加氢空冷器注水管道孔板流场及压降特性分析

第61卷第1期
2021年1月
大连理工大学学报
J o u r n a l o fD a l i a nU n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y
V o l .61,N o .1J a n .2021
文章编号:1000-8608(2021)01-0030-09
加氢空冷器注水管道孔板流场及压降特性分析
金浩哲, 高帅棋, 顾 镛, 刘骁飞*, 王 超
(浙江理工大学流动腐蚀研究所,浙江杭州 310018)
摘要:加氢反应流出物空冷器(r e a c t o r e f f l u e n t a i r c o o l e r ,简称R E A C )作为石化装置重要冷换设备铵盐腐蚀风险较大,工程上通常采用空冷器前注水消除N H 4C l 等铵盐沉积堵管问题,
因此,注水效果好坏直接影响石化装置的安全稳定运行.以某石化企业R E A C 前注水孔板为研究对象,通过分析不同孔数㊁等效直径比㊁相对厚度等因素对孔板压损系数的影响机理,评估孔板结构对多元流体均流平衡效果优劣.研究结果表明:在相同的孔数和等效直径比下,压损系数随孔板相对厚度的增加先快速减小随后趋于稳定,其临界孔板相对厚度为0.822.在相同等效直径比和相对厚度下,薄孔板的压损系数随孔数增加先减小后增大,压损系数与管道出口流量呈负相关关系.综合考量下孔板相对厚度为1.474时,单孔孔板结构均流平衡效果最好.
关键词:加氢空冷器;注水孔板;节流均衡;压降特性;数值模拟中图分类号:T Q 026.5
文献标识码:A
d o i :10.7511/d l l g
x b 202101005收稿日期:2020-05-28; 修回日期:2020-11-25.
基金项目:国家重点研发计划资助项目(2017Y F F 0210403);N S F C -浙江两化融合联合基金资助项目(U 1909216).
作者简介:金浩哲(1982-),男,博士,副教授,E -m a i l :h a o z h e 2007@163.c o m ;刘骁飞*(1988-),男,博士,讲师,E -m a i l :l i u x f @z s t u .
e d u .c n .
0 引 言
加氢反应流出物空冷器(R E A C )
作为石油化工的重要设备之一,长期运行于高温㊁高压㊁临氢
工况,存在着极高的运行风险[1]
.
经过加氢反应后,原料油中N ㊁C l ㊁S 等易转化为腐蚀性组分
N H 3㊁H C l ㊁H 2S ,在冷换设备的流动㊁传热㊁相变过程中,形成N H 4C l 或N H 4H S 等铵盐颗粒,
沉积并迅速堵塞管束[2-3].
近年来,随着我国原油进入开采末期,原油劣质化的趋势逐渐加剧,在炼油过程中换热器㊁空冷器的管束因铵盐结晶堵塞造成的流动腐蚀失效事故屡见不鲜,引发多起非计
划停工事故[4-5]
.研究发现增设脱氯或脱硫工艺能降低N H 4C l 和NH 4H S 结晶温度,减少结晶量,缓解管束堵塞[6
].美国石油学会(A P I
)建议在加氢空冷器前设置工艺注水点来溶解洗涤铵盐,从
而避免铵盐结晶堵塞问题[7]
.
美国腐蚀工程师协会(N A C E )
建议在空冷器前注入足够的水,确保入口有至少25%的液态水[8]
.
目前加氢空冷器的注水方式多采用多点注水,但因注水后各支管的
阻力降很难完全平衡,造成各支管的流量产生一定误差,引发空冷器并联状态下的油气水多相流分布不均衡.
近年来,孔板常被用于代替流量计,用于平衡
各注水支管的流量.与传统单孔孔板相比,多孔孔板的应用能有效减小压力损失,避免孔板后涡流的形成,减轻湍流引发的摩擦和振动,提升抗干扰
能力[9-10]
.S h a n 等[1
1]通过平面粒子图像测速系统得到不同开孔直径比β0(β
0为孔径与管径之比,β
0=d /D )下孔板附近的大面积速度场,并对孔板后流域进行分区定义,研究发现压损系数随β0的
增大而减小.Z h a o 等[1
2]以薄孔板(厚度2m m )为实验研究对象,发现在相同开孔直径比β0和孔板厚度下,压损系数随孔板相对厚度的增加而单调
减小.S h a a b a n [1
3]
研究了孔口倒角对压损的影响,指出当孔板上端面孔口倒角为50ʎ
㊁下端面孔口倒角为7ʎ
时,孔板压损最小.耿艳峰等[14]根据仿真结果开发了一种槽式孔板,并通过实验数据得到槽式孔板压降倍率的相关式,推荐使用小孔径
比的槽式孔板.Z h a o 等[1
2,15-16
]也通过研究得到孔
的分布对压损系数有影响.目前针对孔板压损系数的研究主要集中在孔板结构本身,没有与孔板的应用背景相联系,缺乏对实际具体应用的指导性.
