超大型天然气制合成气蒸汽转化炉工程技术研究

【摘要】：以天然气为原料通过蒸汽转化生产合成气(CO+H2),用于氨、甲醇等等大宗化工产品或液体燃料的生产,是重要的天然气转化利用技术,是当前天然气制合成气装置中应用最为普遍和成熟的技术。装置大型化已成为近年来石油化工领域的发展趋势,合成氨、甲醇以及制氢装置的生产能力都扩大了数倍,因此必须对这些装置的核心设备—蒸汽转化炉的大型化进行详尽的工程研究。 本文采用计算机辅助设计技术并结合转化炉的设计和操作经验,对超大型蒸汽转化炉的工程问题进行了研究和探讨。首先为了保证转化炉结构的紧凑型,通过对比和分析确定了催化剂的碳空速和炉管热强度值,然后采用建立三维模型和应用CFD模拟的方法,经过分析比较模拟结果,确定了燃烧器的定位系数和工艺参数；同时对炉底烟道的开孔参数进行了调整,缩小了炉内滞留区域的体积,最终优化了蒸汽转化炉炉内温度场和烟气流场的均匀性。采用有限元计算方法和CFD模拟相结合,优化了转化炉重要部件的强度设计,同时为了确保转化炉结构的可行性,对转化炉辐射室的复杂管系进行了应力分析验证。 本文的研究成果可广泛应用于甲醇、炼厂制氢、MTO以及GTL装置,更重要的是以技术为先导,拥有中国自己的大型转化炉技术,辅助以我国制造业价格优势,可以使中国的工程企业在海外市场的合成气制备装置EPC项目具有强大的竞争力,为开拓国际工程市场奠定良好的基础。 【关键词】：天然气 蒸汽转化炉 大型化 CFD 工程研究
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TE665.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 前言9-19
• 1.1 超大型天然气制合成气蒸汽转化炉工程技术研究的意义9-11
• 1.1.1 装置大型化规模效应9-10
• 1.1.2 经济效益10-11
• 1.1.3 开发偏远地区的天然气资源11
• 1.2 超大型蒸汽转化炉的国内外研究进展11-13
• 1.2.1 转化管材料的改进11-12
• 1.2.2 催化剂性能的提高12
• 1.2.3 其它附属设备和材料的发展12-13
• 1.2.4 设计和计算手段的提高13
• 1.3 大型化后存在的主要工程问题13-15
• 1.3.1 放大后的均匀化13-14
• 1.3.2 重要部件的设计和计算14
• 1.3.3 转化管系应力分析14-15
• 1.3.4 三维设计平台的使用15
• 1.4 研究目标和工艺基础条件15-19
• 第2章 超大型蒸汽转化炉的紧凑性研究19-22
• 2.1 碳空速和热强度19-20
• 2.2 分析和取值20
• 2.3 结构设计措施20-22
• 第3章 转化炉辐射室CFD研究22-46
• 3.1 CFD研究概述22
• 3.2 辐射室的CFD模拟过程22-29
• 3.2.1 预处理23-24
• 3.2.2 物理化学模型及边界条件24-29
• 3.3 模拟过程及结果分析29-46
• 3.3.1 燃烧器位置30-32
• 3.3.2 烟道开孔配置32-36
• 3.3.3 燃烧器的功率分配36-41
• 3.3.4 燃烧器的动量比41-45
• 3.3.5 辐射室CFD模拟结论45-46
• 第4章 转化炉重要部件的强度设计46-58
• 4.1 对流段中间管板CFD模拟46-51
• 4.1.1 CFD模拟的边界条件和方法46-48
• 4.1.2 物理模型及边界条件48-49
• 4.1.3 结果分析49-51
• 4.1.4 CFD模拟结果小结51
• 4.2 对流段中间管板的强度设计51-55
• 4.2.1 载荷分析51-52
• 4.2.2 边界条件52
• 4.2.3 应力分析及其结果52-55
• 4.3 下集气异形管件的应力分析55-58
• 4.3.1 载荷分析55-56
• 4.3.2 应力分析及其结果56-57
• 4.3.3 强度评定57-58
• 第5章 辐射管系的应力分析58-65
• 5.1 辐射管系结构特点分析58-59
• 5.2 计算程序及校核准则59
• 5.3 边界条件与操作参数59-60
• 5.4 计算结果分析60-64
• 5.4.1 弹簧提重61-62
• 5.4.2 下集气管约束点数量62-63
• 5.4.3 下猪尾管的规格63-64
• 5.5 辐射管系应力分析结论64-65
• 第6章 三维设计平台的应用65-68
• 6.1 超大型转化炉三维设计流程65-66
• 6.2 采用三维设计平台的优点66-68
• 第7章 结论68-69
• 参考文献69-71
• 致谢71

