氢化反应器分布板结构形式探讨.pdf

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1、设备管理氢化反应器分布板结构形式探讨汪绍芬姚心（中国恩菲工程技术有限公司，北京100038）摘要：本文探讨了氢化反应器中的分布板，分别采用平板进行初次分布，随后气体上升进入分布板进行二次分布。由于[4]和锥形分布板结构的优缺点，采用流体分析软件FLUENT和应平板分布板的分布效果已经得到许多工程经验的验证，这里力分析软件ANSYS分析了两种结构形式下流体的分布和分布只分析了锥形封头式分布板的气体分布效果。板受力情况，并根据实际使用情况总结不同结构形式分布板的由图2可以看出，气体在进入环管后，由环管下部进入炉优缺点。体，一次

2、分布的效果欠均匀，但在穿过锥形分布板后，计算得到关键词：反应器;分布板;温差应力;氢化分布板上不同分布圆下的喷嘴出口（r1-r16）平均速度的范围为氢化反应器是多晶硅生产中氢化工序的核心设备，按介质2.041-2.145m/s,仅有5%的速度差别，分布效果良好。在设备内的流动状态可分为流化床反应器和固定床反应器。2分布板应力强度和位移分析氢化反应器的内件设计，特别是分布板的结构设计对炉内介质用应力分析软件ANSYS12对平板和锥形分布板在操作条[1]的流化状态和氢化转化率有着重要影响。件下的应力强度和位移进行了计算，如图3

3、所示。固定床反应器的操作模式是间歇性操作，即定期从上部进料口进一定量的硅粉，与从分布器风帽进入的气体进行反应，硅粉的重量全部由分布板承受；流化床反应器的操作模式是连续式操作，即硅粉均匀地从侧面的进料口进入，边进入边反应[2]。一方面，从对炉内硅粉介质流化态的控制来说，要求分布板对下部进入的气体混合物进行再分布，能够满足炉内气流均布的要求；另一方面，从受力角度看，分布板承受硅粉重力载荷，且固定床反应器分布板承受重量载荷更大，其在其操作温度o（500-575C）下的应力强度和位移应该在设计中予以考虑。目前，国内冷氢化反应器分布

4、板的结构形式主要有平板式、[3]球冠形封头式和锥形封头式。板式分布器是目前行业的通用的结构，应用较为广泛。锥形封头和球冠封头式的运用较少。由于球冠封头式的制造和检修较为困难，从实用性考虑，我们选择了平板式和锥形封头式分布板进行了研究分析（图1）。图3平板和锥形分布板应力分析结果从应力分布来看，在反应器操作工况下，平板和锥形分布器的整体应力都较小，都小于50MPa；从变形情况来看，平板中央部分的变形相对较大，而锥形分布板的整体变形控制较好。原因是锥形分布板的温差变形可由锥形结构吸收，分布板与筒体直接焊接不会在筒壁处产生很大的

5、温差应力，图1平板式分布板和锥形分布板结构简图3分布板与反应器筒体的连接形式平板式分布板与反应器筒体的连接形式比较如下：3.1分布板与筒体焊接，优点是由于周边固支，约束力大，o中心最大位移较小，分布板变形较小；缺点是分布板在550C左右的操作温度下，在与分布板焊接的筒体处形成附加的温差应力，一方面影响焊缝强度，另一方面影响作为主要承压元件的筒体的安全使用。3.2分布板采用螺栓连接或者焊接在支撑圈上，支撑圈与筒体焊接。这样设计的优点是螺栓连接拆装方便，可设计成分块式分布板，更换方便；但由于支撑圈和分布板是非加工件，难以密封，

6、下部气体通过支撑圈与分布板的缝隙夹带硅粉冲向筒图2锥形分布板内气体分布和喷嘴气速壁，造成筒壁的磨蚀，若没有及时发现，就会发生严重的安全事1气体再分布流场分析故；若分布板焊在支撑圈上，考虑焊接位置和拆装可能，焊缝高利用Fluent12软件对下部气体进入分布板后再分布情况度较小，正常操作时由于温差应力，可能会造成焊缝被剪断，同进行模拟。工艺混合气体进入反应器后，在下部的进气环管内(下转第129页)1262015年3月设备管理3.1合理利用制冷量3.4减少节流效应控制辅助制冷系统，改变丙烷制冷单元浅冷蒸发器出口压增大低温分离器2

7、-V1底部节流阀焦耳-汤姆逊阀开度，减力设置（降低压力），靠压差制冷，保持在-11℃左右；同时适当小阀后温降，进而提高脱甲烷塔顶回流温度，减小在塔盘上析减小深冷蒸发器液位，保持在-26℃左右，不同层级的制冷提供出CO2的机会。2最终使原料气离开冷箱的温度达到-30℃左右；△TH=C△P(273/T1)3.2维系工艺压力式中：△TH--温度降/K；C--气体的特性常数；△P--节流鉴于脱甲烷塔在二氧化碳含量高时，压力高容易出现冻堵，阀前后压差/Pa；T1--节流前绝对温度/K。脱甲烷塔顶压力维系在1.25MPa之左右较好控制

8、。同时甲烷塔节流膨胀所获得的温度降与压力降成正比，与节流前温度顶压力太高会影响固体二氧化碳的溶解度，容易形成冻堵，也提T1成反比，因此采取减小压力降和提高节流前温度的方法来减高了膨胀机的出口温度，不利于脱甲烷塔顶温度的调控。小温度降。在采用辅助制冷量控制，提高节流前绝对温度T1的3.3减小膨胀比同时，开