炉管内的压力降

1、 炉管内的压力降炉管内的压力降L01PPghPP 流体在炉管内的流动与一般管道内的流动不同，流体在炉管内的流动与一般管道内的流动不同，流动过程中要吸收热量，物性参数随之变化，有的流动过程中要吸收热量，物性参数随之变化，有的发生化学反应发生化学反应,，有的发生相态变化，有的发生相态变化汽化。炉管内汽化。炉管内压力降的计算是十分复杂而麻烦的。压力降的计算是十分复杂而麻烦的。目的目的: 确定流体入炉时的压力，从而可以根据此压力确定流体入炉时的压力，从而可以根据此压力 进行选泵。进行选泵。炉管内介质的炉管内介质的压力平衡关系压力平衡关系:炉管内流体的流动特点炉管内流体的流动特点:6-1 管内流速管内流

2、速压力降大，造成的能量损失大。压力降大，造成的能量损失大。介质在管内的停留时间短，可以减介质在管内的停留时间短，可以减少结焦和分解的危险，同时可以增少结焦和分解的危险，同时可以增加管内的传热系数。加管内的传热系数。流速低限是保证流型符合要求，以避流速低限是保证流型符合要求，以避免局部过热。免局部过热。流速的上限是临界流速（该状态下的流速的上限是临界流速（该状态下的声速）。声速）。流速是根据停留时间来决定的。流速是根据停留时间来决定的。流速以保证转化管压力降约等于进流速以保证转化管压力降约等于进口压力的口压力的8%12%为宜。为宜。流速高流速高气、液混相气、液混相的炉管内的炉管内裂解炉管内裂解炉

3、管内烃类蒸气转烃类蒸气转化炉炉管内化炉炉管内6-2 无相变时的压力降计算无相变时的压力降计算管管内内压压力力降降直管段的压力降直管段的压力降2udLP2if 2uP2f 2udLP2ief i21iednLnd1NnNnLL 炉管当量长度炉管当量长度局部阻力引起局部阻力引起的压力降的压力降与回弯头有关的系数与回弯头有关的系数,等于弯头当量长度与管等于弯头当量长度与管内径之比。内径之比。 弯弯头头型型式式带带堵堵头头的的 180回回弯弯头头180急急弯弯弯弯管管或或铸铸造造弯弯头头（R=d）90急急弯弯弯弯管管（R=d）平平缓缓的的（R 4d）90弯弯管管100506030156-3 有相变时的

4、压力降计算有相变时的压力降计算汽汽 化化 段段 炉炉 管管 的的 压压 力力 降降 一般出口条件和传入管段内的热量是已知的，一般出口条件和传入管段内的热量是已知的，计算所求的入口条件必须同时满足相平衡、热平计算所求的入口条件必须同时满足相平衡、热平衡和压力平衡三者。衡和压力平衡三者。 L p2 , t2 , e2 Q p1 , t1 , e1 图图 6-3 计计算算管管段段示示意意图图特点：气液两相流；气相和液相的量和物性随特点：气液两相流；气相和液相的量和物性随 行程的增加而变化。行程的增加而变化。使用方程：压力降、相平衡、热平衡方程使用方程：压力降、相平衡、热平衡方程 例如：例如：管内气液

5、两相流压力降确定的复杂性：管内气液两相流压力降确定的复杂性： 气相和液相流速一般不相同，它们之间有相对运气相和液相流速一般不相同，它们之间有相对运动，会产生内摩擦损失。动，会产生内摩擦损失。 液相有滞留量，使管内实际流通截面积减小，压力液相有滞留量，使管内实际流通截面积减小，压力降增加。降增加。 垂直管内，液相在炉管内连续不断地上升和下降，垂直管内，液相在炉管内连续不断地上升和下降，会消耗能量而形成压力降低。会消耗能量而形成压力降低。 气液两相流可能呈现完全不同的流型。要保证良气液两相流可能呈现完全不同的流型。要保证良好的流型。必须有进行流型判别的图或关联式。好的流型。必须有进行流型判别的图或

6、关联式。 设计中，通过改变管径来保证流型符合要求。设计中，通过改变管径来保证流型符合要求。 扩径和注汽。扩径和注汽。 分段和猜算。分段和猜算。 流型及其判别流型及其判别水平管流型水平管流型 随着气速增大，各种流随着气速增大，各种流型最后均发展为环型最后均发展为环-雾状流雾状流或单纯雾状流或单纯雾状流。垂直管流型垂直管流型水平管流型判别图水平管流型判别图L2/ 1L3/2L2/ 1gLGLX)(WW211B 2/1gLGY)(AW1 . 7B 垂直管内气液两相流的流型判别图垂直管内气液两相流的流型判别图i2mXgduG gLgYVVVG 炉管内气液两相流的适宜流型炉管内气液两相流的适宜流型 炉管

