加熱爐出口管線內氣液流場的數值模擬研究

孟振亮

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

加熱爐是加氫精制裝置中主要的熱能供應設備【1】，確保其安全、高效運行對加氫工藝的實現具有重要意義【2】。原料油經加熱爐加熱后通常呈高溫高壓的氣-液兩相流狀態，并且流體的流速較高，使得管道中的流場分布較為復雜【3】。此外，加熱爐在運行過程中，由于出口段管道布置不合理，也極易發生震動，造成設備損壞，導致生產無法正常進行【4】。造成管道震動的原因比較復雜，其中兩相流體形成的柱塞流、氣泡流等異常流型是重要影響因素。因此，有必要對加氫裝置加熱爐出口附近管道中的流場做深入分析，揭示其兩相流動規律【5-6】。

本研究采用CFD模擬方法【7-10】考察某項目加氫精制裝置中加熱爐出口管線內氣-液兩相流場，分析現有管道布置方案中兩相流體的速度分布和濃度分布，并在此基礎上提出管道布置改進優化方案，以期能夠為加熱爐出口管線布置方案優化提供指導。

1 數值模型的建立

1.1 加熱爐出口管線結構與網格劃分

圖1給出了加熱爐出口附近現有管道布置結構(模型A)與網格劃分示意。本文所述加氫裝置采用規格相同的雙管程加熱爐形式，由加熱爐出來的流體分別經進口a與進口b流入管道，并依次流過管道段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ，管道段Ⅲ在中心處分為左右兩段，與管道段Ⅳ通過三通閥連接，兩股流體在三通閥處混合之后流入管道段Ⅳ，之前所流過的管道以管道段Ⅳ為軸左右對稱。其中，管道段Ⅰ長度為825 mm，管道段Ⅱ長度為1 822 mm，管道段Ⅲ長度為2 506 mm，管道段Ⅳ長度為3 229 mm，為使流體在管道段Ⅴ中充分發展，本研究取管道段Ⅴ長度為10 000 mm。……