[发明专利]工业蒸汽裂解炉的管排优化设计方法

摘要

本发明涉及一种工业蒸汽裂解炉的管排优化设计方法，采用计算流体力学建立炉膛的流动、燃烧、传热模型；炉管模型中，管内过程采用分子或自由基反应动力学模型。然后以热通量及管壁温度分别作为边界条件，进行炉膛炉管的耦合计算直至收敛。该模型能够获得炉管内裂解气速度、温度、压力、主要裂解产物收率，炉管外壁的温度和热通量沿管长的分布，以及炉膛内烟气速度、温度、浓度分布等详细信息，可用于验证设计方案能否达到预计结果，由于建立了精确的裂解炉几何模型，通过对炉膛烟气流场、温度场以及炉管内裂解气温度、压力、浓度和管壁温度分布等数据的分析，可以为裂解炉管排的设计优化提供指导。

主权项

一种工业蒸汽裂解炉的管排优化设计方法，其特征在于，步骤1：确定工业蒸汽裂解炉的设计操作数据，包括裂解炉炉膛、炉管的详细尺寸结构，裂解原料进料量、温度和压力，裂解原料属性，裂解气出口温度，出口压力，以及出口主要产物收率，燃料气的组成、进料量、温度和压力，过剩空气系数；步骤2：将工业蒸汽裂解炉的建模过程分为炉膛建模和炉管建模；步骤2.1：建立炉膛模型，采用计算流体力学方法，对炉膛进行准确的结构建模和网格划分，在炉管附近采用细化的网格进行描述，该炉膛模型包含了炉管的详细三维结构，包括炉管的各管程的结构、排布和位置以及各管程连接件的结构和位置；在此基础上建立炉膛内的流动、燃烧、辐射模型，计算得到辐射段烟气的速度、温度、压力、各组分浓度分布，以及炉膛对炉管外壁的热通量；步骤2.2：建立炉管模型，采用分子反应或自由基反应动力学建模，通过炉管模型计算可以得到沿管长的管壁温度分布，裂解气温度、压力和各组分浓度随管长的变化，以及出口温度，出口压力及出口处各组分的收率；步骤3：炉膛与炉管模型存在能量的耦合关系，根据经验或者初始化炉管外壁温度分布的初值，作为边界条件带入炉膛模型中进行计算，然后将炉膛计算获得的管壁热通量分布再作为边界条件代入炉管模型中计算，获得新的炉管外壁温度分布，如此反复迭代直至收敛。