因此,本文在分析加氢R E A C工艺过程的基础上,结合空冷器管束内N H4C l结晶及冲洗机理,建立相应的注水评价标准.在此基础上,结合流体仿真技术,研究空冷器注水管道中不同孔板结构对压损系数的影响规律,并确定适用于加氢R E A C注水管道的孔板结构.研究成果有望为加氢R E A C的注水系统设计㊁注水效果优化等提供有效理论指导.
1空冷器工艺关联分析及铵盐结晶冲洗机理
1.1工艺关联分析
本文以某石化企业的加氢R E A C为研究对象,其工艺流程图如图1所示.自E-7101B来的加氢反应流出物分别经换热器E-7102A㊁E-7102B 与混氢原料油㊁低分油换热后,进入加氢反应流出物空冷器A-7101冷却后再进入高压分离器D-7103进行油㊁气㊁水三相分离.高压分离器D-7103分离出的气体进入循环氢脱硫系统,脱硫后的循环氢升压后与压缩后的新氢混合再返回反应系统;高压分离器D-7103分离出的油相进入到低压分离器D-7104再次分离;低压分离器D-7104顶部分离出低分气,低压分离器D-7104和高压分离器D-7103底部分离出的含硫污水经混合后,送至装置外进行含硫污水处理.由于原料油中C l㊁S㊁N 等介质在加氢反应过程中会生成H C l㊁H2S㊁N H3等易结晶组分,在空冷器管束冷却降温过程中形成N H4C l和NH4H S等铵盐颗粒结晶析出,因此腐蚀风险极高,故企业通常在加氢反应流出物空冷器A-7101前设置注水点注入除盐水以洗涤铵盐,防止空冷器内铵盐颗粒沉积堵塞
.
图1加氢R E A C工艺流程图
F i g.1 P r o c e s s f l o wd i a g r a mo f h y d r o g e n a t i o n r e a c t o r e f f l u e n t a i r c o o l e r
1.2铵盐结晶机理
在加氢反应过程中,原料油中含的N㊁C l有
机化合物与H2反应,生成N H3㊁H C l.反应流出
物进入空冷器后,随着温度的降低,气相中的
N H3与H C l发生可逆反应,如式(1)所示.当
N H4C l结晶达到平衡时,温度与N H3㊁H C l的分
压关系如式(2)所示.其中K=p H C lˑp N H3,为结
晶达到平衡时的平衡常数[3].
N H3(g)+H C l(g) N H4C l(s)(1)
0=-176+0.2870T-0.008314Tˑ
l n(0.75ˑ10-4ˑp H C lˑp N H3)(2)
当分压的乘积超过相应的结晶反应平衡常数
K,反应物流会生成N H4C l铵盐颗粒,沉积堵塞
空冷器管束;管束堵塞后管内流体的温度会不断
降低,使N H3与H C l分压的乘积进一步偏离结
晶反应平衡常数K,导致N H4C l进一步结晶沉积
堵塞.而N H4C l铵盐极易溶于水,因此在反应产
物进入空冷器前注入除盐水,可有效避免铵盐的
沉积堵塞,注水洗盐机理如图2所示.
1.3注水效果评价
空冷器前注入的除盐水在流经弯管㊁三通或
者孔板等位置时,由于涡流区的形成以及流体流
13第1期金浩哲等:加氢空冷器注水管道孔板流场及压降特性分析
图2注水洗盐机理图
F i g.2 W a t e r i n j e c t i o n f l u s h i n g m e c h a n i s md i a g r a m 速方向㊁大小的急剧变化,会产生局部能量损失,引起管道系统产生压降.同时,对于空冷器注水管道,支管压力分布不均㊁涡流量等都会造成管道流体发生偏流,导致注水量失衡,影响洗盐效果.为保证多管道系统并联环境下的流体平衡分布及压损控制,本文采用压损系数ξ与偏流指数S来综合评估注水效果.
