効率と安全性は、エチレン分解炉の運転において最も重要です。これらの重要なプロセスは、エタンやプロパンなどの炭化水素原料の熱分解によってエチレンを生成します。しかし、これらの炉の熱流束プロファイルを管理することは、コークス化、チューブの過熱、機器の損傷などの問題を防ぐために重要です。このブログ記事では、熱流束相関の重要性と、それらをさまざまなエチレン炉構成にどのように適用できるかを探ります。
エチレン炉の構成
エチレン炉には、3つの主要な構成があります:
- 床焼成のみ
- 壁焼成のみ
- 床プラス壁焼成
これらの構成は、バーナーの配置と熱放出メカニズムの点で異なります。その性能を最適化するために、エンジニアは熱流束が動作条件や設計パラメータとどのように相関しているかを理解する必要があります。
熱フラックスプロファイル
熱フラックスプロファイルは、異なる高さでチューブに入射する輻射熱の分布を表し、エチレン分解ユニットの動作において重要な役割を果たします。これは、熱分解プロセスを効率的かつ安全に管理するための重要な要素です。
熱分解プロセスは非常に吸熱性であり、強烈な熱を必要とします。この熱は、非常に高温で動作する特殊なバーナーによって供給されます。しかし、熱が不均一に加えられると、副反応により、コークスと呼ばれる炭素質ポリマーがチューブ壁に堆積する可能性があります。これにより、局所的な過熱が発生し、対処せずに放置するとチューブが破裂する可能性があります。
変換効率、ランレングス、および機器の寿命の最適なバランスを実現するには、適切な熱流束プロファイルを確立することが不可欠です。このプロファイルは、最大熱流束が発生する標高(zmax)や床の熱流束(y0)など、さまざまなパラメータの関数です。
相関方程式
熱流束を予測し制御するために、すべての主要なエチレン分解炉構成について方程式と相関が開発されました。いくつかの重要な側面を掘り下げてみましょう:
- 床焚き炉:床バーナーからの熱流束は、標高によって変化するため、微分方程式で表されます。ジェット理論のアナロジーは、この方程式を確立するのに役立ち、熱流束と高度の間の相関関係を単純化します。
- 壁焼成炉: 壁焼成炉は主にプレミックスバーナーとともに使用されるため、熱流束の計算は比較的簡単です。これらの計算は、点光源モデルと炉の逆アスペクト比に基づいています。
- フロアプラス壁焼成炉:この場合、床は熱放出の基準標高として機能します。相関方程式はそれに応じて調整されます。
熱流束の予測
運転、バーナー、炉の要因の関数として熱流束を予測する方法を知ることは非常に重要です。この予測機能により、エンジニアは設計プロセスの早い段階で熱流束プロファイルに影響を与え、バーナーの構成と動作条件について十分な情報に基づいた決定を下すことができます。
床面の熱流束(y0)やピークヘットフラックスの上昇率(zmax)などの主要なパラメータを、運転、炉、バーナーの係数と相関させ、その影響を予測する半経験的モデルを作成しました。つまり、最大熱流束(zmax)と初期熱流束(床の熱流束、y0)の標高がわかっている場合は、曲線全体を決定できます。これらのモデルは、熱流束だけでなく、NOxやCOなどの排出量も計算する独自のプログラムに組み込まれており、その他の重要な設計および性能出力も計算します。
結論
要約すると、エチレン分解炉の熱流束相関を理解し、予測することは、その性能を最適化するために不可欠です。方程式と相関関係は、さまざまな炉構成に対して開発されており、これらの予測モデルは、炉の設計、運用、および安全性のための貴重なツールを提供します。バーナー設計エンジニアと協力し、これらのモデルを利用することで、エチレン生産者は最高の安全基準を維持しながら、効率的で信頼性の高い運転を確保できます。
