探究减压转油线气液两相流动特性模拟及结构优化研究

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1、天津大学博士学位论文减压转油线气液两相流动特性模拟及结构优化研究姓名：秦娅申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：李鑫钢20090201中文摘要减压转油线作为原油蒸馏中减压单元的重要组成部分，对于减压装置的稳定操作、减压深拔、改善油品质量和节能意义重大。本文在采集大量工业数据的基础上，针对转油线内伴随相变的气液两相流动过程，建立了相应的数学模型，对各种参数在转油线内的分布规律进行了深入系统的研究。基于多级闪蒸模型和压降模型建立了转油线的一维两相流模型。模型求解可以得到转油线内压力、温度、流速和汽化率沿转油线轴向的变化情况，结果表

2、明，各参数的变化主要发生在过渡段和合流段，低速段变化不大。对七套工业转油线的计算结果表明，A型直插式转油线合流处压力陡降，压降最大；B型渐扩式转油线合流处压力缓慢下降，压降最小；C型二次扩径式结构压力出现两处陡降，压降较小。利用计算流体力学(CFD)方法建立了变质量可压缩三维拟单相流数学模型，用于描述可压缩气体各物理量在转油线内分布情况。模拟结果表明，合流段克服流动阻力损失的能量最多，其次是过渡段。过渡段弯管会产生二次流动现象，合流处有旋涡区存在，这些局部损失是过渡段与合流段压降较大的主要原因。对七套工业减压转油线的流场变化规律综

3、合分析表明：过渡段中弯头、高差、管径以及合流段的连接方式对转油线的压降影响很大；在合流段采用裤形三通连接以及二次扩径均有利于减小转油线的压降。利用多级闪蒸模型和VOF两相流模型建立了多级闪蒸与两相流耦合三维数学模型，分段考察了转油线内气液两相流动过程中的压降和流型。研究发现，过渡段最后管段及合流段第一段管段压降最大；液相在转油线内以大液滴的形式存在，呈现出环状流与雾状流之间的一种过渡流型，而且，不同的转油线结构合流处液体分布情况不同。另外，对所建立的三种模型进行了综合对比分析。在以上研究的基础上，为减小转油线压降、以提高常压渣油拔

4、出率或降低减压炉出口温度，利用单相流模型对转油线的过渡段、合流段和低速段直径分别进行了优化，并提出了改进结构。利用已建立的多级闪蒸与两相流动耦合模型对改进结构进行了准确计算，结果表明改进结构比原结构压降减小36．8％。利用一维两相流模型考察了改进结构对减压蒸馏单元的影响，研究发现可提高减压塔进料段汽化率或降低减压炉出口温度并实现节能。关键词：减压转油线；常减压蒸馏；两相流；多级闪蒸；模拟；计算流体力学ABSTRACTThetransfer1inereferstoapipelineconnectionbetweenthefurnac

5、eandthevacuumcolumninthecrudeoildiatillationunit．Awell-designedtransferlinecanincreasetheevaporationrateofthefeedinthevacuumdistillationtower,improveoilproductqualityandsaveenergyforvacuumdistillationunit．Differentmathematicalmodelshavebeenestablishedinthispapertoimpr

6、ovefundamentalunderstandingofgas—liquidtwo-phaseflashingflowinthetransferline．MoreoveBthedistributionregularitiesofpressure，temperatureandotherparametersinthetransferlineswithvariousstructureshavebeeninvestigatedwiththemodelsonthebasisofalargeamountoffileddata．Firstly

7、,theone—dimensional，two—phaseflowmodelisdevelopedonthebasisofpressuredropmodelandthemulti-stageflashmodel．Theaxialpressure，temperature，velocityandevaporationratearepredictedbythemodelanditisfoundthatvariationsofparametersprincipallyoccurinthetransitionsectionandthejun

8、ctionsite．TheanalysisofthesevenindustrialtransferlinesshowthatthepressuredropsofTypeAarebiggerthanothersbecausethetransition