压损系数为
ξ=Δp
ρu2/2(3)式中:Δp为孔板上下游管壁处静压差,P a;ρ为水的密度,k g㊃m-3;u为管道来流速度,m㊃s-1.根据国家标准G B/T2624.2 2006[17],孔板上游压力大约在孔板上游1D(D代表注水管道出口管直径)处测得,而孔板下游压力大约在下游6D处测得.
偏流指数为
S=1NðN i=1q i-q0N(4)式中:q i为各支管出口质量流量,k g㊃s-1;q0为注水管进口质量流量,k g㊃s-1;N为支管数. 2空冷器注水管道布管及孔板模型构建
2.1空冷器注水管道布管
图3所示为某石化企业加氢R E A C前注水管道㊁孔板现场及内部结构图.该套注水系统注水总量为17t/h,由分流管汇和并联的a㊁b㊁c㊁d4路支管组成,入口端管道规格为D N100m m,出口端管道规格为D N50m m.为保证管内流动充分发展,孔板上下游管段的长度设为10D.
2.2孔板模型构建
为研究孔板结构对注水管道各分支流量分配均衡度的影响,本文选用5种不同孔数n和5种
图3注水管线及孔板结构图
F i g.3 W a t e r i n j e c t i o n p i p e l i n e a n d s t r u c t u r e d r a w i n g
o f o r i f i c e p l a t e
不同相对厚度R(R为孔板厚度与孔径之比,R=δ/d)的孔板结构.孔板设计原则[10]如下:β=0.6 (本文采用等效直径比β=d n D),孔以正三角形排列,呈中心对称分布,孔板结构具体参数如表1所示,模型构建参考文献[18-19].
表1孔板结构参数
T a b.1 O r i f i c e p l a t e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s
相对厚度
R
孔板厚度δ/m m
n=1n=7n=19n=37n=61 0.1896.0002.2721.3790.9880.770 0.49915.8756.0003.6422.6102.033
0.82226.1539.8556.0004.3003.349
1.14836.49713.7498.3736.0004.673 1.47446.86117.71210.7517.7046.000 3数值解法
3.1控制方程
根据加氢空冷器注水管道内水流经孔板的实际流动情况,做出如下假设:(1)流体为不可压缩流体;(2)流体与壁面之间无热交换;(3)流动状态为稳态,管内流体为液相水.因此,流体的连续性方程和动量方程可表示为
ρ
∂u i
∂x i=0(5)ρ
∂(u i u j)
∂x i=-∂p∂x j+(μ+μt)(
∂u j
∂x i+
∂u i
∂x j)(6)考虑到流体在管道内的流动为充分发展的高雷诺数湍流,故选择标准k-ε湍流模型与标准壁面函数法对动量方程进行封闭求解.湍动能和湍流耗散输运方程为
23大连理工大学学报第61卷
ρ∂k ∂t +ρ∂(k u i )∂x i =∂∂x j [(μ+μt σk )∂k ∂x j
]
+G k -ρε(7) ρ∂ε∂t +ρ∂(εu i )∂x i =∂∂x j [(μ+μt σε)∂
ε∂x j
]
+C 1ε
εk G k -C 2ερε2
k
(8)μt =ρC μk 2
ε
(9
)式中:u ㊁p ㊁ρ㊁μ㊁μt 分别为流体的速度㊁压力㊁密度㊁动力黏度㊁湍流黏度;k ㊁ε㊁G k 分别为湍流动能㊁湍流动能耗散率㊁由层流速度梯度而产生的湍
流动能;C 1ε=1.44,C 2ε=1.92,C μ=0
.09,σk =1.0,σε=
1.3[20
]
.3.2 边界条件及网格划分
计算模型采用标准k -ε湍流模型,湍动能㊁动量和湍流耗散率采用一阶迎风格式进行离散,压力项采用S t a n d a r d 格式,压力-速度耦合方程求解采用S I M P L E 方法.
管壁与孔板为无滑移壁面,管内流体为常温水,入口流速u =5.35m ㊃s -1
,水的密度ρ=998.2k g ㊃m -3
.
出口为压力出口,出口表压为0.
网格划分时,孔板前1D ㊁孔板后3D 管段内
采用间隔1.5m m 的四面体混合网格,孔板处采用间隔1m m 的四面体混合网格,其余管段包括支管剩余部分㊁分流管汇部分均采用间隔4.5m m 的四面体混合网格.管道整体有基础高度0.2m m ,增长率1.2的5层边界层,孔板前1D ㊁孔板后3D 管段与其余管道采用i n t e r f a c e 连接.为验证网格无关性,本文计算了n =1时孔板管道
压降.网格数低于203ˑ104时压差Δp 随网格数的增加而急剧减小,网格数超过291ˑ104后,Δp
稳定在130k P a 左右,因此本文采用291ˑ10
4网格数量画法,如图4所示
.
