催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场CFD模拟_杨连
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表 １ 各分支管参数
分支管编号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 管上喷嘴数 个 ? １ ５ ９ １ ４ １ ８ ２ ３ ２ ３ １ ６ ６ 管孔截面积比 ２ ６ ． ８ １ ８ ５ ． ３ ６ ３ ２ ． ９ ７ ９ １ ． ９ １ ５ １ ． ４ ８ ９ １ ． １ ６ ６ １ ． １ ６ ６ １ ． ６ ７ ６ ４ ． ４ ６ ９
ｎ
Ｍ＝
［
ｕ ｕ 珔 １ ｉ－ ｕ ｎ∑ 珔 ｎ－ １
ｎ
（
）］
２ ５ ０．
（ ） ２
图 ９ 为各分支管 上 喷 嘴 出 口 气 流 速 度 不 均 匀 度 。 由图 ９ 可知 ， 沿 着 分 支 管 编 号 增 大 的 方 向， 喷
图 ７ 各分支管上喷嘴出口气流平均速度
分支管编号 ：■ —９；● —８；▲ —７； ▲ ▲ —４； —３；※ —２；★ —１。图 ８ 同
９］ ， 其进行计算流体力学 （ 模拟 ［ 重点考察分布 Ｃ Ｆ Ｄ）
计算流体力 学 软 件 采 用 Ｆ 选择 Ｌ Ｕ Ｅ ＮＴ １ ４ ． ０， 标准 ｋ 湍流模型 。 主管入口 为 速 度 入 口 边 界 ， 为 － ε
； 。 修改稿收到日期 ： ２ ０ １ ６ ０ ４ ２ ５ ２ ０ １ ６ ０ ７ ２ ５ 收稿日期 ： － － － － 硕士研究生 ， 主要从事气固流态化研究工作 。 作者简介 ：杨连 ， ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｏ ｕ＠ｓ ｉ ｎ ａ ． ｃ ｏ ｍ。 通讯联系人 ：严超宇 ， ｙ ｙ ） ； 中国石油 ２ １ １ ７ ６ ２ ５ ０ 基金项目 ：国家自然科学基金资助项目 （ ） 。 北京 ） 科研基金资助项目 （ 大学 （ ２ ４ ６ ２ ０ １ ５ ＹＱ ０ ３ ０ １
（ ） 中国石油大学 （ 北京 ） 重质油国家重点实验室 ， 北京 １ ０ ２ ２ ４ ９ 摘 要 ：催化裂化装置再生器的气体分布器通常采用树枝状气体分布器 ， 这种分布器存 在 着 气 体 分 布 不 均 对树枝状气体分布器 区 域 进 行 计 算 流 体 力 学 （ 模 拟， 重点考察分布器内 匀和喷嘴的冲蚀磨损问题 。 为此 ， Ｃ Ｆ Ｄ） 气相流场的特征 。 计算结果表明 ： 树枝状气体分布器的各分支管内气体速度根据分支管的长度不同存在很大 的 变化 ， 而且分支管沿程各喷嘴出口的气体流量也不同 ， 导致喷嘴出口气流平均速度存在很大的不均匀性； 此 外， 气体在分支管入口处以及近分支管入口端的喷嘴处存在偏流现象 ， 压力分布不均匀 ， 易产生催化剂倒吸现象 ， 造 成喷嘴的冲蚀磨损 。 关键词 ：催化裂化 树枝状气体分布器 数值模拟 气相流场 布气性能
分布器的结构参数 可 得 到 各 分 支 管 的 管 孔 截 面 积 如表 １ 所示 。 由表 １ 可 知 ， 长分支管的管孔截 比， 面积比过 小 ， 导致分支管上喷嘴出口气流平均速 度偏小 ， 甚至小于设 计 速 度 ， 而短分支管上的喷嘴 ， 出口气流平均 速 度 偏 大 ， 高于设计速度（ 见 图 ７） 影响布气的均匀性 。
目前我国催化裂 化 装 置 再 生 器 的 主 风 分 布 器 主要采用树枝 状 气 体 分 布 器
［ １］
１ 分布器尺寸和计算模型
１ ． １ 分布器尺寸 图 １ 是国内某重 油 催 化 裂 化 再 生 器 的 树 枝 状 气体分布器 ， 分 布 器 由 主 管、 支 管、 分支管以及喷 嘴 ４ 部分组成 。 气体 进 入 主 管 后 分 流 到 ４ 根 支 管 内， 再分流进入各个 分 支 管 ， 最后由分支管上的喷 嘴喷 出 。 主 管 直 径 Φ １ ０ ０ ０ ｍｍ， ４根支管为变径 由 Φ５ 管， ０ ０ｍｍ 变径 到 Φ３ ５ ５ ｍｍ。 每 根 支 管 上 两侧对称分布 ９ 根同直径的 Φ１ 见 ４ ５ｍｍ 分支管 （ ） ， 图２ 相邻两分支管中心线间距为 ３ ５ ９ｍｍ。 各个 分支管上间隔 ９ 喷嘴为斜向下 ４ ０ｍｍ 均布喷嘴 ， ５ ° ） ， 交替分布 ， 为双径插入式结构 （ 见图 ３ 总数为 ８ ４ ６
