我国是重质原油进口及炼制的第一大国,随着原油多样化和工况多变化,因设备腐蚀失效引发的火灾、爆炸事故多发。高硫含氯原油炼制过程中出现的铵盐结晶沉积是引起加氢空冷器管束堵塞和局部冲刷腐蚀的重要诱因。尽管工艺注水是冲洗铵盐沉积的有效手段,但由于缺少注水过程的关联分析,未充分考虑注水工况的传热汽化特性,致使注水洗盐效果不佳。因此,开展注水旋流喷嘴雾化混合特性及相变传热过程研究,建立定量的表征预测及评价方法,是提升加氢反应流出物空冷器(REAC)系统运行可靠性的关键。本文以某炼化企业REAC注水系统为研究对象,针对工艺注水洗盐过程中空冷管束的失效案例开展工艺过程的关联分析,揭示铵盐NH4Cl和NH4HS的结晶沉积腐蚀形成机理,探索工艺注水洗盐优化方案;采用模拟实验和数值仿真相结合的方法,研究工艺注水末端旋流喷嘴喷水雾化与主流气相掺混下的混合流动特性及液膜分离过程,并提出以雾化角、液体覆盖率和液滴平均粒径等表征混合流动特性;基于数值模拟分析了不同喷射参数对工艺管道内水-气混合流动特性及液滴传热蒸发的影响。本文主要研究内容及结论如下:(1)针对加氢REAC系统的工艺流程及典型运行工况,建立了依据质量守恒、基于逆序倒推法的工艺仿真计算模型,获得了 NH3、HCl、H2S气相分压随温度的变化关系,确定了管束内失效模式为NH4Cl沉积堵塞;基于Peng-Robinson状态方程,确定了满足洗盐效果的最佳注水量为12 t/h,考虑传热汽化特性,注水点位置的水相分率为29.59%。(2)设计并搭建了注水雾化混合实验平台,采用高速摄像技术及图像边界特征识别方法,提出雾化角、液体覆盖率和液滴平均粒径作为关键表征参数来进行水-气混合特性的实验评价,测试并获得变工况环境的关键表征参数的变化规律;采用volume of fluid(VOF)-Largrangian混合雾化模型和大涡模拟的方法,分析水-气混合区域内相间动量交换对液膜分离破碎的影响,对比实验数据验证数值计算正确性。(3)基于充分发展的无反应组分输运流动,采用泰勒类比-破碎模型和液滴蒸发模型,开展主流掺混的液滴喷射传热汽化数值模拟,研究雾化角、孔口直径、液滴粒径和注水量等喷射参数变量对主流介质流动及液滴传热蒸发特性的影响,确定液滴与主流介质相对接触面积和滑移速度是影响液滴传热蒸发的关键因素。本文的创新之处主要在于:1)基于VOF-Lagrangian混合雾化模型与“H-adaptive”动态自适应网格生成技术,实现了旋流雾化液膜扩散与破碎的数值模拟,揭示了常压工况下水-气混合过程中雾化液膜流动演变特性。2)构建了基于传热过程分析的含液滴传热蒸发多组分混合流动的数值预测模型,计算获得了雾化角、孔口直径、液滴粒径等关键喷射参数对流场传热动态平衡的影响规律。