图4 局部网格图
F i g .4 L o c a l g r i dd i a g
r a m 3.3 模型方法的实验验证
为验证本文计算方法的准确性,本文计算了文献[21]实验中不同孔数㊁孔径下流体压力损失,如图5所示.管道规格为D N 50m m ,孔板上㊁下游分别距孔板5D ㊁10D .管内流体为液相水,壁面为无滑移壁面,出口压力为0.从图中可以看出,等
效直径比β=0.6,流速u =1.375m ㊃s
-1
的本文的数值计算结果与实验结果基本吻合,证明本文采用模型方法的准确性
.
图5 实验与模拟对比图
F i g .5 C o m p a r i s o n c h a r t o f e x p
e r i m e n t a n d s i m u l a t i o n 4 数值计算结果分析
4.1 相对厚度对压损系数的影响
图6所示为不同孔数下各支管相对厚度对压
损系数影响曲线.压损系数随相对厚度的增加而减小,下降幅度逐渐减小直至趋于稳定,此外相对厚度对压损系数的影响受孔数的制约.在相同的孔数下,当R <0.822时,压损系数随相对厚度的增加而快速减小,且孔数越少压损系数减小越快.然而当R ȡ0.822时,相对厚度的增加对压损系数几乎没有影响,且这种现象随着孔数的减少而愈发明显.同时4个支管压损系数的变化趋势相同.
图7所示为不同相对厚度下支管d 速度分布云图.流体在流经孔板时,截面积突然减小,流体速度加大并在通过孔板时收缩到射流.紧接着射
流收缩至缩脉[22]
,流速增至最大,静压降至最小.
最终在孔道内或孔板下游,射流逐渐扩张回管径.当R <0.822时,缩脉位于孔板下游(a -a
),且随着孔板相对厚度的减小逐渐远离孔板.与此同时由于孔板后回流区域增大,引起回流涡流的黏性损耗增大,导致压力损失增加.与之不同的是当R ȡ
3
3 第1期
金浩哲等:加氢空冷器注水管道孔板流场及压降特性分析
0.822时,缩脉位于孔道内(b -b ),且其位置不随孔板相对厚度的改变而改变.与此同时孔板后回流
(a
)支管
a (b
)支管
b (c
)支管
c (d
)支管d 图6 不同孔数下各支管相对厚度对压损系
数的影响
F i g
.6 E f f e c to fr e l a t i v et h i c k n e s so fe a c h b r a n c h p i p e o n p r e s s u r e d r o p c
o e f f i c i e n t u n d e r d i f f e r e n t n u m b e r o f h o l e
s
(a )n =
1
(b )n =7
图7 不同相对厚度下支管d 速度分布云图
F i g .7 V e l o c i t y d i s t r i b u t i o n c o n t o u r o f b r a n c h p i p
e du n d e r d i
f f e r e n t r e l a t i v e t h i c k n e s s e s
区域保持稳定,故回流涡流的黏性损耗也保持稳定,因此压力损失趋于稳定.值得注意的是,相对厚度对压损系数的影响受孔数的制约,即孔数越少,相对厚度对压损系数的影响越大.孔数的减少使得孔间的回流减弱,管壁的回流增强,最终导致总体回流面积增加.与此同时,总体回流面积的增
加使得黏性损耗随之增加.因此相对厚度对压损系数的影响随孔数的减少而愈发明显.
4.2 孔数对压损系数的影响
图8所示为不同孔板相对厚度下不同孔数对
压损系数的影响曲线.在R ɤ0.189时,随着孔数的增加,压损系数先减小后增大.在R >0.189
时,随着孔数的增加,压损系数先快速增加后缓慢
4
3大连理工大学学报
第61卷
(a
)支管
a (b
)支管
b (c
)支管
c (d
)支管d 图8 不同相对厚度下各支管孔数对压损
系数的影响
F i g
.8 I n f l u e n c eo fh o l en u m b e ro fe a c hb r a n c h p i p eo n p r e s s u r ed r o p c
o e f f i c i e n tu n d e r d i f f e r e n t r e l a t i v e t h i c k n e s s e s
增加.且R 越大,这种压损系数随孔数增加的影
响效应越小.孔数对压损系数的影响也受到孔板
相对厚度的制约.当n <19时,孔数对压损系数的影响较大.然而当n ȡ19时,孔数对压损系数的影响较小且随相对厚度的增加进一步减小.同时4
个支管压损系数的变化趋势相同.
