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管式裂解技术是当今乙烯生产的主要技术,大型化是裂解技术的发展方向。然而在裂解炉的大型化过程中遇到了现有的炉管设备材质水平,无法满足过高的传热负荷的问题,造成无法兼顾裂解炉的负荷与运行周期,影响工艺运行参数,成为传统炉管技术的瓶颈。因此,裂解炉炉管扭曲片的强化传热技术成为消除瓶颈,优化大型裂解炉工艺运行指标的一种重要手段。本文对上海石化二种大型裂解炉安装扭曲片前后的实际效果以及对反应、结焦等带来的广泛影响进行研究,旨在寻找和推广一种有效的裂解炉强化传热技术。本研究对扭曲片的工业应用有重要的借鉴意义。
本文首先以上海石化2＃乙烯装置GK-VI型和SRT-VI型裂解炉为研究对象,分析裂解炉长周期运行中出现的问题和根源,从兼顾提高运行周期和保证处理量的角度,考察安装扭曲片前后的实际效果。发现SRT-VI型炉的处理量增加7.2％,运行周期增加7.8％,GK-VI型炉的处理量增加7.2％,运行周期增加16％；反应炉管损坏率大大减少。SRT-VI型炉双烯收率增加0.49％,气相产率增加1％,GK-VI型炉双烯收率增加0.74％,气相产率增加1.5％；SRT-VI型炉一程管结焦速率由1.63℃/d降低到1.60℃/d,二程管结焦速率由2.61℃/d降低到2.38℃/d,GK-VI型炉一程管结焦速率由1.48℃/d降低到1.43℃/d,二程管结焦速率由2.5℃/d降低到2.42℃/d。
在工业试验的基础上,本文从微观模拟了单个扭曲片在四种不同内径的炉管内对流体和传热的影响情况。发现扭曲片管内流型发生了较大的变化,湍流程度增强,影响范围较大。扭曲片强化传热管的管内传热总是有利的,扭曲片管在低雷诺数时具有较高的热力性能。本文重点通过二种成熟的裂解炉模拟软件,建立了二种炉型的模型,对反应、结焦和传热进行模拟研究。发现在保持裂解苛刻度在0.5不变的条件下,SRT-VI型炉的保持负荷率90％时,运行周期可增加20％,双烯收率增加0.62％,气相产率增加1.5％；GK-VI型炉的处理量保持负荷率100％时,运行周期可增加23％,双烯收率增加0.32％,气相产率增加2.5％。SRT-VI型炉一程管结焦速率由1.41℃/d降低到1.39℃/d,二程管结焦速率由2.50℃/d降低到2.25℃/d,GK-VI型炉一程管结焦速率由1.38℃/d降低到1.35℃/d,二程管结焦速率由2.29℃/d降低到2.22℃/d。管壁温度平均降低10-15℃和管壁峰值温度降低值最高28℃,分布得到改善。在对裂解反应、强化传热、结焦抑制这三方面的规律性描述中,理论计算和工业实验数据有较好的一致性。