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    高压管式反应器夹套入口导流板优化设计.pdf

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    高压管式反应器夹套入口导流板优化设计.pdf

    第43卷第6期 2O14年11月 石油化工设备 PETRO-CHEMICAL EQUIPMENT VoI.43 No.6 NOV.2014 文章编号100074662014060041 05 高压管式反应器夹套入口导流板优化设计 徐海锋 。,刘 伟 1.广东石油化工学院机电工程学院,广东茂名 525O00; 2.珠海共同低碳科技股份有限公司,广东珠海 519055 摘要针对高压管式反应器夹套冲刷腐蚀问题,在夹套入口接管内加装导流板,采用计算流体动力 学CFD方法对导流板进行优化设计,确定最优方案。结果表明,夹套入口管径加大到178 mm、导 流板安装角度为35。、导流板宽度为70 mm时,流动死区脱盐水流速、脱盐水温度及夹套切应力分 布达到较好的平衡。 关键词高压管式反应器;夹套;导流板;结构优化 中图分类号TQ053.6;TE966 文献标志码A doi10.3969/j.issn.10007466.2014.06.011 Optimal Design on Deflector in Inlet of Jacket of Highpressure Tubular Reactor XU Haifeng _..LIU Wei 1.College of Mechanical and Electrical Engineering,Guangdong University of Petrochemical Technology,Maoming 525000,China;2.Zhuhai GongTong Low Carbon Technology Co.Ltd.,Zhuhai 5 1 9055,China AbstractAiming at erosion on jacket of highpressure tubular reactor,the deflector was placed in inlet of jacket.The of computational fluid dynamic was used to optimize the structure of deflector to solve erosion on jacket.The results showed that when inlet diameter of jacket was 1 7 8 mm,angle of deflector placed was 3 5 degree and width of deflector was 7 0 mm,a good bal ance comes into being between velocity of desalted water in stagnant region,temperature of de salted water and distribution of shear stress in jacket wal1. Key wordshighpressure tubular reactor;jacket;deflector;structure optimization 高压管式反应器用于完成高压聚合反应生成 聚乙烯,是聚乙烯生产装置的核心装备之一。某 高压管式反应器设计压力290 MPa,工作压力 260 MPa,内管材料为TYPE 4333-Me,规格为 O114 mm31.5 mill;夹套材料为SA一53GR.B,规 格为O194 mm8 mm,夹套工作温度约为170。C。 该反应器在运行过程中出现多处夹套漏水现象, 随后停车对夹套漏点周边1 m范围内进行超声检 查,发现夹套进口处内侧的夹套壁厚已由8 mm减 小到3 mm左右,夹套其它位置的壁厚也已减小到 7.3 mm左右[1]。对此类问题,国外研究主要集中 在反应管上 ],国内采用CFD方法进行数值模拟 分析,认为在夹套入水接管与收缩环间存在流动 死区,该区内流速极低,接近停滞状态,无法将反 应管放出的热量及时带走,致使脱盐水过热,最高 可达470 K接近沸点,造成了局部气化,引起汽 蚀冲刷减薄,而入口处管径较小形成的喷流冲刷 进一步加剧腐蚀 ]。为解决高压管式反应器夹套 冲刷腐蚀问题,笔者采用计算流体动力学CFD方 法对导流板进行了优化设计。 收稿日期20140602 基金项目茂名市重点科技计划项目20091018 作者简介徐海锋1990一,男,广东韶关人,助理工程师,学士,从事工业废气回收N,gl成套设备设计工作。 第6期 徐海锋,等高压管式反应器夹套人口导流板优化设计 角度的增大而好转。从各温度分布图看出,下游不 再存在相对滞留区导致的高温区域,40 mm宽导流 板的高温区域面积从安装角度15。到25。逐渐减小, 到25。时面积最小,25。到4O。时高温面积呈加大趋 势。导流板安装角度为25。时两管相贯处还存在较 高切应力,最高达130 Pa左右。导流板宽度为 70 mm时,高温区域面积也呈先减小后增加的变化 趋势。由于导流板安装角度适宜,且管径加大后消 除了喷流,因此流动死区内脱盐水流速大部分提升 到l0。数量级以上,下游几乎不存在低速涡流区。 导流板安装角度为3o。时,最高温度为467 K, 切应力最高值为105 Pa。导流板安装角度为35。 