مدل سازی کوره های واکنش و پیش بینی علل تخریب لوله های داخلی با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی

در این تحقیق مدلسازی احتراق کوره واکنش و پیش بینی علل تخریب لوله های داخلی واحد بازیافت گوگرد شرکت پالایش گاز ایلام با استفاده از تکینیک دینامیک سیالات محاسباتی انجام گرفته است. کوره های واکنش واحد بازیافت گوگرد پالایشگاه گاز ایلام در ابتدای راه اندازی و در حین بهره برداری برای چندین مرتبه از نواحی اتصال لوله به صفحه لوله دچار خرابی شدند. بنابراین مدلسازی شرایط مختلف عملیاتی و تغییر در ساختار فیزیکی کوره صورت گرفته است. در مرحله اول، مدلسازی احتراق گاز سوختی کوره واکنش با دبی های، m3/hr 150 به همراه هوای اکسید کننده استیکیومتری و بخار آب، وm3/hr 250 به همراه 400 درصد هوای اضافی انجام شد. نتایج نشان داد ، دمای گازهای حاصل از احتراق، در حالت m3/hr150 گاز سوختی با هوای استیکیومتری، در حدود 2400 کلوین می باشد و بعد از چوک رینگ با دور شدن از مرکز شعله تا قبل از چکروال، دما تا 1900 کلوین کاهش می یابد و دما در نزدیک صفحه لوله به 1800 کلوین می رسد. از بخار آب بعنوان ملایم کننده دمای شعله به همراه گاز سوختی در همین شرایط استفاده شد، و نتایج نشان داد که استفاده از kg/hr 1200 بخار آب به همراه m3/hr 150 گاز سوختی، دمای مرکز شعله تا 1380 کلوین کاهش می یابد و به دنبال آن دمای گازهای داغ در بعد چکروال و نزدیک صفحه لوله، به 1300 کلوین می رسد و انرژی تابشی مرکز شعله را از mw/m22/3 به mw/m27/0 کاهش می دهد. از طرفی دیگر نتایج نشان داد که در حالت m3/hr 250 گاز سوختی با هوای اضافی، دمای مرکز شعله 2400 کلوین، و دمای کوره در نزدیک چکروال و صفحه لوله مشابه حالتی بود که از بخار به همراه سوخت استفاده شود در مرحله دوم، مدلسازی احتراق گاز اسیدی کوره واکنش با دبی m3/hr 11000 به همراه m3/hr10000 هوای اکسید کننده انجام گرفت. نتایج نشان داد، تغییرات اندازه سرعت گازهای داغ در کوره به دلیل شدت جریان گاز اسیدی در مرکز کوره، از m/s 8/13 تا m/s 1 در مقطع قطری کوره وجود داشت و بعد از چکروال این تغییرات سرعت در نزدیک صفحه لوله، از m/s 6 به m/s 2 رسید. توزیع دما در کوره نیز تابعی از توزیع جریان، سرعت گاز اسیدی و محصولات احتراق بود. بصورتی که ماکزیمم دمای شعله 1530 کلوین بود که تا محدوده قبل از چکروال و در مقطع های قطری در طول محور کوره، تفاوت 500 کلوینی وجود داشت. بنابراین نتایج مربوط به توزیع جریان و سرعت در کوره واکنش نشان داد، جریان گاز های داغ بعد از چکروال تابعی از جریان بالادست خود یعنی چوک رینگ و مشعل چرخشی می باشند که جریان گازهای داغ ورودی به لوله و صفحه لوله یکنواخت نمی باشد و در لوله های ناحیه مرکزی صفحه لوله جریان بیشتری از گاز داغ وجود دارد. مرحله سوم در جهت رفع مشکلات مرحله دوم، مدلسازی و امکان سنجی تغییر در ساختار فیزیکی چکروال در حالت گاز اسیدی صورت گرفته است. شرایط عملیاتی این مرحله نیز مانند مرحله دوم بود با این تفاوت سه نوع چکروال طراحی جدید بجای چکروال نوع a (موجود در کوره واکنش) در مدلسازی تعبیه شده است. نتایج حاصل از مدلسازی نشان داد که تغییرات اندازه سرعت، توزیع جریان، واکنش دهنده ها ومحصولات احتراق در بعد از چکروال نوع d به مراتب از چکروال های a,b,c بهتر است. و تغییرات اندازه سرعت در نزدیک صفحه لوله در مقطع قطری از m/s 7/4 تا m/s 2/6 می باشد. در مرحله چهارم، مدلسازی حرارتی المانی از لوله، صفحه لوله و ریفرکتوری انجام شده است. نتایج مدلسازی نشان داد که با دو لایه کردن ریفرکتوری، دمای سطح داخلی صفحه لوله از 600 کلوین به 500 کلوین کاهش داشته است. نتایج مرحله اول، دوم و چهارم مدلسازی با داده های صنعتی توافق خوبی دارند ولی مرحله چهارم پیش بینی و امکان سنجی بوده است.