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CFD流体仿真技术在石油石化领域的应用及实践(下篇)

7月前浏览2491

本文摘要:(由ai生成)

本文详细分析了炼化工艺中化工行业的仿真需求,涉及搅拌釜、气固流化床、固定床加氢反应器、气液鼓泡塔等关键工艺。文章深入探讨了各工艺的工程挑战,如搅拌功率、气固流动、反应器设计和优化等。同时,也讨论了换热器腐蚀、精馏塔验证及工业废水处理等问题。文章强调仿真技术在产品设计、成本控制、效率提升和环保合规方面的重要性。最后,介绍了深圳市优飞迪科技有限公司,这家专注于数字孪生和工业软件技术的高新技术企业,为企业提供全面的解决方案和服务。

炼化工艺

化工行业的仿真需求

搅拌釜  

作用:机械搅拌用于加快均相体系的混合、保持非均相体系的均匀分散或强化传热
影响搅拌釜搅拌功率的几何因素包括:    
搅拌器直径
桨叶的叶形(形状、长度、宽度、数量)
物料的装液高度
搅拌桨叶在釜内的安装高度
挡板数量及宽度等

搅拌釜自定义工作流:

气固流化床  

• 广泛的应用
- 催化裂化(FCC)
- 化学链燃烧
- 生物质热解
- 干燥、焚烧、造粒、反应、包衣
• 过程工业的集成部分
• 工程挑战
- 提高产量
- 提高产率
- 减少停机时间和运维成本
- 减小排放
- 改造
- 设计和放大

气固流动的多尺度概念:

无法解析微尺度和介尺度结构:  

大型流化床反应器:  

采用Filtered和EMMS模型, 求解计算时间由几周变为一天或者几小时

大尺度甲醇制烯烃(MTO)反应器:  

时均固含率:  

结果:    

将平均固含率与实验结果对比

带反应的气固流化床:  

其它方法:  

固定床  

固定床孔隙率获得:  

固定床加氢反应器冷氢箱    

问题:    
固定床内物流不均匀
局部温度过高
解决方案:  
固定床分段,中间引入冷氢箱
对高温物流急速降温
降低能耗
提高产品质量
CFD软件对冷氢箱内的流动与传热进行
模拟,观察其冷氢管位置、导流叶片等
几何结构对其混合与传热性能的影响。

气液鼓泡塔  

喷淋设备喷嘴的设计  

吸收塔设计优化的核心在于通过CFD流场模拟,确定吸收塔内喷淋层和喷嘴的布置、喷嘴、除雾器、烟气入口和烟气出口的位置

如何模拟喷雾气液两相流?

模型转换:    

高保真的方法模拟喷雾(R19):  

VOF-to-DPM实施(R19):  

2021R1引入:  

雾化分离设备:  

• 将包含液滴流体中的液滴除去
• 采用纯EWF/DPM方法不能准确的模拟这一过程,因为液膜的累积会打破薄液膜模型的假设
• 解决方案:
‐ DPM液滴撞击壁面形成液膜,液膜模拟采用EWF
‐ EWF 分离再次形成DPM液滴
‐ 液滴落在地面上,再次形成一层薄膜
‐ 薄膜的模拟由EWF 转化为VOF
• 该教程可以在ALH找到

换热器  

腐蚀以及电化学反应  

点状腐蚀:    
在材料上产生空洞或“孔洞”的局部腐蚀形式;
腐蚀产物往往覆盖凹坑,难以检测;
冲蚀腐蚀:  
流体的颗粒相对运动造成的冲蚀加速腐蚀速率;
均匀&一般腐蚀:  
最常见的腐蚀形式;
腐蚀侵蚀均匀分布在整个表面区域;
容易测量和发现;
接触腐蚀:  
它发生在不同的金属接触时;
一种金属变成阳极,它的腐蚀速度比单独的金属快,而另一种金属变成阴极,它的腐蚀速度比单独的金属慢。
通过电化学反应的形式模拟腐蚀:  

精馏塔  

闪蒸  

验证算例:两种液体混合物,对应不同的蒸气压力

相关辅助设备  

质量与安全  

工业废水处理

静电除尘设备  

避免改造造成的停车损失  

安全壳故障:海上起火  

烟羽的扩散  

安全及风险评估-波浪拍击  

风载和波浪载荷  

小结  

油气行业遇到的挑战    

环境恶劣
高温高压
复杂多相
传质反应
难以测量以及可视化
很大程度上依托于经验

仿真带来的价值  

洞悉产品设计内因:
通过CFD仿真,设计人员能“看”到设备内部任何位置的压力、速度、温度、浓度等变量分布,深刻理解产品的设计如何能更好地满足设计目标。
节省费用、时间、能耗:
- CFD模拟能替代部分实验,节省经费和时间
- 模拟能减少产品设计失败的概率,节省经费和时间
- 模拟能提高产品性能和效率,赢得市场,节省时间和能耗,满足设计规范以及环保法规等要求。



深圳市优飞迪科技有限公司成立于2010年,是一家专注于产品开发平台解决方案与物联网技术开发的国家级高新技术企业、专精特新中小企业。

十多年来,优飞迪科技在数字孪生、工业软件尤其仿真技术、物联网技术开发等领域积累了丰富的经验,并在这些领域拥有数十项独立自主的知识产权。同时,优飞迪科技也与国际和国内的主要头部工业软件厂商建立了战略合作关系,能够为客户提供完整的产品开发平台解决方案。

优飞迪科技技术团队实力雄厚,主要成员均来自于国内外顶尖学府、并在相关领域有丰富的工作经验,能为客户提供“全心U+端到端服务”。

来源:IFD优飞迪
燃烧化学油气材料多尺度数字孪生物流
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首次发布时间:2024-04-23
最近编辑:7月前
优飞迪科技
赋能新仿真,创优新设计
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