时,高温区域面积大幅减小,最高温度为449 K左 右,此时夹套壁面最高切应力在两管相贯位置,最大 值为59 Pa左右。当导流板安装角度进一步加大到 4O。时,高温面积开始增加,最高温度上升到453 K, 两管相贯处的切应力最大值为86 Pa。 采用方案3导流板切应力分布见图12,导流板 上不存在严重冲刷,导流板上最大切应力为47 Pa。 因此认为,管径加大到178 IT1Ill、导流板宽70 iTlm、导 流板安装角度35。为流动死区脱盐水流速、流动死 区温度、水流冲刷及切应力分布的最佳平衡方案。 4 结语 0 { \8 锄 图12方案3导流板切应力分布图 基于ANSYS Workbench平台,采用CFD方法 进行数值分析,对3种导流板模型进行了优化设 计,得到如下结论①不改变管径,单导流板情况 下不能很好解决流动死区问题,且会导致偏流,产 生局部严重冲刷。②不改变管径,导流板安装角 度在15。~45。时,入口处与收缩环之间的流动死 区脱盐水高温面积随导流板安装角度的减小而加 大,导流板安装角度25。、导流板宽6O mm时高温 区域有所改善,在夹套壁面及两管相贯处产生的 切应力最小,但导流板冲刷还较严重。③管径加 大为1 78 mlTI、导流板宽70 rnm、导流板安装角度 35。时,流动死区脱盐水流速、温度及夹套切应力分 布达到较好平衡。 参考文献 [1] 刘伟,何建暖.高压聚乙烯失效机理分析级对策[J].石 油化工设备,2009,3848991. LIU Wei,HE Jian-nuan.Analysis of Failure Mecha nism and Measure of Highpressure Polythene Reactor [J].Petrochemical Equipment,2009,3848991. [2]Pogodin V K,Bezdelev V V.Causes of Failure of Po lyethylene Reactor Seals and Equipment for Preparing Them for Operation[J].Chemical and Petroleum Engi neering,1999,3511716-720. E3]Tatarinov V G,Arsen,Ev V I.Effects of Nonstationary Hydrogen Diffusion on the Viability of a Polyethylene Reactor[J].Chemical and Petroleum Engineering, 2002。383l18 123. [4]Hee Jone Lee,YeongKoo Yeo.Modeling of Industrial High Pressure Autoclave Polyethylene Reactor Inclu ding Decomposition Phenomena[J].Korean Journal of Chemical Engineering,2000,172223229. r5]Moroz V L,Lozovskii S Z.Reactors for the Production of Highpressure Polyethylene[J].Chemical and Pe troleum Engineering,1974,109850855. [6] Mavridis H,Kiparissides C.Optimization of a High Pressure Polyethylene Tubular Reactor[J].Poly. Process.Eng.,19853263-268. [7] Yoon B J,Rhee H K.A Study of the High Pressure Polyethylene Tubular Reactor[J].Chem.Eng.Com mun.。198534253-258. [8]刘伟,何建暖.基于CFD的高压聚乙烯反应器腐蚀失 效机理研究[J].石油化工设备,2011,4031i-14. LIU Wei,HE Jian-nuan.Analysis Based on Computa tional Flow Dynamics on Failure Mechanism of Highpressure Polythene Reactor[J].Petrochemical Equipment,2011,40311 14. [9]唐家鹏.FLUENT14.0超级学习手册[M].北京人民 邮电出版社,2013. TANG Jia-peng.FLUENT14.0 Learning Handbook [M].BeijingPosts and Telecom Press,2013. E10]李鹏飞,徐敏义,王飞飞.精通CFD工程仿真与案例实 战FLuENT GAMBIT ICEM CFD Tecplot[M]. 北京人民邮电出版社,2011. LI Pengfei,XU Min-yi,WANG Feifei.Proficient in CFD Engineering Simulation and Case of Actual Com batFI UENT GAMBIT ICEM CFD Tecp1ot[M]. BeijingPosts and Telecom Press,201 1. 张编

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