7、内不允许出现液节流炉管内不允许出现液节流 管内气、液两相流的流型最好是雾状流管内气、液两相流的流型最好是雾状流 泡点附近要达到雾状流比较困难，也允许泡点附近要达到雾状流比较困难，也允许出现环状流或分散气泡流出现环状流或分散气泡流 其它流型均应避免其它流型均应避免 当流型完全不符合要求时当流型完全不符合要求时(流型靠近雾状流流型靠近雾状流的边界时的边界时)，可以缩小炉管直径或加大注入的水，可以缩小炉管直径或加大注入的水蒸气量来获得适宜的流型。蒸气量来获得适宜的流型。 压力降计算压力降计算方法：将两相流当作单相流计算方法：将两相流当作单相流计算ggLLmxx ggLLmxx AVVugLm Nd4

8、3600WuimFm 汽化段压力降计算式为：汽化段压力降计算式为：2udLP2mmief m2mief2GdLP 均均 相相 法法或或或或由能量平衡求出物料的焓差，再由能量平衡求出物料的焓差，再由焓差查出由焓差查出 。 Dukler法法方法：在大量试验数据的基础上，通过相似分方法：在大量试验数据的基础上，通过相似分 析法得出压力降关联式。析法得出压力降关联式。 压力降关联式：压力降关联式：4gm2ggLm2LLim2mtpf10ExExd2LGP 相平衡计算相平衡计算 目的是计算汽化率目的是计算汽化率 ) t ,P( fe 热平衡计算热平衡计算 目的是计算管段入口处的温度目的是计算管段入口处的

9、温度 。1t1t 有相变时管内压力降计算步骤有相变时管内压力降计算步骤把汽化段炉管分成把汽化段炉管分成1米至几米长的若干短小段米至几米长的若干短小段从炉出口开始向入口侧逐段反算从炉出口开始向入口侧逐段反算流型判断流型判断若流型靠近雾状流的边界时，需缩小管径（或减少管程数）若流型靠近雾状流的边界时，需缩小管径（或减少管程数）由相平衡和热平衡分别计算各管段入口处的汽化率和温度由相平衡和热平衡分别计算各管段入口处的汽化率和温度一直计算到介质的泡点，即汽化开始点为止一直计算到介质的泡点，即汽化开始点为止由压力降公式计算各管段的压力降，管段入口压力由压力降公式计算各管段的压力降，管段入口压力P1=P2+

10、 Pf 图解试算法图解试算法 把辐射室进口到出口的整个管段分成加热段把辐射室进口到出口的整个管段分成加热段（介质全部为液态时的管段）和汽化段两部分（介质全部为液态时的管段）和汽化段两部分 确定出汽化点确定出汽化点 计算汽化段炉管的当量长度计算汽化段炉管的当量长度 加热段炉管的当量长度为辐射管总当量长加热段炉管的当量长度为辐射管总当量长度减去汽化段当量长度度减去汽化段当量长度 计算两段各自的压力降：加热段为单相流动，计算两段各自的压力降：加热段为单相流动，管内压力降可由式管内压力降可由式 计算。汽化段压力降则由计算。汽化段压力降则由均相法计算均相法计算基本过程：基本过程：22 计算汽化段压力降计

11、算汽化段压力降 图解试算法计算步骤图解试算法计算步骤1 假定开始汽化时的压力假定开始汽化时的压力eP2 由介质的相平衡曲线求出介质开始汽化的温度由介质的相平衡曲线求出介质开始汽化的温度et3 计算汽化段炉管的当量长度计算汽化段炉管的当量长度RfoeoeLIIIIL 4 压力校核压力校核猜算过程猜算过程2udLP2mmief 若若 ，则计算正确，否则重新假设则计算正确，否则重新假设 。f2ePPP 计计算算假设假设计算计算eePP eP5 计算加热段炉管的当量长度和压力降计算加热段炉管的当量长度和压力降eReLLL RfoeoeLIIIIL RL辐射管的总当量长度辐射管的总当量长度i21iRdnLnd1NnNnLL oI介质在炉出口处的平均焓介质在炉出口处的平均焓eI介质在汽化点处的焓介质在汽化点处的焓fI 介质在辐射室入口处的焓介质在辐射室