Effizienz und Sicherheit stehen beim Betrieb von Ethylen-Spaltöfen an erster Stelle. Bei diesen kritischen Prozessen entsteht Ethylen durch thermisches Cracken von Kohlenwasserstoff-Rohstoffen wie Ethan und Propan. Das Management der Wärmestromprofile in diesen Öfen ist jedoch von entscheidender Bedeutung, um Probleme wie Verkokung, Überhitzung der Rohre und Schäden an der Ausrüstung zu vermeiden. In diesem Blogbeitrag werden wir die Bedeutung von Wärmestromkorrelationen untersuchen und wie sie auf verschiedene Ethylenofenkonfigurationen angewendet werden können.
Ethylen-Ofen-Konfigurationen
Ethylen-Öfen gibt es in drei Hauptkonfigurationen:
- Nur bodenbefeuert ,
- nur wandbefeuert ,
- nur bodenbefeuert, plus wandbefeuert
Diese Konfigurationen variieren in Bezug auf die Platzierung des Brenners und die Mechanismen zur Wärmeabgabe. Um ihre Leistung zu optimieren, müssen Ingenieure verstehen, wie der Wärmefluss mit den Betriebsbedingungen und Konstruktionsparametern korreliert.
Wärmestromprofil
Das Wärmestromprofil, das die Verteilung der Strahlungswärme darstellt, die in verschiedenen Höhenlagen auf ein Rohr trifft, spielt eine entscheidende Rolle beim Betrieb von Ethylen-Crackanlagen. Es ist ein kritischer Faktor für die effiziente und sichere Steuerung des thermischen Crackprozesses.
Der Prozess des thermischen Crackens ist stark endotherm und erfordert eine intensive Hitze. Diese Wärme wird von speziellen Brennern geliefert, die bei extrem hohen Temperaturen arbeiten. Wird die Hitze jedoch ungleichmäßig angewendet, können Nebenreaktionen zur Ablagerung von kohlenstoffhaltigen Polymeren an den Rohrwänden führen, die als Koks bezeichnet werden. Dies kann zu einer lokalen Überhitzung und, wenn es nicht behoben wird, zu einem Rohrbruch führen.
Um ein optimales Gleichgewicht zwischen Umwandlungseffizienz, Lauflänge und Lebensdauer der Anlage zu erreichen, ist es unerlässlich, ein geeignetes Wärmestromprofil festzulegen. Dieses Profil ist eine Funktion verschiedener Parameter, einschließlich der Höhe, in der der maximale Wärmefluss auftritt (zmax) und des Wärmestroms am Boden (y0).
Korrelationsgleichungen
Um den Wärmefluss vorherzusagen und zu steuern, wurden Gleichungen und Korrelationen für alle wichtigen Ethylen-Spaltofenkonfigurationen entwickelt. Lassen Sie uns auf einige wichtige Aspekte eingehen:
- Bodenbeheizte Öfen: Der Wärmefluss von Bodenbrennern, wie er mit der Höhe variiert, wird durch eine Differentialgleichung beschrieben. Die Analogie der Jettheorie hilft dabei, diese Gleichung zu etablieren, die die Korrelation zwischen Wärmefluss und Höhe vereinfacht.
- Wandbeheizte Öfen: Wandbefeuerte Öfen werden überwiegend mit vorgemischten Brennern verwendet, wodurch die Berechnung des Wärmestroms relativ einfach ist. Diese Berechnungen basieren auf dem Punktquellenmodell und dem inversen Aspektverhältnis des Ofens.
- Boden plus wandbefeuerte Öfen: In diesem Fall dient der Boden als Referenzhöhe für die Wärmeabgabe. Die Korrelationsgleichung wird entsprechend angepasst.
Vorhersage des Wärmeflusses
Es ist entscheidend zu wissen, wie man den Wärmefluss in Abhängigkeit von Betriebs-, Brenner- und Ofenfaktoren vorhersagen kann. Diese Vorhersagefähigkeit ermöglicht es Ingenieuren, Wärmestromprofile frühzeitig im Konstruktionsprozess zu beeinflussen und fundierte Entscheidungen über Brennerkonfigurationen und Betriebsbedingungen zu treffen.
Wir haben Schlüsselparameter wie den Wärmefluss am Boden (y0) und die Höhe des Spitzenflusses (zmax) mit Betriebs-, Ofen- und Brennerfaktoren korreliert, was zu semi-empirischen Modellen führt, die ihren Einfluss vorhersagen. Das bedeutet, dass Sie, wenn Sie die Höhe des maximalen Wärmestroms (zmax) und den anfänglichen Wärmefluss (Wärmefluss am Boden, y0) kennen, die gesamte Kurve bestimmen können. Diese Modelle wurden in unser proprietäres Programm integriert, das nicht nur den Wärmestrom, sondern auch Emissionen wie NOx und CO berechnet, neben anderen kritischen Design- und Leistungsergebnissen.
Schlussfolgerung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Verständnis und die Vorhersage von Wärmestromkorrelationen in Ethylen-Spaltöfen für die Optimierung ihrer Leistung unerlässlich sind. Gleichungen und Korrelationen wurden für verschiedene Ofenkonfigurationen entwickelt, und diese Vorhersagemodelle bieten ein wertvolles Werkzeug für die Planung, den Betrieb und die Sicherheit von Ofen. Durch die Zusammenarbeit mit Brennerkonstrukteuren und die Verwendung dieser Modelle können Ethylenhersteller einen effizienten und zuverlässigen Betrieb gewährleisten und gleichzeitig die höchsten Sicherheitsstandards einhalten.
