重油催化裂化外取热器水动力特性计算

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1、350万吨／年重油催化裂化外取热器水动力特性计算方法报告人：李会雄　教授动力工程多相流国家重点实验室西安交通大学提纲研究背景外取热器的结构及其特殊性水动力计算的数学模型及计算方法计算结果及结论小结研究背景水动力特性是锅炉（包括各种余热锅炉）运行可靠性的重要反映——管道的传热特性与效率——设备运行安全及可靠性，防止／减小水力偏差，热力偏差，预防爆管——对自然水循环系统，水循环的动力较弱，水循环方面的问题更突出作为余热锅炉的一种应用形式，外取热器技术在催化裂化装置中已经得到广泛的应用外取热器工作条件恶劣，从高温催化剂中取热，热负荷分布不均匀——水动力问题很重要；外

2、取热器换热管的结构形式复杂，连接形式变化多样——采用常规的水动力计算方法很烦琐、工作量很大。大连石化公司350万吨／年重油催化装置的外取热器自2002年投入运行后，先后发生多次爆管或泄漏事故，严重影响正常生产的进行，带来重大经济损失——可能与循环水动力有关。鉴于此，本文采取一种计算机程序方法，计算并分析了外取热器管束的自然水循环能力及变化特性，从水循环角度分析了造成爆管的可能原因，为四催化外取热器的改进设计提供依据。研究背景外取热器结构及其特殊性本研究中涉及2台外取热器——下流式外取热器（R1103B）——气控式外取热器（R1103A）。这两台外取热器的结构不

3、同——下流式外取热器用下滑阀调节取热量；——气控式外取热器则用返回管的提升风量来调节取热量。外取热器结构：图1换热管结构简图2台外取热器的换热管均采取套管式，其结构示意图如图1所示，内套管为下降管，外套管为上升管。这种结构形式在整个汽水循环中可以等效为U型管的形式。外取热器结构及其特殊性外取热器结构：图２下流式外取热器换热管布置图4下流式外取热器下流式外取热器的结构示意图见图4，共包括34根换热管；换热管布置方式如图2所示，分三圈沿圆周方向均匀分布；外圈布置16根换热管，中圈布置12根，内圈布置6根。外取热器结构及其特殊性图３气控式外取热器换热管布置气控式外取

4、热器的结构见图3与下流式外取热器的基本相同，共包含20根换热管；换热管也是分三圈沿圆周均匀分布，外圈布置13根，中圈布置6根，1根在截面中心处。外取热器结构及其特殊性外取热器的换热管组成四个管屏。下流式外取热器管路：——由下层水联箱600BFD1408和下层汽联箱600BFU1410组成的管屏代号为600BFD1408-600BFU1410，换热管18根，图2中换热管编号为17～34。——管屏600BFD1409-600BFU1411，换热管16根，换热管编号为1～16。气控式外取热器的管路——管屏600BFD1410-600BFU1412与管屏600BFD1

5、411-600BFU1413，每个管屏有换热管10根，分别对应图3中1～10和11～20的管子。外取热器结构及其特殊性图5外取热器汽水流程图管屏600BFD1410-600BFU1412与管屏600BFD1411-600BFU1413构成了气控式外取热器的管路，每个管屏有换热管10根，分别对应图3中1到10和11到20的管子管屏600BFD1409-600BFU1411，有换热管16根，对应于图2中编号为1到16的管子。这两个管屏共同组成了下流式外取热器管路管屏，代号为600BFD1408-600BFU1410，有换热管18根，对应于图2中编号为17到34的换

6、热管汽水混合物的流程为：外取热器结构及其特殊性汽包(单相水)内、外套管底部转弯上层联箱(2003年的改造中去掉了该上层联箱)下降管联箱内、外套管之间(汽水混合物)换热器内套管回汽下层联箱回汽上层联箱外取热器在2003年进行了改造，主要措施是将下降管及取热管的内套管均由DN100（φ114）改为DN150（φ168）；集中降水管由DN300变为DN350，而且下层联箱由DN500变为DN600；集中回汽管由DN300改为DN350，两层联箱均由原来的DN500改为DN600，集中回汽管与联箱的连接也是一分为二；汽管由DN150改为DN200。在本研究中，分别对改

7、造前、后的管路系统进行计算；然后，对采用加长管（下流式外取热器换热管加长400mm，气控式外取热器换热管加长500mm）时的外取热器的水动力特性也做了计算。外取热器结构及其特殊性可以看到，本文研究的汽水循环管路特殊下述几个方面的：换热管采用了套管式结构，介质流程类似于U型管；每一根换热管的尺寸不完全相同，而且，对应的水引入管和汽水引出管的长度也均不同；换热管组成的四个管屏的结构、尺寸也完全不同;上升管系统和下降管系统的没有明显、统一的界限；外取热器水循环系统最低位置处没有下锅筒，所以每根取热管的管底（上升管段与下降管段的分界点）的压差各不相同。包括汽包在内，本

8、研究中的管路系统中有四层联箱。外取热器