图9(a )为装有R =0.189孔板的支管d 速度
分布云图.由此可知孔板相对厚度较小时缩脉位
于孔板后.当孔数较少时(n <19),孔数的增加使回流密集区域由管壁向孔间转移.与此同时管壁及孔间的回流均逐渐减弱,因此压力损失随着孔数的增加而减小.值得注意的是由单孔至多孔的压损突变现象尤其明显.当孔数较多时(n ȡ19),由于β相同,孔数的增加导致孔径及孔间距减小.
(a )R =0.18
9
(b )R =1.148
图9 不同孔数下支管d 速度分布云图
F i g .9 V e l o c i t y d i s t r i b u t i o n c o n t o u r o f b r a n c h p i p
e d u n d e r d i
f f e r e n t n u m b e r o f h o l e s
5
3 第1期
金浩哲等:加氢空冷器注水管道孔板流场及压降特性分析
因此回流密集区域由孔间转移到管壁.同时由于管壁附近孔的射流尾迹向管束中心靠拢,引起管壁回流区增大,最终导致压力损失随着孔数的增加而增大.图9(b )为装有R =1.148孔板的支管
d 速度分布云图.
由此可知孔板相对厚度较大时缩脉位于孔道内.当孔数较少时(n <19),孔板厚度随着孔数的增加而减小,使得高流速区域在孔内占比增大.其次流速越高,流体对于壁面的剪切应力越大.因此压力损失随着孔数的增加而增大.当孔数较多时(n ȡ19),高流速区域在孔内占比不再随孔数的增加而明显变化.因此孔数的增加反而使压力损失趋于稳定.
4.3 压损系数对注水管道偏流的影响
相对厚度在0.82~1.47的单孔和7孔孔板有较小的压力损失,故对以上孔板结构进行管道流体分配和流动情况分析,图10为各支管质量流量与压损系数变化.各支管出口流量不等,q
a >q
b ,q d >q
c ,且q b 最小.与之不同的是ξa <ξb ,ξ
d <
(a
)
各支管质量流量 (b
)各支管压损系数图10 不同孔板结构下各支管质量流量及压
损系数变化图
F i g .10 V a r i a t i o nd i a g
r a m o f m a s sf l o w r a t ea n d p r e s s u r e d r o p c o e f f i c i e n t o f e a c h b r a n c h p i p
eu n d e r d i f f e r e n t o r i f i c e p l a t e s t r u c t u r e s ξ
c ,且ξb 最大.这表明流量与压损系数呈负相关.由于注水管道对称设计,重力垂直管道向下,管道结构对偏流的影响降到最低.由此可知各支管孔板前的压力基本相等.综上所述,压损系数越大
(也即孔板前后压力差越大),支管后压力越低,因此该支管流量越小.对于此空冷器系统的注水管道,相对厚度为1.474的单孔孔板压力损失小,且偏流指数小(S =0.01477325),平衡流量的综合效果最好.
5 结 论
(1
)在相同的等效直径比和孔数下,压损系数随孔板相对厚度的增加而迅速减小,继而趋于稳定;0.822是压损系数达到稳定的临界相对厚度;孔数越少,相对厚度对压损系数的影响越大.
(2
)在相同的等效直径比和相对厚度下,较薄孔板的压损系数随孔数增多先减小后增大,而较厚孔板的压损系数随孔数增多而增大,相对厚度在0.189~0.499时有一个中间值区分薄孔板和厚孔板;当孔数小于19时,孔数对压损系数的影响较大,而当孔数大于等于19时,孔数对压损系数的影响较小且随相对厚度的增加进一步减小.(3
)流量与压损系数呈负相关,相对厚度为1.474的单孔孔板平衡流量的效果最好.推荐此空冷器注水管道中应用该结构孔板.
参考文献:
[1]HA R V E Y C ,S I N G H A.M i t i g
a t e f a i l u r e f o r r e a c t o r e f f l u e n t a i r c o o l e r s [J ].H y d r o c a r
b o n P r o
c e s s i n g
,1999,78(10):1-10.[2
]偶国富,金浩哲,朱敏,等.加氢空冷器流动腐
蚀失效机理及预测校核方法研究[C ]//第五届全国换热器学术会议论文集.绍兴:中国机械工程学会,2015:279-287.
