顶烧制氢转化炉底部烟道开孔分析

李春亮，李洪星，高兴隆

（中石油华东设计院有限公司，山东 青岛 266071）

随着对油品质量和清洁要求的不断提高，加氢成为当前质量升级的重要手段，而其中主要的氢气来源大部分来自制氢装置。烃类和水蒸气制氢是当前制氢的主要工艺手段，而制氢转换炉是此工艺的重要设备。目前随着炼厂规模的扩大，加热炉大型化发展，顶烧制氢转化炉迎来更多的发展空间。

制氢转化炉炉膛温度高达1 000℃，各种材料均在高温下运行，这就对炉膛高温烟气的均匀性有了更高的要求[1]，而由于底部烟道的特殊结构，其烟道开孔分布对制氢转化炉流场均匀性有重要影响。如果均匀开孔，靠近出口的烟道孔流量必然会很大，导致烟气分配不均，甚至出现偏烧炉管的严重问题，同时，底部烟道砖的数量有数千个，而开孔数量仅有几十或一两百个，增大了计算难度，因此如何布置制氢转化炉底部烟道开孔成为工程中的难题。

一直以来制氢转化炉大多借助国外工艺包，对该问题的研究较少，本文将通过CFD的方法，首先模拟分析10×104m3制氢转化炉底部烟道流场，然后提出等效面积法简化分析，并验证等效面积法的有效性，接着采用等效面积法，通过CFD响应面分析得出2×104m3、4×1104m3和10×104m3这几种规模下不同尺寸对流量分配的影响，采用CFD目标驱动优化，得出这几种规模下顶烧制氢转化炉底部中间烟道开孔的优化方案，最后对边侧烟道开孔布置提出建议。

1 物理模型

国内某公司10×104m3制氢装置中的制氢转化炉如图1、图2所示。……