图 ９ 各分支管上喷嘴出口气流速度不均匀度
▲
—６；◆ —５；
第１ ２期
杨 连， 等． 催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场 Ｃ Ｆ Ｄ 模拟
６ ７
喷嘴出口气流速 度 的 不 均 匀 度 一 方 面 取 决 于 另一 方 面 取 决 于 管 孔 截 面 积 比 （ 分 喷嘴的压力降 ，
［ １ ０］ 。由 支管横截 面 积 与 喷 嘴 出 口 总 截 面 积 之 比 ）
图 ５ 分布器内速度云图
图 ８ 各分支管上喷嘴出口气流质量流量
２ ． ２ 喷嘴出口气流速度分布不均匀度 为描述分支管上 各 喷 嘴 出 口 平 均 速 度 分 布 不 均匀的特性 ， 采用气体分布不均匀度 Ｍ 来表征 ， 定 义式为 ：
２ ｕ ｕ 珔 ｉ－ （ ） ｄ Ｆ １ ｕ 珔 ２ ； 式中 ： Ｆ 为喷嘴出 流 面 积 ， ｍ Ｆ０ 为 所 有 喷 嘴 出 流
器内部气 相 流 场 的 流 动 和 喷 嘴 的 布 气 特 征 ， 为优 改善气体 化气体分 布 器 的 结 构 参 数 和 操 作 参 数 、 分布器的布气性能提供参考 。
第１ ２期
杨 连， 等． 催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场 Ｃ Ｆ Ｄ 模拟
６ ５
图 １ 分布器结构
。模拟计算结果显 算 。 模拟计算的 时 长 为 １ ７ ． ３ｓ 示分 布 器 进 出 口 质 量 流 量 守 恒 ， 分布器压降为 ， 与现场操作数据较相符 。 ４ ． ６ ４ｋ Ｐ ａ
Ｍ＝
（ 槡∫
１ Ｆ０
）
图 ６ 分支管内气流轴向平均速度
２ ； ； 面积之和 ， ｍ ｕ ｍ ｓ ｕ ? 珔 ｉ 为ｉ 喷 嘴 的 出 口 气 流 速 度 ，
， 为 设 计 喷 嘴 的 平 均 出 口 气 流 速 度， ｍ ｓ ｕ ? 珔＝ １ ｕ ｎ 为喷嘴个数 。 ｉ， ｎ∑ １ ｎ－ 气 体 速 度 分 布 越 均 匀。 对 有 限 个 喷 Ｍ 越小 ， ） 嘴的气体分布不均匀度 Ｍ ， 式（ 可修改为 ： １ １
图 ２ 分支管示意
图 ４ 计算模型及网格划分
２ 结果与讨论
图 ３ 喷嘴结构
２ ． １ 分布器的流场分析 图 ５ 为分布器 流 场 的 速 度 云 图 。 来 自 主 管 的 气体进入 支 管 后 沿 支 管 流 动 ， 同时向各个分支管 分流 。 图 ６ 为分支管内气流的轴向平均速度 Ｖｎ 分 布 。 由图 ６ 可见 ， 对 每 一 分 支 管 而 言， 轴向各沿程 截面上的 平 均 速 度 存 在 很 大 的 变 化 ， 气体进入分 支管的入 口 端 并 沿 轴 向 流 向 封 闭 段 ， 截面平均速 说明分支管内的气体介质的流动为 度逐渐减 小 ， 分 支 管 越 长， 喷嘴 变质量流动 。 由图 ６ 还 可 看 出 ， 数量越多 ， 进入该分 支 管 的 气 体 流 量 越 大 ， 分支管 入口的轴向速度 也 越 大 。 说 明 分 配 到 各 分 支 管 中 的气体流量不同 。 图 ７ 为各分支管 上 喷 嘴 出 口 气 流 平 均 速 度 分
３
， ， 该操作状 态 下 的 主 管 入 口 速 度 为 １ 则 ｋ Ｐ ａ ５ｍ ｓ ? 。上截 理论上喷嘴出口平 均 喷 出 速 度 为 ２ ２ ． ７ｍ ｓ ? 面为气相 出 口 边 界 ， 为 自 由 出 流。 壁 面 采 用 无 滑 移条件及标准壁面函数进行处理 。 压力 －速度耦合 式采用 Ｓ Ｉ ＭＰ Ｌ Ｅ 格式离散 。 收敛条件 为 各 变 量 残 先在一阶 差为 １ ０ 时 收 敛。 为 了 加 快 计 算 速 率，
２ 。 个， 喷嘴布置密度为 １ ６个 ｍ ?
