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[专业知识] 管式加热炉辐射室对流传热计算的研究

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发表于 2013-5-10 16:48:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
管式加热炉是一种大能耗的设备。在炼油厂和石
油化工厂具有非常重要的地位。随着炼油厂和化工厂
的大型化,开发了大处理量的管式炉,因而也不断发
展了管式炉的计算方法。特别是计算机和计算技术的
迅速发展,以及辐射传热、湍流传热、流体流动、相平
衡和化学反应动力学等学科的进步与数值计算方面
的结合n ,使得对加热炉的复杂计算变为可能。
在石化生产中,人们期望装置能长期安全运转。
但若设计和操作不当而使炉温局部过高。就会发生结
焦、炉管烧穿、炉衬烧塌等事故。局部温度过低,则管
内流体达不到工艺要术,因此管式炉炉膛的传热计算
是一个关键问题
在管式加热炉炉膛内的传热,以辐射传热为主,
在以往的研究中对辐射传热的计算关注较多,比如
区域法、蒙特一卡罗法_5_、热通量法等,而对对流传热考
虑的较少。但实际上以对流传热所传递的热量也应是
加热炉计算的重要部分。
因此本研究主要是开发了一种射流模型对对流
传热进行模拟计算,结合辐射传热的计算,得到了炉
膛内的温度分布和管壁热强度分布。
1 管外对流传热计算的模型开发
1.1 物理模型
在炉膛内主要存在两股气流,从火嘴喷出的射流
和返向火嘴的回流。由于射流温度较高,决定着辐射
放热:回流温度较低,起着与管壁对流传热的作用。
根据文献介绍E6]。当空间与喷嘴截面相比很大时,
收稿日期:
2010——09——15
基金项目:
中国石油天然气集团公司“让纳若尔油田第三油气处理厂工程”资助项目($2010~36C)
作者简介:
张津(1972一),女,四川成都人,工程师,学士,主要从事天然气储运研究与设计工作。

78 N天ATU懋RAL戈G O滏IL 201 1年10月
它接近自由射流。Ⅱ『以认为限制射流只是一个质量不
变核心,把射流量的增加和减少看作只是与循环气流
的合并与分离,这核心与器壁之间是循环区。质量不
变核心可被视为稳定流动,循环烟气分子的流线是无
数闭合曲线。根据质量守恒原理,单位时间通过任意
截面的回流量与被引射的烟气量完全相等
在对炉膛空间进行分区时,据烟气流动情况,在
径向上将娴气分为i个区:质量不变核心区、射流区
和【旦1流区.见图l
i
\I{ //
图1 炉膛内烟气流动分区图
1.2 数学描述
1.2.1 炉膛内区域间的边界线方程
区域的面积随高度的不同而发生变化,质量不变
核心区和射流区的边界由式(1)求得:
= ·tanR+r, (1)
式中R— — 炉膛半径.m:
r2 — — 质量不变核心区的半径,ill;
L —— 限制射流质量不变核心到达i截面的行
程,m:
— — 当量喷口半径,m。
射流区和回流区的边界可由式(2)求得:
= [(R +蠢)/2](巧 (2)
式中 r 广射流与回流的边界半径,111;
— — 炉膛半径,m。
1.2.2 烟气流速的计算
对流传热的计算,关键在于求解各区域的流速。
因为质量不变核心区的烟气流是稳定流动的,所
以根据各截面的面积,便可求得通过不同截面的烟气
质量流速:
W =el(叮T· 2) (3)
式中 W 广 截面的炯气质量流速,kg/m -
G厂从喷嘴喷人炉膛的烟气总量,kg/s。
W ,=G 一/ , (4)
式中 —一 截面上的引射流(回流)的平均质量流
速,kg/m。·S:
G ,—— 截面上的引射量或同流量,kg/s;
— 一 截面上的引射流或同流的面积,m 。
1.3 研究方法
为了和辐射传热计算很好地结合在一起,把整个
炉膛体积分成若干个小的气体块,以圆筒炉底面的中
心为坐标原点建立柱坐标系(r, , ),沿炉体的周向按
增量 将气体及侧壁面分为等高度的 份,沿径向
按增量AR将气体区及炉膛底面等分为 份,并以相
同角度△‘D沿周向将气体区及侧壁面、底面等分为n
份.见图2。
图2 气体分区图
2 计算实例
选用Visual Basic编程语言,编写了对流传热计
算的程序并结合以前完成的辐射传热计算,选用了一
个实际加热炉的有关数据做了模拟计算。
表1~4是炉膛中温度分布的部分数据,这里对辐
射传热计算值和辐射对流联合计算值进行了对比,所
举例的四组数据分别取自第3、l0、18、32四根炉管。
对表1~4的数据进行分析可看出:
a)表l~4巾对应的一定高度和半径处的温度数值
大小基本一致,这是由圆筒加热炉的对称结构和我们
的模型决定的,同时这种一致性也从另一方面证明了
程序计算的合理性:
b)温度明显沿径向递减.符合模型推断的温度变
化趋势:而纵向上的温度则是两端较低,中间较高

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发表于 2022-4-19 11:59:26 | 显示全部楼层
谢谢楼主的分享
发表于 2023-8-15 15:22:01 | 显示全部楼层
谢谢楼主分享
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