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

天然气制甲醇合成气工艺及进展    刘一静;刘瑾;

一段转化炉辐射段炉管应力分析及降低热应力的措施    张宝成

国外天然气制氢技术研究    叶京,张占群

制氢转化炉钢结构计算与壁板分析    厉亚宁

天然气转化利用技术的研究进展    沈师孔;

天然气联合转化制合成气的述评    陈赓良

计算流体力学在裂解炉设计上的应用    申海女,何细藕

高温烟气中水滴非等温蒸发的数值模拟研究    金光;宋兴旺;王华;

复合墙体室内温度响应研究    许建柳;

节能多孔砖墙体热工性能的数值计算及应用分析    王晓璐;黄大宇;

双层皮玻璃幕墙风口的确定    周传辉;吴银光;陈华良;

含湿多孔介质应用于建筑墙体的制冷性能分析    陈威;张爱国;刘倩;戴青;

地铁岛式站台火灾环境监测与控制    鲁嘉华;张志英;

天然河道数值模拟中网格生成中插值方法的研究及应用    马淼;田懋;景何仿;李春光;

CFD在温室室内环境研究中的应用    金玲;刘妍华;

数值模拟在建筑一体化太阳房设计中的应用    纪献兵;林文贤;刘滔;

单弯头安装条件对内锥流量计性能影响的仿真研究    李彦梅;徐英;张涛;李强;

汽车空调风道设计及验收方法    王利希;周健;Jimmy Tsang;潘乐燕;

空气-空气能量回收装置阻力性能的数值模拟研究    栾卫涛;李永安;

直埋供热管道固定墩热桥能耗分析及节能措施    蔡明庆;刘学来;李永安;

地源热泵岩土热响应测试影响因素分析    王沣浩;颜亮;冯琛琛;王新轲;

长圆柱形果蔬冷激处理过程传热特性分析    陈爱强;杨昭;尹海蛟;张娜;

球突翅片的传热与流动特性及等效热阻数值分析    崔帅;吴学红;苟秋平;吕彦力;朱兴旺;

半球突开缝翅片的优化设计及性能评价    苟秋平;吴学红;吕彦力;朱兴旺;

环境温湿度对冷藏陈列柜食品影响的三维数值模拟    孟志强;吴学红;张文慧;吕彦力;

小管径三角翼翅片管换热的传热与流动的数值模拟    罗志明;吴学红;苟秋平;崔帅;吕彦力;

立式封闭式陈列柜送回风方式优化研究    张敏;罗毅;晏刚;