。从多年来的使用
这种气体分布器在运行过程中存在着 情况来看 ， 较大的气 体 分 布 不 均 匀 问 题 ， 造成床层的温差偏
２］ 。 大， 另 外 其 分 支 管 和 喷 嘴 经 常 发 生 磨 损 现 象［
树枝状气体分布器 分 支 管 内 的 气 体 流 动 Biblioteka Baidu 同 于 一 是一个变质 量 流 ， 沿程流量和压力存在较 般管流 ， 大的变 化
［ ３］
。 一 些 文 献 分 析 了 其 磨 损 的 原 因， 并
［ ４］
提出了分布器设计上的改进措施
。 李晓曼等
［ ］ ５ ６ －
通过对树 枝 状 气 体 分 布 器 喷 嘴 的 气 相 流 场 模 拟 ， 认为喷嘴 磨 损 是 催 化 剂 颗 粒 造 成 的 ， 属于气固两
７］ 对管式分布器分支管的布 相冲蚀磨损 。 徐俊 等 ［
嘴出口气 流 速 度 的 不 均 匀 度 有 增 加 的 趋 势 ， 但长 分支管上的不均匀度有所减小 。
布， 图８ 为各分支管上喷嘴出口气流质量流量 。 由 图 ７ 和图 ８ 可知 ： 分支管上各喷嘴的出口速度分布 有较大的不均匀性 ； 沿着 分 支 管 内 气 体 流 动 方 向， 喷嘴出口 气 流 平 均 速 度 有 增 大 的 趋 势 ， 计算结果 表明 ， 长分支管和 短 分 支 管 上 ， 喷嘴出口气流平均 ； 速度最大差值达到 ８ｍ 短分支管上喷嘴出口气流 ｓ ? 而长管上的喷嘴出口气流平均速度 平均速度较大 ， ） 。由 小于理论上喷嘴出口气流平均速度 （ ２ ２ ． ７ｍ ｓ ? 于喷嘴出 口 气 流 平 均 速 度 不 同 ， 导致分布器的布
－７
精度格式 下 计 算 ， 然后再转到二阶精度格式下计
６ ６
石 油 炼 制 与 化 工 ２ ０ １ ６年 第４ ７卷
气不均匀 。 同时 ， 各 喷 嘴 的 压 降 也 有 很 大 的 变 化， 尤其是压 降 低 的 喷 嘴 操 作 弹 性 差 ， 当操作发生波 动时 ， 这些喷嘴外部 的 压 力 可 能 大 于 内 部 的 压 力 ， 导致催化剂倒流进入喷嘴 。
气性能进行了分析 ， 分支 管 内 沿 程 压 力 逐 渐 增 大， 进气端的 压 力 较 低 ， 导 致 喷 嘴 压 降 较 小。 马 艳 梅
８］ 等［ 对环 形 气 体 分 布 器 的 喷 嘴 入 口 进 行 结 构 改
１ ． ２ 计算模型 考虑到结构的对称性 ， 选择分布器 １ ４ 部分为 ? 计算模型 。 采用 ｇ ａ ｍ ｂ ｉ ｔ ２ ． ４ ． ６ 软件绘 制 计 算 模 型 ， 见图 ４） 喷嘴总数为 ２ 并进行网格划分 （ ３ ０ 个。由 于分布器区域结构 的 复 杂 性 ， 采 用 非 结 构 化 网 格，
６ 。 网格单元数为 １ ． ８×１ ０
进， 使气体分布更 均 匀 、 不 易 偏 流。 但 是 前 人 并 没 有对树枝状气体分 布 器 整 体 的 流 场 特 性 进 行 研 究 和讨论 。 树枝状气体分布 器 的 气 体 分 布 不 均 匀 和 分 支 待生催化 管与喷嘴 磨 损 不 仅 造 成 床 层 温 差 偏 大 、 剂烧焦不 完 全 的 操 作 问 题 ， 而且缩短了分布器的 使用周期 。 为了提高 对 树 枝 状 气 体 分 布 器 布 气 状 本研 究 选 择 某 １ 况的认识 ， ． ２Ｍ ｔ ａ重 油 催 化 裂 化 ? 装置再生 器 的 树 枝 状 气 体 分 布 器 为 研 究 对 象 ， 对