O U G u o f u ,J I N H a o z h e ,Z HU M i n g ,e t a l .S t u d y
o n t h e f a i l u r e m e c h a n i s m a n d p r e d i c t i v e c h e c k
m e t h o d o f h y d r o t r e a t i n g a
i r c o o l e r [C ]
//P r o c e e d i n g so ft h e F i f t h N a t i o n a l H e a t E x c h a n g e r A c a d e m i c
C o n f e r e n c e .
S h a o x i n g
:C h i n e s e
M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g S o c i e t y
,2015:279-287.(i nC h i n e s e
)[3
]金浩哲,偶国富,王宽心,等.加氢处理系统N H 4C l 结晶沉积预测及优化防控[J ].石油学报
6
3大连理工大学学报
第61卷
(石油加工),2014,30(4):662-667.
J I N H a o z h e,O U G u o f u,WA N G K u a n x i n,e t a l.
P r e d i c t i o n o f N H4C l c r y s t a l l i n e d e p o s i t i o n a n d
o p t i m i z e d p r e v e n t i o n m e t h o di nh y d r o t r e a t i n g u n i t s y s t e m[J].A c t a P e t r o l e i S i n i c a(P e t r o l e u m
P r o c e s s i n g S e c t i o n),2014,30(4):662-667.(i n
C h i n e s e)
[4]J I N H a o z h e,O U G u o f u,WA N G Y a n p i n g,e t a l.
F a i l u r e a n a l y s i s a n d s t r u c t u r e o p t i m i z a t i o n o f
h y d r o g e n a t i o n a i r-c o o l e r s y s t e m b a s e d o n
i m b a l a n c e dd e g r e e[C]//P r o c e e d i n g s o f t h eA S M E
P r e s s u r e V e s s e l s a n d P i p i n g C o n f e r e n c e2009.
P r a g u e:A S M E,2010:439-448.
[5]A L V I S IP P,D E F R E I T A S C U N HA L I N S V.
A c i ds a l tc o r r o s i o ni nah y d r o t r e a t m e n t p l a n to fa
p e t r o l e u m r e f i n e r y[J].E n g i n e e r i n g F a i l u r e
A n a l y s i s,2008,15(8):1035-1041.
[6]金浩哲,王宽心,偶国富,等.基于A s p e nP l u s的
加氢反应流出物铵盐结晶速率计算模型与分
析[J].石油学报(石油加工),2015,31(6):1444-1449.
J I N H a o z h e,WA N G K u a n x i n,O U G u o f u,e t a l.
C a l c u l a t i o n m o d e la n da n a l y s i so fa m m o n i u m s a l t
c r y s t a l l i z a t i o n r a t e i n h y
d r o g
e n a t i o n r e a c t i o n e
f f l u e n t
b a s e d o n A s p e n P l u s[J].A
c t a P e t r o l e i S i n i c a
(P e t r o l e u mP r o c e s s i n g S e c t i o n),2015,31(6):1444-1449.(i nC h i n e s e)
[7]A m e r i c a n P e t r o l e u m I n s t i t u t e.A S t u d y o f
C o r r o s i o ni n H y d r o p r o c e s s R e a c t i o n E f f l u e n t A i r
C o o l e r S y s t e m s:A P I932A:2002[S].W a s h i n g t o n
DC:A m e r i c a nP e t r o l e u mI n s t i t u t e,2002. [8]N A C EI n t e r n a t i o n a l.R e f i n e r y I n j e c t i o n a n dP r o c e s s
M i xP o i n t s:N A C E S P0114-2014[S].H o u s t o n: N A C EI n t e r n a t i o n a l,2014.
[9]HU A N G S h a n f a n g,MA T a i y i,WA N G D o n g,
e t a l.S t u d y o nd i s c h a r g ec o e
f f i c i e n to f p e r f o r a t e d
o r i f i c e s a s a n e w k i n d o f f l o w m e t e r[J].
E x p e r i m e n t a l T h e r m a l a n d
F l u i dS c i e n c e,2013,46:
74-83.
[10]焦乾峰,马有福,吕俊复,等.多孔板压降特性实
验与关联式比较[J].化工进展,2018,37(9): 3320-3325.
J I A O Q i a n f e n g,MA Y o u f u,LÜJ u n f u,e ta l.
