急冷鍋爐入口聯箱與扁圓管結構優化設計

蔣 巍

（北京航天動力研究所）

徐慧敏

（大慶石化工程有限公司）

孫圣迪

（黑龍江工程學院機電工程學院)

0 引言

急冷鍋爐是指利用乙烯裂解過程中的余熱以產生蒸汽的鍋爐，是乙烯生產的關鍵設備之一。它的安全穩定運行對乙烯裝置的穩定運行、增加乙烯收率，具有重要意義[1]。某化工廠乙烯裝置裂解爐的急冷鍋爐在一次投料過程中，發現爐管出口處泄漏、著火。退料處理后，重新投料，發現爐管流通不暢。拆鍋爐入口盲法蘭后發現，爐管內管出現堵塞、嚴重鼓包、輕度鼓包、彎曲的現象。本文通過對原結構的數值模擬得到了熱負荷均勻情況下各爐管流量分配規律[2]。根據流量分配的規律擬定了六種改進方案。通過對六種方案爐管內的流量分配進行分析，得到最優結構（最優方案），并對其速度場、壓力場進行數值模擬分析，驗證優選結構的正確性。

1 原結構的模擬分析

急冷鍋爐爐管分4組，每組16根，共64根。爐管型式為雙套管式，內管材質15CrMoG，尺寸為覫101.6 mm×10 mm，外管材質SA106GrB，尺寸為159 mm×14 mm，每組換熱面積為80.2 m2，管程介質為裂解氣，殼程介質為鍋爐給水。

入口聯箱和扁圓管內的速度分布如圖1、圖2和圖3所示。由圖可以看出，聯箱的端部流速很小，可以看作流動死區。中間5根連接管內的流速要大于兩側的連接管內的流速。扁圓管空間內，在中間6根管的外側空間靠近連接管的一側有一對對稱的漩渦，底部的流體繞管壁規則地流動。在兩側的爐管管壁外流水繞管壁有較強的旋流作用，這種周向的旋流作用會影響爐管殼程內水的流動，增大流動阻力，導致這兩根爐管內的水流量偏小。……