,单台裂解炉年可多产乙烯632t、丙烯326t,达到了节能降耗、增产增效的目的。

扭曲片管强化传热技术在乙烯裂解炉上的应用

通过分析裂解炉运行过程中周期短的状况及原因,提出了在裂解炉上安装扭曲片管以延长运行周期的方法,并结合南京扬子石化公司裂解炉的改造实践及节能分析对比,证明该方法具有明显的强化传热及延长运行周期的节能效果。

裂解炉用扭曲片管铸造工艺

目前扭曲片管已较广泛地应用于裂解炉辐射炉管上,通过介绍扭曲片管的几种铸造工艺,并对不同铸造工艺下扭曲片管的无损检测以及力学性能进行分析,从而阐明不同铸造工艺的优缺点。

无源扰流扭曲片管强化传热技术在裂解炉上的试验

介绍了在裂解炉管上采用扭曲片管进行强化传热的机理,以及工业试验的过程、试数据分析和试验结论。

乙烯裂解扭曲片管泄漏原因分析

对乙烯裂解扭曲片管泄漏原因进行了分析。结果表明,扭曲管化学成分中的主要元素含量与久保KH田R45A合金相符,但Si、P含量略高;扭曲片管存在严重的缩孔、疏松和夹渣等铸造缺陷,并已发生渗碳,开裂部位渗碳尤为严重;工艺气中的硫使管壁发生了硫化腐蚀。扭曲片管的泄漏是由于铸造缺陷、渗碳和硫化腐蚀相结合造成的。

含扭曲片乙烯裂解炉管内流场的数值模拟

基于网格生成法,采用计算流体力学对含扭曲片的乙烯裂解炉管内强化传热的流场(流速、压降和阻力损失)进行了数值模拟,并分析了扭曲片的扭曲比对流场的影响。结果表明,流体流经扭曲片的切向速度迅速增大;流出构件后,切向速度沿轴向逐渐变小,而沿径向逐渐增大。在管径方向存在1个轴向速度等于整个截面平均轴向速度的点。管内总压降及扭曲片局部压降均随雷诺数增大而增大,不随管径变化而变化。管内平均阻力系数与雷诺数呈线性关系,随着雷诺数增大而变小;扭曲片局部阻力损失随着雷诺数的增大而迅速增大,随管径减小而增加。扭曲比对管内流场有影响,较佳的取值范围为2.4～2.6。

埃洛石纳米管对熔纺HDPE纤维结晶行为和晶片扭曲的影响

采用熔融纺丝法制备了高密度聚乙烯(HDPE)/埃洛石纳米管(HNTs)复合纤维。利用差示扫描量热法研究了HNTs对HDPE基体非等温结晶行为的影响,利用二维广角X射线衍射研究了熔融纺丝过程中的卷曲速度和加入HNTs对HDPE/HNTs复合纤维中HDPE基体晶片扭曲行为的影响。结果表明:HNTs在HDPE中起成核剂的作用,提高了HDPE基体的起始结晶温度和最大结晶温度,缩短了半结晶时间。随着卷曲速度的升高和HNTs含量的增加,HDPE基体晶片扭曲程度逐渐降低。

含有扭曲片的裂解炉线性废热锅炉的数值模拟和工艺计算

利用数值模拟技术对纽带和扭曲片强化传热管进行了模拟,将模拟结果应用于商业传热软件中,对含有扭曲片的裂解炉线性废热锅炉进行了工艺计算。计算了两种强化传热管的速度场、压降场和温度场,给出了不同雷诺数下的压降、努赛尔数、强化传热因子、压降比和努塞尔数比。数值模拟结果表明,扭曲片强化传热管的强化传热性能优于纽带强化传热管,前者的压降和努塞尔数均小于后者,前者的强化传热因子大于后者。工艺计算结果表明,裂解原料分别为加氢尾油、石脑油及乙烷时,具有扭曲片强化传热管的线性废热锅炉的传热量比普通线性废热锅炉的传热量增加了8.2%,6.1%,2.4%。

扭曲片在SRT-Ⅳ型裂解炉上的工业运行

对SRT-Ⅳ型乙烯裂解炉进行扭曲片管工业运行试验。扭曲片将炉管内物料的流动形态从柱塞流改变为旋转流,从而减薄了近管壁处的层流底层,强化了炉管与物料间的传热,降低了管壁温度,延缓了辐射段炉管内焦的生成。试验结果表明,在乙烯收率没有降低的情况下,增加裂解炉的处理量,大幅度延长了裂解炉的运转周期。

细分方法中对显著扭曲面片的校正处理

细分方法是一种从离散控制顶点集合生成曲线曲面的有效方法.经典细分方法如Doo-Sabin细分方法,Catmull细分方法,Loop细分方法等都具有便捷高效的优点而被广泛使用.这些方法对比较规则的初始网格能给出很好的细分结果,但在处理一些含有显著扭曲面片的不规则网格时得到的往往不是期望的结果.本文针对网格含有显著扭曲面片的情况,提出了一种保形性较好的面片扭曲校正方法,使得经典Doo-Sabin细分方法在处理网格中的显著扭曲面片时能够得到很好的结果.

扭曲片对裂解炉管内介质流体力学性能的影响

以常温常压下的空气为流动介质,研究了加入扭曲片对裂解炉管内强化传热的流体力学性能的影响。实验结果表明:裂解炉管加入扭曲片后,使边界层厚度减薄,传热系数增大,从而传热得以强化。在管中心区域,含扭曲片管内轴向速度沿管径的分布比圆管内较平坦;而在近壁区域,含扭曲片管内速度梯度大于圆管内速度梯度。加入扭曲片后,管压降增加,但压力沿管长方向的变化是均匀的,与圆管内压降变化一致。

乙烯裂解炉扭曲片合金管裂纹成因分析

某企业的乙烯裂解炉扭曲片合金管在不到设计寿命的30%时即产生裂纹而失效,严重影响了企业的正常生产和经济效益。本文通过化学成分分析、组织观察、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)等方法,对裂纹的形成原因进行了研究。发现裂纹形成于扭曲片与管壁的结合处,分析发现此处存在应力集中区域。而扭曲片合金管冶金质量较差,在该应力集中区域存在大量的夹杂等缺陷,在应力的作用下导致结合处被拉开进而形成裂纹。通过改善冶金质量和采用新的结构设计可以避免此类裂纹的产生。