C o m p a r i s o n o f e x p e r i m e n t w i t h c o r r e l a t i o n o n
p r e s s u r e d r o p o fm u l t i-o r i f i c e p l a t e s[J].C h e m i c a l
I n d u s t r y a n d E n g i n e e r i n g P r o g r e s s,2018,37(9):
3320-3325.(i nC h i n e s e)
[11]S HA N F e n g,L I U Z h i c h u n,L I U W e i,e t a l.
E f f e c t so f t h e o r i f i c e t o p i p e d i a m e t e r r a t i o o n o r i f i c e
f l o w s[J].C h e m i c a l E n
g i n e e r i n g S c i e n c e,2016,
152:497-506.
[12]Z HA O T i a n y i,Z HA N G J i l i,MA L i a n g d o n g.A
g e n e r a l s t r u c t u r a l d e s i g nm e t h o d o l o g y f o rm u l t i-h o l e
o r i f i c e s a n d i t s e x p e r i m e n t a l a p p l i c a t i o n[J].J o u r n a l o fM e c h a n i c a l S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,2011,25(9): 2237-2246.
[13]S HA A B A N S.O nt h e p e r f o r m a n c eo f p e r f o r a t e d
p l a t e w i t h o p t i m i z e d h o l e g e o m e t r y[J].F l o w
M e a s u r e m e n ta n dI n s t r u m e n t a t i o n,2015,46:44-
50.
[14]耿艳峰,冯叔初,郑金吾.槽式孔板的气液两相压
降倍率特性[J].化工学报,2006,57(5):1138-1142.
G E N G Y a n f e n g,F E N G S h u c h u,Z H E N G J i n w u.
C h a r a c t e r i s t i c s o f g a s-l i q u i d t w o-p h a s e p r e s s u r e
d r o p o f t r o u g ho r i f i c
e p l a t e[J].J o u r n a l o
f C h e m i c a l
I n d u s t r y a n d E n g i n e e r i n g(C h i n a),2006,57(5):
1138-1142.(i nC h i n e s e)
[15]S I N G H V K,J O HN T HA R A K A N T.N u m e r i c a l
s i m u l a t i o n sf o r m u l t i-h o l e o r i f i c ef l o w m e t e r[J].
F l o w M e a s u r e m e n ta n dI n s t r u m e n t a t i o n,2015,45:
375-383.
[16]ÖZ A H IE.A n a n a l y s i s o n t h e p r e s s u r e l o s s t h r o u g h
p e r f o r a t e d p l a t e sa tm o d e r a t eR e y n o l d sn u m b e r s i n t u r b u l e n t f l o wr e g i m e[J].F l o w M e a s u r e m e n ta n d
I n s t r u m e n t a t i o n,2015,43:6-13.
[17]中国机械工业联合会.用安装在圆形截面管道中的
差压装置测量满管流体流量.第2部分:孔板:
G B/T2624.2 2006[S].北京:中国标准出版社,
2007.
C h i n aM a c h i n e r y I n d u s t r y F e d e r a t i o n.M e a s u r e m e n t
o fF l u i d F l o w b y M e a n s o f P r e s s u r e D i f f e r e n t i a l
D e v i c e s I n s e r t e d i nC i r c u l a rC r o s s-S e c t i o nC o n d u i t s
R u n n i n g F u l l P a r t2:O r i f i c e P l a t e s:G B/T
2624.2-2006[S].B e i j i n g:S t a n d a r d s P r e s s o f
C h i n a,2007.(i nC h i n e s e)
[18]中国机械工业联合会.钢制对焊管件类型与参数:
G B/T12459 2017[S].北京:中国标准出版社,
2017.
C h i n a M a c h i n e r y I n d u s t r y F e d e r a t i o n.S t e e l
B u t t w e l d i n g P i p eF i t t i n g s T y p e s a n dP a r a m e t e r:
G B/T12459-2017[S].B e i j i n g:S t a n d a r d sP r e s so f
73
第1期金浩哲等:加氢空冷器注水管道孔板流场及压降特性分析
C h i n a,2017.(i nC h i n e s e)
[19]T h e A m e r i c a n S o c i e t y o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r s.
F a c t o r y-M a d e W r o u g h t B u t t w e l d i n g F i t t i n g s:
A S M EB16.9-2018[S].N e w Y o r k:A S M E,2018.
[20]A N S Y SI n c.A N S Y S F l u e n t T h e o r y G u i d e[M].
C a n o n s b u r g:A N S Y S I n c.,2015.
[21]MA H E N D R A B A B U K J,G A N G A D HA R A
G OWD A CJ,R A N J I T H K.N u m e r i c a ls t u d y o n
p e r f o r m a n c e c h a r a c t e r i s t i c s o f m u l t i h o l e o r i f i c e
p l a t e[J].M a t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,2018, 376(1):012032.