基础研究
石 油 炼 制 与 化 工 Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ Ｏ Ｌ Ｅ ＵＭ Ｐ Ｒ Ｏ Ｃ Ｅ Ｓ Ｓ Ｉ ＮＧ ＡＮ Ｄ Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ Ｏ ＣＨＥＭ Ｉ Ｃ Ａ Ｌ Ｓ
２ ０ １ ６年 １ ２月 第４ ７卷 第１ ２期
催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场 Ｃ Ｆ Ｄ 模拟
杨 连 ， 严超宇 ， 魏志刚 ， 魏耀东
均匀进气方式 。 计算参数取自 ２ ０ １ ４ 年 ６ 月某日的 ， 现场记录数 据 ， 再生器压力为２ 分布器的 ８ ０ｋ Ｐ ａ 。空 气 入 口 速 率 为 １ 平均 压 降 为 ４ ． ７ ５ｋ Ｐ ａ ６ ０ ６ ， 标 准 状 态） 温度为１ 压力为３ ｍ? ｍ ｉ ｎ（ ２ ５ ℃， ３ ０
分支管编号 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 管上喷嘴数 个 ? １ ５ ９ １ ４ １ ８ ２ ３ ２ ３ １ ６ ６ 管孔截面积比 ２ ６ ． ８ １ ８ ５ ． ３ ６ ３ ２ ． ９ ７ ９ １ ． ９ １ ５ １ ． ４ ８ ９ １ ． １ ６ ６ １ ． １ ６ ６ １ ． ６ ７ ６ ４ ． ４ ６ ９
ｎ
Ｍ＝
［
ｕ ｕ 珔 １ ｉ－ ｕ ｎ∑ 珔 ｎ－ １
ｎ
（
）］
２ ５ ０．
（ ） ２
图 ９ 为各分支管 上 喷 嘴 出 口 气 流 速 度 不 均 匀 度 。 由图 ９ 可知 ， 沿 着 分 支 管 编 号 增 大 的 方 向， 喷
图 ７ 各分支管上喷嘴出口气流平均速度
分支管编号 ：■ —９；● —８；▲ —７； ▲ ▲ —４； —３；※ —２；★ —１。图 ８ 同
９］ ， 其进行计算流体力学 （ 模拟 ［ 重点考察分布 Ｃ Ｆ Ｄ）
计算流体力 学 软 件 采 用 Ｆ 选择 Ｌ Ｕ Ｅ ＮＴ １ ４ ． ０， 标准 ｋ 湍流模型 。 主管入口 为 速 度 入 口 边 界 ， 为 － ε
； 。 修改稿收到日期 ： ２ ０ １ ６ ０ ４ ２ ５ ２ ０ １ ６ ０ ７ ２ ５ 收稿日期 ： － － － － 硕士研究生 ， 主要从事气固流态化研究工作 。 作者简介 ：杨连 ， ： Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ａ ｎ ｃ ｈ ａ ｏ ｕ＠ｓ ｉ ｎ ａ ． ｃ ｏ ｍ。 通讯联系人 ：严超宇 ， ｙ ｙ ） ； 中国石油 ２ １ １ ７ ６ ２ ５ ０ 基金项目 ：国家自然科学基金资助项目 （ ） 。 北京 ） 科研基金资助项目 （ 大学 （ ２ ４ ６ ２ ０ １ ５ ＹＱ ０ ３ ０ １