载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究    李佳

有壁面质量注入通道流体动力学典型问题分析    王革

船用燃气轮机排气引射装置性能研究    王忠义

1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究    付强

熔融盐高温斜温层混合蓄热的热过程特性    左远志

电站锅炉煤粉空气富氧直接点火技术的理论及应用研究    杨建国

气动—柴油混合动力发动机工作过程研究    胡军强

基于力平衡条件下等离子弧焊小孔形状分析    霍玉双

激励喷嘴作用下纱线—气流场特性研究    金玉珍

数控机床高速液压动力卡盘的研究    周城

扁管管壳式换热器数值模拟研究    罗富强

流量周期性变化流场数值分析    刘广山

强内热源多孔介质条通道流动换热实验技术研究    丁铜伟

孔群喷注噪声理论与实验研究    杨文强

横向来流对等离子点火器点火区域的影响    吴曙亮

中小型LNG船C型独立液货舱支座设计研究    杨青松

基于有限体积法的液滴撞击固体平壁数值模拟    王宗鹏

水下拖曳体外形设计及其水动力学性能分析    刘显龙

辨识室内颗粒污染源的CFD反问题建模    李洪珠

旋风除尘器内部流场实验和数值模拟研究    王黎黎

甲烷部分氧化制合成气的La_2O_3助Ni/MgAl_2O_4催化剂    张兆斌,余长春,沈师孔

Ni/Al_2O_3催化剂上CH_4部分氧化制合成气反应积碳的原因    李春义,余长春,沈师孔

CeO_2和Co_3O_4助剂对镍基催化剂上CH_4积碳和CO_2消碳性能的影响    杨咏来,李文钊,徐恒泳

合成气一步法制二甲醚工艺及催化剂研究进展    王和平

托普索天然气大型甲醇厂工艺技术的选择    钟贻烈,李琼玖

纯氧换热转化合成甲醇新工艺    曾纪龙

超临界流体技术的应用基础研究    魏伟,孙予罕,钟炳

不同压力下Ni/Al_2O_3催化剂上CH_4部分氧化制合成气反应比较(英文)    李春义,余长春,沈师孔

Mn改性Ni/K/MoS_2合成低碳醇催化剂反应性能研究    齐会杰,李德宝,马玉刚,李文怀,孙予罕,钟炳

天然气制液态烃新工艺    沈师孔,余长春,代小平,李强,潘智勇,江启滢,张兆斌,徐继鹏

设计制氢蒸汽转化炉应考虑的因素    B．M．Tindall,D．L．King,李新赋

烃类蒸汽转化炉炉管的技术现状及其选用    张红中

气态烃蒸汽转化炉炉管的维护管理    胥清平;

Z204在间歇蒸汽转化炉的使用总结    徐国庆;罗桂清;何冬梅;

甲醇蒸汽转化炉炉管损伤分析及修复    陈峰,郭永平,李凤先,徐国良

双排管侧壁烧咀型蒸汽转化炉管组结构改造    黄家昌;蒋英杰;

吴泾化工厂年产8万吨甲醇蒸汽转化炉一次化工试车成功    

圆筒型蒸汽转化炉的设计与生产实践    李琼玖;

制氢炉的结构及现场检测    张玉良;

蒸汽转化炉的检查和维修    张玉良;

CO_2零排放的33万t/a天然气两段转化转化制甲醇的创新实践    刘尚武;甄耀东;

运行10年的Cr9Mo炉管材质评价及剩余寿命预测    赖仁满;陈颖锋;惠虎;

一种强化传热新技术在乙烯裂解炉管中的应用    翟俊霞;涂善东;宋颖坚;

锅炉炉管爆破原因分析    李振华;

转化炉炉管检查方法的探讨    王勇;

涂层技术在抑制裂解炉管结焦中的研究进展    王申祥;王红霞;

改质炉高温炉管运行损伤及剩余寿命分析    徐宏;夏翔鸣;王印培;王志文;

194吨燃烧工段碱炉炉管射线透照方法试验与应用    李远超;潘荣宝;

裂解炉出口温度偏差问题的分析及对策    潘棋智;邓凡;

蒸汽裂解炉管新型预处理剂的研究    朱相春;孙景辉;赵淑艳;员建华;王宏悦;王文彬;

宝钢集团上海钢管以品种优势占领市场    张跃进

为有源头活水来    侯冰冰

停产让气提前检修设备    通讯员 廖建

熊熊炉火炼人生    龙泰良 张亚培 徐红

工程质量从源头抓起    庄杭丰 黄凯伟 通讯员 曾源

管理的基调是节能    李增杰 万璐

红外热成像应用技术专栏（续）    

永不褪色的旗帜    钱大新 刘荣艳

锦石化革新制氢装置节约数百万    刘福印 冯学军

书写焊花灿烂的人生    龙泰良 谭宏锋 易春明

基于混沌与分形理论的炉管泄漏检测与诊断系统的研究    王强

延迟焦化装置先进控制方法研究与应用    张伟勇

超大型天然气制合成气蒸汽转化炉工程技术研究    高步新

12Cr1MoV炉管组织高温损伤与恢复热处理研究    李健

秸秆裂解炉开发与炉管内的温度场模拟    冯小芹

乙烯裂解炉管性能及失效分析研究    孙国豪

论制氢转化炉炉管使用维护与延寿措施    陈岩

乙烯裂解炉内传热与反应过程的数值模拟研究    倪志宇

乙烯裂解炉管中时变应力场及损伤过程的计算机模拟    尹友

燕化气体裂解炉辐射段炉管烧焦过程模拟    金宗贤

大型合成氨装置一段转化炉（101B）炉管的剩余寿命预测研究    付仕勇

长期使用后Cr-Mo钢炉管组织性能与剩余寿命研究    王领