[發(fā)明專利]一種空冷器管束襯管的形狀優(yōu)化方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710069660.5
• 申請(qǐng)日: 2007-06-19
• 公開（公告）號(hào): CN101075270A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 偶國(guó)富
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G05B17/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及輸送多相流體介質(zhì)的襯管優(yōu)化方法，具體地說是涉及石油化工業(yè)中的一種空冷器管束襯管的形狀優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

在石油化工、電力、冶金等行業(yè)中，大量使用空冷器作為換熱設(shè)備。在空冷器的使用當(dāng)中，被冷卻的介質(zhì)(空冷器管束內(nèi)的介質(zhì))往往具有一定的腐蝕性。在石油化工領(lǐng)域，加氫空冷裝置、換熱系統(tǒng)、常、減壓蒸餾塔頂部位的被冷卻油氣中含有H₂S、Cl^-、H₂O等腐蝕性介質(zhì)，而現(xiàn)有空冷器管束材料通常為碳鋼，在H₂S-Cl^--H₂O等腐蝕環(huán)境下，空冷管束腐蝕嚴(yán)重，其使用周期非常短，甚至不超過一年。近年來，隨著重質(zhì)、高硫原油加工量的日益增加，許多裝置相繼進(jìn)行了高硫擴(kuò)能改造，空冷器管束的頻繁失效問題表現(xiàn)得更為突出。隨之發(fā)生了多起反應(yīng)流出物空冷器(簡(jiǎn)稱REAC)管束泄漏爆管事故，嚴(yán)重威脅了裝置和人身的安全。針對(duì)空冷管束的泄漏爆管事故的頻發(fā)問題，為了提高空冷管束的使用壽命，降低安全隱患，提高經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)際生產(chǎn)中采用在基管進(jìn)、出口端增設(shè)襯管的措施來提高空冷管束的抗腐蝕及沖蝕性能。

針對(duì)目前石油化工、電力、冶金等行業(yè)中存在的管束沖蝕或堵蝕問題，通過對(duì)空冷管束添加襯管，是提高空冷管束抗沖蝕的有效措施。但迄今為止，增設(shè)空冷管束襯管的長(zhǎng)度及襯管末端倒角大小國(guó)際上尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)空冷管束添加襯管，缺乏科學(xué)有效的設(shè)計(jì)依據(jù)，難以從根本上解決現(xiàn)有空冷管束的沖蝕減薄、泄漏爆管等問題。其中襯管結(jié)構(gòu)上存在的不足之處主要在于：

(1)現(xiàn)有空冷管束增設(shè)襯管長(zhǎng)度約為600mm左右，鋼材資源浪費(fèi)嚴(yán)重，并且長(zhǎng)度過長(zhǎng)帶來安裝工藝的難度和精度。

(2)襯管末端通常為直角結(jié)構(gòu)，甚至帶有毛刺，此結(jié)構(gòu)引發(fā)流體在襯管出口處附近產(chǎn)生較大的剪切應(yīng)力和沖蝕效應(yīng)，對(duì)輸送管束造成沖蝕破壞。

(3)現(xiàn)有空冷管束襯管與管壁的配合采用貼漲的方法，但由于襯管的壁厚是經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，所以在貼漲的過程中極易造成間隙貼漲的不均衡，導(dǎo)致空冷管束的抗腐蝕沖蝕能力降低，導(dǎo)致防沖蝕破壞的效果不佳。

本發(fā)明的目的提供一種空冷器管束襯管的形狀優(yōu)化方法，針對(duì)加氫裂化空冷器管束頻繁出現(xiàn)的泄漏爆管等問題，提供一種應(yīng)用于管箱出口處的管束襯管結(jié)構(gòu)，可有效避免流體介質(zhì)直接沖擊管束，解決管束的爆管泄漏等問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了避免背景技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種空冷器管束襯管的形狀優(yōu)化方法，經(jīng)過優(yōu)化過的管束襯管結(jié)構(gòu)，可有效提高空冷管束的抗沖蝕性能，延長(zhǎng)空冷管束的使用壽命，有效避免空冷管束沖蝕破壞、泄漏爆管等事故的發(fā)生。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，包括襯管長(zhǎng)度、襯管出口倒角優(yōu)化和襯管外徑與壁厚優(yōu)化兩個(gè)步驟：

1)襯管長(zhǎng)度、襯管出口倒角優(yōu)化包括以下步驟：

a)工藝流程建模與物性參數(shù)仿真計(jì)算：

運(yùn)用石油化工過程模擬軟件HYSYS進(jìn)行加氫空冷管系工藝流程建模；

b)依據(jù)實(shí)際加氫空冷管系中的運(yùn)行工況、腐蝕性流體介質(zhì)實(shí)際情況，進(jìn)行三相流物性參數(shù)仿真計(jì)算；

c)對(duì)國(guó)產(chǎn)化加氫空冷管系的管箱及管束結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散建模，根據(jù)步驟b)的物性參數(shù)仿真結(jié)果進(jìn)行CFD仿真，分析基管內(nèi)表面剪切應(yīng)力的大小和位置的分布規(guī)律，實(shí)現(xiàn)襯管長(zhǎng)度優(yōu)化；

d)選擇不同襯管尾部結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行結(jié)構(gòu)離散建模，結(jié)合步驟b)仿真得出的物性參數(shù)進(jìn)行三相流流場(chǎng)分析，分析不同襯管出口尾部結(jié)構(gòu)對(duì)基管的流動(dòng)影響，實(shí)現(xiàn)襯管出口孔倒角優(yōu)化；

2)襯管外徑與厚度優(yōu)化方法包括以下步驟：

a)選擇襯管材料，參照實(shí)際基管內(nèi)徑及外徑，初選襯管壁厚；

b)根據(jù)初選的襯管壁厚建立圓筒模型，比較分析壁厚與基管直徑的比值，確定圓筒類型；

c)運(yùn)用材料力學(xué)和彈性力學(xué)，通過屈服極限和材料伸長(zhǎng)率值，由胡克定律確定襯管外徑。

所述的三相流即水相、油相和氣相。

所述的基管指空冷器管束。

所述的不同襯管尾部結(jié)構(gòu)即直角、45度倒角、1∶10錐度，1/4圓弧襯管結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明具有的有益效果是，經(jīng)過優(yōu)化的襯管結(jié)構(gòu)可大大簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，容易制造。由于襯管的長(zhǎng)度縮小了近一倍，生產(chǎn)工藝更加簡(jiǎn)化，且安裝簡(jiǎn)便易行；節(jié)省管材資源，成本明顯降低；適用范圍廣，抗腐蝕性能好，使用壽命長(zhǎng)。

附圖說明

圖1是HYSYS建模示意圖。