شبیه سازی همزمان محفظه جابجایی و جریان سیال در لولههای کوره H-151 واحد تقطیر پالایشگاه اصفهان به کمک CFD

نوع مقاله : مقاله شیمی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران.

2 مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان، زاهدان، ایران

3 مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شهید نیکبخت، دانشگاه سیستان و بلوچستان،زاهدان، ایران

چکیده

در این مقاله به شبیه سازی محفظه جابه‌جایی کوره H-151 واحد تقطیر پالایشگاه اصفهان با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) پرداخته شده است. این شبیه سازی شامل بررسی همزمان جریان سیال درون لوله‌های محفظه جابه‌جایی و جریان گاز محفظه جابه‌جایی از روی لوله‌ها عبور می کند و نیز بررسی جریان گاز محفظه جابه‌جایی با افزودن لوله‌های اضافی در حالت دو بعد می‌باشد. برای لوله و محفظه جابه‌جایی استقلال از شبکه انجام گردید و بهترین شبکه‌بندی برای لوله با تعداد مش 315000 و برای محفظه جابه‌جایی با تعداد مش 67024 انتخاب گردید. برای لوله، درصد خطاهای نمودار دما و سرعت با مش 315000 به ترتیب برابر با 021/0 و 0569/0 درصد می‌باشند. برای محفظه جابه‌جایی، در صد خطاهای نمودار دما و سرعت با مش 67024 به ترتیب 0712/0 و 0254/0 درصد می‌باشند. نمودارهای سرعت و دما برای لوله، محفظه جابه‌جایی و محفظه جابه‌جایی با لوله‌های اضافه شده در مختصات مختلف به‌دست آمد و مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان می دهد جریان در ابتدای لوله به‌صورت درهم می‌باشد. به دلیل بزرگ بودن طول لوله سرعت جریان سیال درون لوله، از یک فاصله 4/1 متر به بعد به توسعه یافتگی می‌رسد. با مقایسه نتایج به‌دست آمده از محفظه جابه‌جایی و محفظه جابه‌جایی با لوله‌های اضافه شده، مشخص شد که با اضافه شدن لوله‌ها دما و سرعت گاز عبوری از روی لوله‌ها کاهش پیدا می‌کند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Coupled simulation of convection section and the fluid flow in the furnace tubes H-151 of Distillation Unit of Esfahan Refinery by CFD

نویسندگان [English]

  • fatemeh karimiyan 1
  • Mohammad Reza Sardashti Birjandi 2
  • Farhad Shahraki 3
1 Coupled simulation of convection section and the fluid flow in the furnace tubes H-151 of Distillation Unit of Esfahan Refinery by CFD
2 Department of Chemical Engineering, Shahid Nikbakht Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
3 Department of Chemical Engineering, Shahid Nikbakht Faculty of Engineering, University of Sistan and Baluchestan, Zahedan, Iran
چکیده [English]

In this paper, the simulation of the displacement enclosure of the H-151 furnace unit of the distillation unit in the Isfahan refinery is carried out by using computational fluid dynamics (CFD). This simulation involves simultaneous investigation of fluid flow inside the tubes of displacement enclosure and the flue gas flow of convection section through the tubes as well as displacement enclosure gas flow by adding additional tubes in a two-dimensional state. Grid independency study was done for tube and displacement enclosure and the best grid with numbers of 315000 and 67024 were chosen for tube and displacement enclosure, respectively. The error of temperature and velocity diagrams for tubes with grid numbers 315000 were 0.021% and 0.0569% and for displacement enclosure with grid numbers, 67024 were 0.0712% and 0.0254%, respectively. The velocity and temperature diagrams for the tube, displacement enclosure, and displacement enclosure with additional tubes were obtained and examined. The results show that the flow at the beginning of the tube is turbulent. The fluid velocity inside the tube has been developed from 1.4 meters due to the large length of the tube. The comparison of the results obtained from the displacement enclosure with/without additional tubes has been shown that the temperature and velocity of the gas passing through the tubes are reduced by using additional tubes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Computational Fluid Dynamics Simulation
  • Refinery Distillation Unit Furnace
  • Tube Furnaces
  • Convection Section

