急冷锅炉是乙烯生产的关键设备之一,它的安全稳定运行对乙烯装置的稳定运行、增加乙烯收率,具有重要意义。大庆石化总厂某乙烯装置的第一急冷锅炉在现场运行时发现多根炉管的内管在靠近锅炉给水出口区域出现失稳现象。由于其高温高压的运行条件,目前人们对急冷锅炉内部的流动和沸腾传热特性尚不完全清楚。本文利用CFD软件对各炉管内热负荷均匀情况下锅炉给水的流量分配规律以及单根炉管环套空间内流体的流动和传热特性进行了数值模拟研究。并结合内管材料分析和强度评价的结果,综合分析了急冷锅炉炉管失稳的主要原因,为急冷锅炉的升级改造提供技术依据。通过对急冷锅炉的单个换热单元进行整体三维CFD数值模拟可知,在同等条件下,处在两端的炉管的流量偏小,中间6根炉管的流量要大于平均的流量而且各炉管之间的流量偏差很小。在得到各炉管之间锅炉给水流量分配的规律后,为进一步对炉管的流场和温度场特性进行研究,在两相流Mixture模型的基础上,应用CFD软件对急冷锅炉双套管内高压水的流动和沸腾过程进行了数值模拟研究。得到了单根炉管内的速度场、温度场和气液分布的规律,确定在靠近锅炉给水出口区域最容易发生传热恶化。结合数值模拟结果、炉管材料现场分析数据和强度评价计算结果,综合分析得到了炉管失稳的原因。急冷锅炉的本身存在流量分配不均,工况波动时正常水循环发生恶化,使部分炉管锅炉给水出口处发生传热恶化,导致内管超温材质性能急剧下降,在外压作用下发生失稳。数值模拟计算得出的易发生失稳的炉管及其主要失效部位均与现场实际情况基本吻合。