（ ） 中国石油大学 （ 北京 ） 重质油国家重点实验室 ， 北京 １ ０ ２ ２ ４ ９ 摘 要 ：催化裂化装置再生器的气体分布器通常采用树枝状气体分布器 ， 这种分布器存 在 着 气 体 分 布 不 均 对树枝状气体分布器 区 域 进 行 计 算 流 体 力 学 （ 模 拟， 重点考察分布器内 匀和喷嘴的冲蚀磨损问题 。 为此 ， Ｃ Ｆ Ｄ） 气相流场的特征 。 计算结果表明 ： 树枝状气体分布器的各分支管内气体速度根据分支管的长度不同存在很大 的 变化 ， 而且分支管沿程各喷嘴出口的气体流量也不同 ， 导致喷嘴出口气流平均速度存在很大的不均匀性； 此 外， 气体在分支管入口处以及近分支管入口端的喷嘴处存在偏流现象 ， 压力分布不均匀 ， 易产生催化剂倒吸现象 ， 造 成喷嘴的冲蚀磨损 。 关键词 ：催化裂化 树枝状气体分布器 数值模拟 气相流场 布气性能
分布器的结构参数 可 得 到 各 分 支 管 的 管 孔 截 面 积 如表 １ 所示 。 由表 １ 可 知 ， 长分支管的管孔截 比， 面积比过 小 ， 导致分支管上喷嘴出口气流平均速 度偏小 ， 甚至小于设 计 速 度 ， 而短分支管上的喷嘴 ， 出口气流平均 速 度 偏 大 ， 高于设计速度（ 见 图 ７） 影响布气的均匀性 。
目前我国催化裂 化 装 置 再 生 器 的 主 风 分 布 器 主要采用树枝 状 气 体 分 布 器
［ １］
１ 分布器尺寸和计算模型
１ ． １ 分布器尺寸 图 １ 是国内某重 油 催 化 裂 化 再 生 器 的 树 枝 状 气体分布器 ， 分 布 器 由 主 管、 支 管、 分支管以及喷 嘴 ４ 部分组成 。 气体 进 入 主 管 后 分 流 到 ４ 根 支 管 内， 再分流进入各个 分 支 管 ， 最后由分支管上的喷 嘴喷 出 。 主 管 直 径 Φ １ ０ ０ ０ ｍｍ， ４根支管为变径 由 Φ５ 管， ０ ０ｍｍ 变径 到 Φ３ ５ ５ ｍｍ。 每 根 支 管 上 两侧对称分布 ９ 根同直径的 Φ１ 见 ４ ５ｍｍ 分支管 （ ） ， 图２ 相邻两分支管中心线间距为 ３ ５ ９ｍｍ。 各个 分支管上间隔 ９ 喷嘴为斜向下 ４ ０ｍｍ 均布喷嘴 ， ５ ° ） ， 交替分布 ， 为双径插入式结构 （ 见图 ３ 总数为 ８ ４ ６
图 ９ 各分支管上喷嘴出口气流速度不均匀度
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—６；◆ —５；
第１ ２期
杨 连， 等． 催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场 Ｃ Ｆ Ｄ 模拟
６ ７
喷嘴出口气流速 度 的 不 均 匀 度 一 方 面 取 决 于 另一 方 面 取 决 于 管 孔 截 面 积 比 （ 分 喷嘴的压力降 ，
［ １ ０］ 。由 支管横截 面 积 与 喷 嘴 出 口 总 截 面 积 之 比 ）
图 ５ 分布器内速度云图
图 ８ 各分支管上喷嘴出口气流质量流量
