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SZorb反应器分配盘抗磨设计研究.pdf
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1、.422023年第2 6 卷论文广场石油和化工设备SZorb反应器分配盘抗磨设计研究贾同威(中国石化扬子石油化工有限公司江苏省南京市2 10 0 0 0)摘要】本文提出一种提高分配盘抗磨蚀性能的优化设计方案,即在泡罩下方加装凹型托盘。构建了SZorb脱硫反应器分配盘模型,采用CFD-DEM耦合方法进行气固两相流磨蚀数值预测,通过F1uent软件对流体进行求解,通过EDEM软件对颗粒进行求解。采用最高磨蚀速率及高磨蚀区域占比两个特征参数来表征优化方案,根据在不同设计参数下的特征参数对比分析,发现凹型托盘角度为4时改善分配盘抗磨蚀性能效果最明显,最终确定为分配盘加装4托盘的设计方案。关键词】SZo
2、rb;分配盘;气固磨蚀;磨蚀表征;CFD-DEM1SZorb分配盘抗磨设计1.1分配盘结构及参数反应器分配盘由分配盘基材、堆焊层、提升管及泡罩构成。泡罩之间呈正方形有规律的分布在分配盘基材上,泡罩总数为7 5,两相邻泡罩中心距为152 mm,泡罩内径为92 mm,提升管内径为48 mm,泡罩上表面到堆焊层表面的距离为133mm,泡罩最低点到堆焊层表面距离为13mm;提升管最高点到泡罩内顶面距离为6 0 mm。泡罩底部出口呈齿状分布,高温高压气体通过提升管进入泡罩,在泡罩作用下改变其流动状况,使含硫混合气体可以更充分与吸附剂接触,进而达到吸附脱硫目的【1-5】。由于泡罩之间呈规则正方形分布,在研
3、究中可以选择四个相邻的1/4泡罩作为一个分析单元,其在考虑了泡罩间流场相互影响的前提下,大大简化了分析计算过程,并可以代表分配盘整体磨蚀状况。(a)(b)图1泡罩分配器局部示意图及泡罩分配器实际磨蚀失效形貌图1.2分配盘结构优化设计由于SZorb反应器泡罩结构特殊,必然会导致分配盘发生磨蚀,且从实际案例中可以发现,分配盘冲击区域主要在泡罩外部呈圆周锯齿状分布,因此在本文中提出的分配盘改进方案为,保持泡罩自身结构的基础上,将泡罩分配器整体提升一定距离,并在泡罩正下方增加一个最厚处与泡罩提升距离相同的凹型托盘,并在托盘上方喷涂抗冲蚀涂层以保护装置中的易冲蚀区域,凹型托盘最薄处厚度为3mm,其结构呈
4、内低外高且有特定弧度,可以在一定程度改善流场分布,使吸附剂颗粒与含硫原料混合更均匀并降低磨损。在托盘表面喷涂的抗磨蚀材料为碳化钨WC88-Co12,使用超音速火箭喷涂技术喷涂,碳化钨材料工作温度范围较宽,可以承受超40 0 高温工况,其表面强度范围950-130 0 HV,且结合强度大于7 0 MPa,使用此次材料可以降低冲击系数,有效提高零件的耐磨性能。托盘结构如图2 所示。07030140图2 托盘结构示意图作者简介:贾同威,男,汉族,硕士研究生,工程师,(198 9-),河北省河间市人,目前在中国石化扬子石油化工有限公司从事设备管理工作。-43-第9期贾同威SZorb反应器分配盘抗磨设计
5、研究2变参数工况下磨损数值模拟及分析2.1标准载荷下不同设计参数分析图3为标准载荷下分配盘磨蚀速率图。在标准载荷下0 倾角(未安装设计托盘)对堆焊层最高磨蚀速率为3.8 6 10 kg/(ms),标准载荷下托盘2 倾角时对堆焊层的最高磨蚀速率为3.8 10kg/(ms)当标准载荷下托盘4倾角时对堆焊层最高磨蚀速率为3.7 110 kg/(ms),当标准载荷下托盘6 时对堆焊层最高磨蚀速率为2.910 kg/(ms)。由此可以看出,在标准载荷下,增加角度为2、4、6 的托盘相对于未增加托盘式时对降低流体最高磨蚀速率有轻微作用。由此可见,在标准载荷下,增加有一定角度的托盘可以适当降低流体对堆焊层的
6、最高磨蚀速率。在标准载荷下,各个泡罩之间的菱形区域没有明显磨蚀现象。磨烛速车kg/m2s)3.8550-083.2120-082.5700-081.0276-081.2850-086.4246990.000e+000(3.86e-8)2(3.8e-8)4(3.71e-8)6(2.9e-8)图3标准载荷下磨蚀速率图在对不同优化方案研究时,并不能只根据最高磨蚀速率一个参数来确定方案。所以在本研究中又采用高磨蚀区域占比这一参数。通过将模拟与现场实际图对比,得出堆焊层临街磨蚀速率约为5.5e-9kg/(ms)得出不同托盘角度下高磨蚀区域占比图,如图4所示,在标准载荷下,增加托盘角度会减小堆焊层的高磨蚀
7、区域占比,在增加托盘情况下和原有结构相比,有托盘结构下的高磨蚀区域占比明显比无托盘结构下高磨蚀区域占比小,而在有托盘结构下各个角度的高冲蚀区域占比相差不多。0(7.1%)2(3.5%)4(3.8%)6(1.8%)图4为标准载荷下分配盘高冲蚀区域占比图5为标准载荷下最高磨蚀速率与高冲蚀区域数据处理图。可以看出在标准载荷下,增加托盘结构对降低最高磨蚀速率及减小高冲蚀区域占比都有一定作用,这也直接验证了本研究中所提出的优化改进思路是正确的。2.2极端载荷下不同设计参数模拟分析图6 为极端载荷下分配盘磨蚀速率图。在极端载荷下0 倾角(未安装设计托盘)对堆焊层最高磨蚀速率为6.310 kg/(ms),极
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