加氫裂化REAC的仿真失效分析-論文.pdf

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1、浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，第31卷，第5期，2014年9月JournalofZh~iangSci—TechUniversity(NaturalSciences)．Vo1．31，No．5，Sept．2014文章編號：1673—3851(2014)05-0491—05加氫裂化REAC的仿真失效分析偶國富，劉慧慧，王寬心，任海燕，王凱。程福星(1．浙江理工大學(xué)流動(dòng)腐蝕研究所，杭州310018；2．杭州富如德科技有限公司，杭州310018)摘要：通過對典型工況下工藝過程仿真分析、傳熱計(jì)算并結(jié)合CFD數(shù)值模擬，分析了熱高分空冷器的失效形式與管柬失效部位，并運(yùn)用遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)驗(yàn)證結(jié)論的可靠性

2、。結(jié)果表明：熱高分空冷管束的失效主要由高腐蝕性介質(zhì)下的流體沖蝕造成；熱高分空冷系統(tǒng)中液態(tài)油相的黏度較低，可以降低溶液的腐蝕性和管壁所受的剪應(yīng)力；典型工況下距空冷器入口5．8rn處溶液的腐蝕性強(qiáng)、管壁受到的剪應(yīng)力大，是容易出現(xiàn)局部沖蝕減薄的危險(xiǎn)區(qū)域。關(guān)鍵詞：空冷器；工藝仿真；傳熱計(jì)算；CFD仿真；加氫裂化中圖分類號：TQO26．5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A測，目前主要是通過FLUENT流體力學(xué)計(jì)算進(jìn)行0引言研究_9。李健等ll】]建立了氣、液、固三相流沖蝕磨隨著世界能源危機(jī)的日益加深，煉油工業(yè)不斷損試驗(yàn)裝置，研究了混合流場中試樣的磨損特征，通向著裝置大型化、原油劣質(zhì)化、運(yùn)行工況苛刻化的方過掃描電子顯微

3、鏡觀測了三相流沖蝕磨損表面，并向發(fā)展。加氫裂化反應(yīng)流出物空冷器(reactor借助計(jì)算機(jī)模擬分析了發(fā)生氣蝕破壞的條件，為進(jìn)effluentaircoolers，REAC)作為煉油過程中的重一步開展三相流氣蝕與沖蝕磨損研究奠定了基礎(chǔ)。要設(shè)備，頻繁出現(xiàn)堵管、爆管、泄漏事故，嚴(yán)重制約了某煉油廠近年來因加工劣質(zhì)原油，加氫裂化RE—企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展L】]。REAC的腐蝕機(jī)理與失效AC管束出現(xiàn)了嚴(yán)重的局部穿孔失效。本文針對該裝形式與具體工藝過程密切相關(guān)，涉及化學(xué)反應(yīng)、傳置典型工況下的空冷器系統(tǒng)進(jìn)行工藝過程、傳熱和流熱、相變、多相流動(dòng)等多個(gè)領(lǐng)域_3]。流動(dòng)腐蝕具有局動(dòng)關(guān)聯(lián)分析，首先運(yùn)用Aspen對工藝

4、過程進(jìn)行仿真，部性、突發(fā)性和風(fēng)險(xiǎn)性特征，目前REAC的流動(dòng)腐獲得腐蝕性介質(zhì)在各相中的分布及相關(guān)物性參數(shù)；其蝕失效并未得到有效控制。目前對流動(dòng)腐蝕失效的次運(yùn)用HTRI對空冷器進(jìn)行傳熱計(jì)算，獲得各管程的有效控制主要通過實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬方法進(jìn)行沖溫度分布；最后運(yùn)用FI，I厄NT軟件對管束進(jìn)行流體蝕失效研究，針對裝置中可能發(fā)生沖蝕失效的位置力學(xué)模擬計(jì)算，得到各管程壁面剪切應(yīng)力的分布情進(jìn)行預(yù)測。文獻(xiàn)E4-6~搭建了水平和垂直式?jīng)_蝕實(shí)況。通過各仿真結(jié)果剖析了空冷器的失效形式，對失驗(yàn)裝置，利用電化學(xué)阻抗譜法和極化曲線等方法研效位置進(jìn)行了預(yù)測，并采用遠(yuǎn)場渦流檢測技術(shù)對空冷究了高溫高壓下的沖蝕問題。Kr

5、itzer等]研究了管束進(jìn)行全面檢測，對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。在高溫高壓下腐蝕性水溶液中不銹鋼、合金鋼等材1工藝過程分析料的腐蝕特性及影響因素。鄭玉貴等_8]研究了酸性懸浮液中沖蝕與腐蝕的協(xié)同作用，發(fā)現(xiàn)碳鋼和不銹典型加氫裂化反應(yīng)流出物熱高分系統(tǒng)的工藝流鋼的沖蝕與磨蝕協(xié)同作用均較大，并比較了在給定程如圖1所示。加氫反應(yīng)流出物經(jīng)換熱后進(jìn)入高溫的流速下不同材料的失重率。沖蝕失效的仿真預(yù)高壓分離器，分離出的氣體經(jīng)換熱和注水后進(jìn)入收稿日期：2014—01-09基金項(xiàng)目：國家科技支撐計(jì)劃(2012BAK13B03—02)；國家基金委與神華集團(tuán)聯(lián)合資助項(xiàng)目(U1261124)作者簡介：偶國富(1965一

6、)，男，江蘇太倉人，教授，主要從事流動(dòng)腐蝕預(yù)測和石化裝置安全保障技術(shù)研究。浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2014年第31卷REAC進(jìn)行冷卻，該股物流在REAC內(nèi)冷卻過程中水。注水雖然能有效避免銨鹽沉積和垢下腐蝕，但轉(zhuǎn)變成油一氣水i相流，進(jìn)入低溫高壓分離器分離是形成了具有高腐蝕性的水溶液。在空冷器中，隨為循環(huán)氫、冷高分油和含硫污水。高溫高壓分離器溫度的逐漸降低，氣體中的HS、NH等不斷溶解分離出的油相經(jīng)低溫低壓分離器分離為低分干氣、到液態(tài)水中，溶液的腐蝕性不斷增強(qiáng)。腐蝕性的水低分油和含硫污水。為了防止氣相中的NH。、溶液與碳鍘材料接觸發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，在管束內(nèi)壁HC1、HS等反應(yīng)生成的銨鹽顆

7、粒堵塞空冷管束行成腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜．在一定的流體的沖刷作用下，及產(chǎn)生垢下腐蝕，在物流進(jìn)入空冷器之前進(jìn)行了注這層保護(hù)膜會(huì)受壁面剪切應(yīng)力作用而發(fā)生剝離破壞，使碳鋼管束再次裸露在腐蝕性流體中，如此反復(fù)，金屬材料不斷損耗而使得管壁減薄【]，管壁沖蝕減薄失效是在腐蝕和沖刷共同作用下形成的。管壁沖蝕失效過程見圖2。開始管件基體和腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜的表面是都是平滑的，如圖2(a)所示；腐蝕產(chǎn)物保護(hù)膜被完全被破壞，裸露出的碳鋼管件基體進(jìn)一步被腐蝕，碳鋼管