２ ． ２ 喷嘴出口气流速度分布不均匀度 为描述分支管上 各 喷 嘴 出 口 平 均 速 度 分 布 不 均匀的特性 ， 采用气体分布不均匀度 Ｍ 来表征 ， 定 义式为 ：
２ ｕ ｕ 珔 ｉ－ （ ） ｄ Ｆ １ ｕ 珔 ２ ； 式中 ： Ｆ 为喷嘴出 流 面 积 ， ｍ Ｆ０ 为 所 有 喷 嘴 出 流
器内部气 相 流 场 的 流 动 和 喷 嘴 的 布 气 特 征 ， 为优 改善气体 化气体分 布 器 的 结 构 参 数 和 操 作 参 数 、 分布器的布气性能提供参考 。
第１ ２期
杨 连， 等． 催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场 Ｃ Ｆ Ｄ 模拟
６ ５
图 １ 分布器结构
。模拟计算结果显 算 。 模拟计算的 时 长 为 １ ７ ． ３ｓ 示分 布 器 进 出 口 质 量 流 量 守 恒 ， 分布器压降为 ， 与现场操作数据较相符 。 ４ ． ６ ４ｋ Ｐ ａ
Ｍ＝
（ 槡∫
１ Ｆ０
）
图 ６ 分支管内气流轴向平均速度
２ ； ； 面积之和 ， ｍ ｕ ｍ ｓ ｕ ? 珔 ｉ 为ｉ 喷 嘴 的 出 口 气 流 速 度 ，
， 为 设 计 喷 嘴 的 平 均 出 口 气 流 速 度， ｍ ｓ ｕ ? 珔＝ １ ｕ ｎ 为喷嘴个数 。 ｉ， ｎ∑ １ ｎ－ 气 体 速 度 分 布 越 均 匀。 对 有 限 个 喷 Ｍ 越小 ， ） 嘴的气体分布不均匀度 Ｍ ， 式（ 可修改为 ： １ １
图 ２ 分支管示意
图 ４ 计算模型及网格划分
２ 结果与讨论
图 ３ 喷嘴结构
２ ． １ 分布器的流场分析 图 ５ 为分布器 流 场 的 速 度 云 图 。 来 自 主 管 的 气体进入 支 管 后 沿 支 管 流 动 ， 同时向各个分支管 分流 。 图 ６ 为分支管内气流的轴向平均速度 Ｖｎ 分 布 。 由图 ６ 可见 ， 对 每 一 分 支 管 而 言， 轴向各沿程 截面上的 平 均 速 度 存 在 很 大 的 变 化 ， 气体进入分 支管的入 口 端 并 沿 轴 向 流 向 封 闭 段 ， 截面平均速 说明分支管内的气体介质的流动为 度逐渐减 小 ， 分 支 管 越 长， 喷嘴 变质量流动 。 由图 ６ 还 可 看 出 ， 数量越多 ， 进入该分 支 管 的 气 体 流 量 越 大 ， 分支管 入口的轴向速度 也 越 大 。 说 明 分 配 到 各 分 支 管 中 的气体流量不同 。 图 ７ 为各分支管 上 喷 嘴 出 口 气 流 平 均 速 度 分
３
， ， 该操作状 态 下 的 主 管 入 口 速 度 为 １ 则 ｋ Ｐ ａ ５ｍ ｓ ? 。上截 理论上喷嘴出口平 均 喷 出 速 度 为 ２ ２ ． ７ｍ ｓ ? 面为气相 出 口 边 界 ， 为 自 由 出 流。 壁 面 采 用 无 滑 移条件及标准壁面函数进行处理 。 压力 －速度耦合 式采用 Ｓ Ｉ ＭＰ Ｌ Ｅ 格式离散 。 收敛条件 为 各 变 量 残 先在一阶 差为 １ ０ 时 收 敛。 为 了 加 快 计 算 速 率，
２ 。 个， 喷嘴布置密度为 １ ６个 ｍ ?