[22]C I O N C O L I N I A,S C E N I N I F,D U F F J.M i c r o-
o r i f i c e s i n g l e-p h a s e l i q u i d f l o w:P r e s s u r e d r o p
m e a s u r e m e n t s a n d p r e d i c t i o n[J].E x p e r i m e n t a l T h e r m a l a n dF l u i dS c i e n c e,2015,65:33-40.
A n a l y s i s o f f l o wf i e l da n d p r e s s u r e d r o p c h a r a c t e r i s t i c s
o f o r i f i c e p l a t e i nh y d r o g e n a t i o na i r c o o l e rw a t e r i n j e c t i o n p i p e l i n e
J I N H a o z h e,G A O S h u a i q i,G U Y o n g,L I U X i a o f e i*,W A N G C h a o
(I n s t i t u t eo f F l o wC o r r o s i o n,Z h e j i a n g S c i-T e c hU n i v e r s i t y,H a n g z h o u310018,C h i n a)
A b s t r a c t:A s a n i m p o r t a n t c o l d e x c h a n g e r o f p e t r o c h e m i c a l p l a n t,t h e h y d r o g e n a t i o n r e a c t o r e f f l u e n t a i rc o o l e r(R E A C)h a sah i g hr i s ko fc o r r o s i o nc a u s e db y a m m o n i u m s a l t.I ne n g i n e e r i n g,w a t e r i n j e c t i o n b e f o r ea i rc o o l e ri su s u a l l y u s e dt oe l i m i n a t et h eb l o c k a g ec a u s e d b y N H4C la n do t h e r a m m o n i u ms a l td e p o s i t i o n,t h e r e f o r e,t h e w a t e r i n j e c t i o ne f f e c td i r e c t l y a f f e c t st h es a f ea n ds t a b l e o p e r a t i o no f p e t r o c h e m i c a l p l a n t.W a t e ri n j e c t i o n o r i f i c e p l a t e b e f o r e R E A C i n a p e t r o c h e m i c a l e n t e r p r i s e i st a k e na st h er e s e a r c ho b j e c t.T h r o u g ht h ei m p a c ta n a l y s i so fd i f f e r e n th o l en u m b e r, e q u i v a l e n td i a m e t e rr a t i o,r e l a t i v et h i c k n e s so nt h e p r e s s u r ed r o p c o e f f i c i e n to ft h eo r i f i c e p l a t e, b a l a n c e e f f e c t o f t h e o r i f i c e p l a t e s t r u c t u r e f o rm u l t i p l e f l u i d f l o w i s e v a l u a t e d.T h e r e s u l t s s h o wt h a t: w i t ht h es a m en u m b e ro fh o l e sa n de q u i v a l e n td i a m e t e rr a t i o,t h e p r e s s u r ed r o p c o e f f i c i e n tf i r s t d e c r e a s e s r a p i d l y w i t h t h e i n c r e a s eo f t h e r e l a t i v e t h i c k n e s so f t h eo r i f i c e p l a t ea n dt h e nt e n d s t ob e s t a b l e,a n dt h ec r i t i c a l r e l a t i v et h i c k n e s so f t h eo r i f i c e p l a t e i s0.822.U n d e rt h es a m ee q u i v a l e n t d i a m e t e r r a t i oa n dr e l a t i v et h i c k n e s s,t h e p r e s s u r ed r o p c o e f f i c i e n to ft h et h i n o r i f i c e p l a t ef i r s t d e c r e a s e sa n dt h e ni n c r e a s e s w i t h t h ei n c r e a s e o ft h e n u m b e r o fh o l e s,a n dt h e p r e s s u r e d r o p c o e f f i c i e n t i sn e g a t i v e l y c o r r e l a t e dw i t ht h e p i p e l i n eo u t l e t f l o w.W h e nt h er e l a t i v e t h i c k n e s so f t h e o r i f i c e p l a t e i s1.474,t h eb a l a n c e e f f e c t o f t h e s i n g l eh o l e o r i f i c e p l a t e i s b e s t.
K e y w o r d s:h y d r o g e n a t i o na i r c o o l e r;w a t e r i n j e c t i o no r i f i c e p l a t e;t h r o t t l i n g b a l a n c e;p r e s s u r ed r o p
c h a r a c t e r i s t i c s;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n
83大连理工大学学报第61卷。