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發布時間:2020-07-30 14:12  






換熱器是油田化工和其他許多工業部門廣泛應用的一種通用工藝設備,其中管殼式換熱器在石油化工行業中應用尤為廣泛。單弓形折流板管殼式換熱器物理模型復雜,因此選用適應性強的正四面體和金字塔形非結構化網格,使用GAMBIT劃分網格。而管殼式換熱器成本較高,其熱工性能決定著后期運行成本。為此,國內外眾多學者對其流動傳熱進行了大量的研究。大慶油田擁有大量的管殼式換熱器,其性能直接影響的處理過程和油田節能減排的落實程度,而隨著含水率增加,換熱器結據率明顯,易造成其壁面的結塘甚至堵塞,并且由于污拒會對換熱器材料腐蝕,容易導致壁面穿孔造成物料泄漏和損失,甚至產生隱患。為消除換熱器結據和泄漏造成的損失,油田管理部門每年都對換熱器進行清洗、堵漏作業,但目前尚無有效手段快速地評價換熱器的結塘和泄漏情況,導致需要針對每一臺換熱器進行處理,造成管理成本的增加。而管殼式換熱器的流動傳熱特性是評價其結塘、池漏的關鍵,也是進行有效預測的前提條件。

無論出現哪種管殼式冷凝器故障,都會降低換熱器的換熱效率,影響系統的正常運行。殼程為沙子和的兩相流動,沙子的粒徑根據現場采集的數據大約在0。近年來,粗加工裝置換熱器內漏、結塘堵塞問題越來越突出,尤其換熱器,已嚴重影響裝置的平穩運行。目前,原穩站管殼式換熱器運行效果多人為經驗判斷,不能及時準確地對運行效果、存在問題進行診斷。因此,換熱器在線檢測技術開發與應用是提高粗加工裝置運行安全性的手段之一。本課題通過研究油田用管殼式換熱器內部結塘及泄漏問題,建立換熱器運行傳熱與流動數學模型,分析換熱器管壁結拒及泄漏對換熱器換熱流動特性的影響,并根據現場運行參數,對換熱器的換熱性能指標進行算例分析,從而對換熱器設備檢修與維護提供參考,同時可為油田用管殼式換熱器的改造與設計提供借鑒思想。
譽金機械運用CFD數值模擬方法,借助FLUENT數值模擬軟件對管殼式換熱器的三維模型進行模擬,通過對換熱器結垢和泄漏時的速度場、溫度場等分析,得出泄漏和結垢對換熱器流動傳熱性能的影響,為下一步利用熱工參數評價換熱器結垢和泄漏提供理論依據。采用多孔介質模型,對電廠蒸汽冷凝器的工作特性進行了數值模擬計算。主要內容如下:
1.管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律研究。
(1)考慮管壁污垢傳熱的影響,建立管殼式換熱器的三維流動傳熱模型;
(2)研究油田原穩站用油一油管殼式換熱器運行過程中,含砂對換熱器殼程流場分布的影響,研究殼程流場內的含砂量分布情況;
(3)研究結垢厚度對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律。
2.管殼式換熱器內部換熱面泄漏對換熱器流動傳熱性能的影響規律研究。
(1)建立管殼式換熱器換熱面泄漏的三維流動傳熱物理模型:
(2)研究泄漏口尺寸對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律;
(3)研究泄漏口位置沿換熱器管長方向變化對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律;
(4)研究泄漏口所在換熱管沿換熱器管徑方向變化對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律;
(5)研究泄漏口數量對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律。
管殼式換熱器運行過程中的速度矢量分布,在換熱器運行過程中,換熱器殼程入口段的速度矢量值在0.4m/s;川頁著折流板走向,換熱器殼程內砂的速度矢量值在0.6m/s至2m/s之間變化,在折流板上方的砂速度;在折流板逆向換熱器殼程內介質流動方向的背部,固體砂的速度矢量值,大約為0. I m/s。由于換熱面污據的存在,增大了換熱面的導熱熱阻,減小了其導熱系數,使管殼程的傳熱系數降低,從而影響了換熱器的換熱性能。這是由于折流板的阻擋作用,降低了砂的速度。當砂粒徑較大更容易在速度降低區域形成砂沉積,衛比砂粒徑0.2m m時更為明顯。當砂粒徑為0.4mm,換熱器運行穩定時,管殼式換熱器殼程入u處的含砂率較高,大約在so%左右,殼程整體砂體積變化范圍在5%-20%之間,由于本次分析的砂粒徑較大,為0.4mm,故在殼程折流板根部有少量砂沉積,但沉積區占整個殼程的體積分數低于5%。