CFD流体仿真技术在石油石化领域的应用及实践（下篇）

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。

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