。从多年来的使用
这种气体分布器在运行过程中存在着 情况来看 ， 较大的气 体 分 布 不 均 匀 问 题 ， 造成床层的温差偏
２］ 。 大， 另 外 其 分 支 管 和 喷 嘴 经 常 发 生 磨 损 现 象［
树枝状气体分布器 分 支 管 内 的 气 体 流 动 Biblioteka Baidu 同 于 一 是一个变质 量 流 ， 沿程流量和压力存在较 般管流 ， 大的变 化
［ ３］
。 一 些 文 献 分 析 了 其 磨 损 的 原 因， 并
［ ４］
提出了分布器设计上的改进措施
。 李晓曼等
［ ］ ５ ６ －
通过对树 枝 状 气 体 分 布 器 喷 嘴 的 气 相 流 场 模 拟 ， 认为喷嘴 磨 损 是 催 化 剂 颗 粒 造 成 的 ， 属于气固两
７］ 对管式分布器分支管的布 相冲蚀磨损 。 徐俊 等 ［
嘴出口气 流 速 度 的 不 均 匀 度 有 增 加 的 趋 势 ， 但长 分支管上的不均匀度有所减小 。
布， 图８ 为各分支管上喷嘴出口气流质量流量 。 由 图 ７ 和图 ８ 可知 ： 分支管上各喷嘴的出口速度分布 有较大的不均匀性 ； 沿着 分 支 管 内 气 体 流 动 方 向， 喷嘴出口 气 流 平 均 速 度 有 增 大 的 趋 势 ， 计算结果 表明 ， 长分支管和 短 分 支 管 上 ， 喷嘴出口气流平均 ； 速度最大差值达到 ８ｍ 短分支管上喷嘴出口气流 ｓ ? 而长管上的喷嘴出口气流平均速度 平均速度较大 ， ） 。由 小于理论上喷嘴出口气流平均速度 （ ２ ２ ． ７ｍ ｓ ? 于喷嘴出 口 气 流 平 均 速 度 不 同 ， 导致分布器的布
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精度格式 下 计 算 ， 然后再转到二阶精度格式下计
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石 油 炼 制 与 化 工 ２ ０ １ ６年 第４ ７卷
气不均匀 。 同时 ， 各 喷 嘴 的 压 降 也 有 很 大 的 变 化， 尤其是压 降 低 的 喷 嘴 操 作 弹 性 差 ， 当操作发生波 动时 ， 这些喷嘴外部 的 压 力 可 能 大 于 内 部 的 压 力 ， 导致催化剂倒流进入喷嘴 。
气性能进行了分析 ， 分支 管 内 沿 程 压 力 逐 渐 增 大， 进气端的 压 力 较 低 ， 导 致 喷 嘴 压 降 较 小。 马 艳 梅
８］ 等［ 对环 形 气 体 分 布 器 的 喷 嘴 入 口 进 行 结 构 改
１ ． ２ 计算模型 考虑到结构的对称性 ， 选择分布器 １ ４ 部分为 ? 计算模型 。 采用 ｇ ａ ｍ ｂ ｉ ｔ ２ ． ４ ． ６ 软件绘 制 计 算 模 型 ， 见图 ４） 喷嘴总数为 ２ 并进行网格划分 （ ３ ０ 个。由 于分布器区域结构 的 复 杂 性 ， 采 用 非 结 构 化 网 格，
６ 。 网格单元数为 １ ． ８×１ ０
进， 使气体分布更 均 匀 、 不 易 偏 流。 但 是 前 人 并 没 有对树枝状气体分 布 器 整 体 的 流 场 特 性 进 行 研 究 和讨论 。 树枝状气体分布 器 的 气 体 分 布 不 均 匀 和 分 支 待生催化 管与喷嘴 磨 损 不 仅 造 成 床 层 温 差 偏 大 、 剂烧焦不 完 全 的 操 作 问 题 ， 而且缩短了分布器的 使用周期 。 为了提高 对 树 枝 状 气 体 分 布 器 布 气 状 本研 究 选 择 某 １ 况的认识 ， ． ２Ｍ ｔ ａ重 油 催 化 裂 化 ? 装置再生 器 的 树 枝 状 气 体 分 布 器 为 研 究 对 象 ， 对
基础研究
石 油 炼 制 与 化 工 Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ Ｏ Ｌ Ｅ ＵＭ Ｐ Ｒ Ｏ Ｃ Ｅ Ｓ Ｓ Ｉ ＮＧ ＡＮ Ｄ Ｐ Ｅ Ｔ Ｒ Ｏ ＣＨＥＭ Ｉ Ｃ Ａ Ｌ Ｓ
２ ０ １ ６年 １ ２月 第４ ７卷 第１ ２期
催化裂化再生器树枝状气体分布器的气相流场 Ｃ Ｆ Ｄ 模拟
杨 连 ， 严超宇 ， 魏志刚 ， 魏耀东
均匀进气方式 。 计算参数取自 ２ ０ １ ４ 年 ６ 月某日的 ， 现场记录数 据 ， 再生器压力为２ 分布器的 ８ ０ｋ Ｐ ａ 。空 气 入 口 速 率 为 １ 平均 压 降 为 ４ ． ７ ５ｋ Ｐ ａ ６ ０ ６ ， 标 准 状 态） 温度为１ 压力为３ ｍ? ｍ ｉ ｎ（ ２ ５ ℃， ３ ０