مراجع

[1] P. Mullinger, B. Jenkins, “Industrial and process furnaces principles”, design and operation, First edition, Elsevier, 2008.
[2] نکیسا یعقوبی، سیاوش سیدنژادیان و رامین مغرضی، «سینتیک و پدیدههای انتقال و جفت شدن اکسایشی متان: مدلسازی CFD در مقیاس دانه ای»، مجله مدلسازی در مهندسی، دوره 12 ،شماره 39 ،زمستان 1393 ،صفحه 123-141.
[3] سید حسین حسینی و اشکان محصلی، «مطالعه انتقال حرارت از دیواره بستر حبابی گاز-جامد به ذرات جامد درون آن به کمک دینامیک سیالالت محاسباتی»، مجله مدلسازی در مهندسی، دوره 14 ،شماره 46 ،پاییز 1395 ،صفحه 123-136.
[4] رحمان زینالی، کامران قاسم زاده و علیرضا بهروز سرند، «مدلسازی عملکرد غشای نانوساختار گرافنی جهت جداسازی هیدروژن به کمک روش دینامیک سیالات محاسباتی»، دوره 16، شماره 55، زمستان 1397، صفحه 77-86.
[5] T. Taha, and Z. F. Cui, “CFD modelling of slug flow in vertical tubes”, Chemical Engineering Science, Vol. 61, 2006, pp. 676-687.
[6] C. M. Schietekat, M. M. Van Geothem, K. M. Van Geem, and G.B. Marin, “Swirl flow tube reactor technology: An experimental and computational fluid dynamics study”, Chemical Engineering Journal, Vol. 238, 2014, pp. 56-65.
[7] B. C. Nguyen, Q. V. Pham, M. G. Normah, and J. T. Oh, “Convective heat transfer characteritics of single phase liquid in multiport minichannel tube: Experiment and CFD simulation”, Energy Procedia, Vol. 75, 2015, pp. 3180-3185.
[8] M. Landfahrer, R. Prieler, B. Mayr, H. Gerhardter, R. Schongrundner, R. Klarner, and C. Hochenauer, “Development of a numerically efficient CFD model to predict transient temperature distribution of mother tubes moving translative and rotative through a gas fired furnace”, Applied Thermal Engineering, Vol. 123, 2017, pp. 290-300.
[9] Y. L. Han, R. Xiao, and M. Y. Zhang, “Combustion and pyrolysis reactions in a naphtha cracking furnace”, Chem. Eng. Technol, Vol. 29, 2006, pp. 112–120.
[10] R. Vuthaluru, and H. B. Vuthaluru, “Modeling of a wall fired furnace for different operating conditions using FLUENT”, Fuel Process, Technol., Vol. 87, 2006, pp. 633–639.
[11] A. Gomez, N. Fueyo, and L. Ignacio Diez, “Modelling and simulation of fuid flow and heat transfer in the convective zone of a power-ganeration boiler”, Applied Thermal Engineering, Vol. 28, 2008, pp. 532-546.
[12] E. Keshavarz, D. Toghraie, and M. Haratian, “Modeling industrial scale reaction furnace using computational fluid dynamics: A case study in Ilam gas treating plant”, Applied Thermal Engineering, Vol. 123, 2017, pp. 277-289.
[13] Z. Fang, T. Qiu, and W. Zhou, “coupled simulation zonal firebox model and detailed kinetic reactor model in an industrial ethylene cracking furnace”, Chines Journal of Chemical Engineering, Vol. 25, 2017, pp. 1091-1100.
[14] A. Haghighieh Asl, and M. Sadr Ameli, “Development of thermal models to simulate the radiation section of thermal furnaces”, Master Thesis, Tarbiat Modares University, Faculty of Engineering, 1995.
[15] Z. S. Hosseini, M. Farsi, and M. Rahimpour, “Dynamic modeling and multi-objective optimization of naphtha heat failure furnace for ethylene production considering the inhibitory effect of coke deposition”, M.Sc. Thesis, Shiraz University, Faculty of Chemical Engineering, 2016.
[16] H. Hosseinzadeh, and N. Rezazadeh, “Evaluation of two-equation turbulence models in the discussion of heat transfer in heat treatment furnaces”, Cement, 2016, pp. 17-28.
[17] M. Raouf, M. Farsi, P. Sotoudeh, and M. R. Rahimpour, “Simulation and Optimization of 2,1 Dichloroethane Heat Fracture Furnace”, M.Sc. Thesis, Shiraz University, Faculty of Chemical, Oil and Gas Engineering, 2018.
[18] R. Firoozi, and H. Nazif, “Reducing the heat loss of natural gas dehumidification furnace by combining methods of exergy analysis and computational fluid dynamics (CFD) (Case study: Furnace Unit 104 of Parsian Gas Refining Company)”, M.Sc. Thesis, Imam International University Khomeini (RA) Faculty of Engineering, 2019.
[19] M. Landfahrer, R. Prieler, B. Mayr, H. Gerhardter, R. Schongrundner, R. Klarner, and C. Hochenauer, “Development of a numerically efficient CFD model to predict transient temperature distribution of mother tubes moving translative and rotative through a gas fired furnace”, Applied Thermal Engineering, Vol. 123, 2017, pp. 290-300.
مدل سازی در مهندسی
دوره 20، شماره 68
فروردین 1401
صفحه 189-205

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 30 خرداد 1400
  • تاریخ بازنگری: 12 مهر 1400
  • تاریخ پذیرش: 18 مهر 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار