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發布時間:2020-12-22 04:52  
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管殼式換熱器作為重要的換熱設備,在石油化工生產領域廣泛應用,其換熱性能對這些領域的工藝流程影響較大。對于管殼式換熱器,換熱管直徑相對很小,數量眾多,容易發生堵塞和結垢,而且對換熱管的清洗和更換十分困難,管殼式換熱器管程內部的流通介質為比較清潔的流體。目前,油田三次采油中大量應用新型聚合物,導致管殼式換熱器結垢明顯增多,造成換熱熱阻增加、換熱性能降低;并且,污垢中腐蝕性介質腐蝕金屬管壁,導致其穿孔,即形成管殼式換熱器泄漏、致使物料污染。快速有效識別管殼式換熱器結垢和泄漏故障是縮短維修周期、降低更換換熱管件的基本保障,而管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性是開發相關技術的關鍵所在。獲取管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性,對基于熱工參數檢測管殼式換熱器的結垢和泄漏的相關技術發展具有重要意義。本文以管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性為研宄目標,對管殼式換熱器結垢及泄漏模型、求解方法,管殼式換熱器結垢及泄漏預測模型,現場試驗方法進行了研宄。

一種管殼式換熱器殼程單相流動和傳熱的三維模擬方法,用體積多孔度、表面滲透度、分布阻力和分布熱源來考慮殼程復雜幾何結構造成的流道縮小和流動阻力、傳熱效應,通過數值求解平均的流體質量、動量、能量守恒方程,得到殼程流動和換熱的分布。列管冷凝器采用有限體積法計算模擬流動傳熱過程的基本理論和方法,揭示了三葉孔板換熱器殼側傳熱強化的物理機制,數值模擬還表明在本次研究范圍之內,改變三葉孔板板距對殼側強化傳熱速率影響不明顯,但對流動阻力和綜合性能的影響較大。對上述提到的三維數值模擬方法也有過類似的研究。 實驗方法研究了空氣在具有3種不同管徑19,25. 32mm的波紋管內的流動與換熱特性。管外壁采用電加熱,來模擬均勻熱流條件,測得了不同工況下各種管徑的平均對流換熱系數和阻力系數,擬合出了所測的參數范圍內的阻力和換熱實驗關聯式,并比較了相同管徑的波紋管和光管的換熱效果。
對于管殼式換熱器的流動傳熱特性,綜合以上,將己有的研究分為三部分:
(1)利用FLUENT數值模擬軟件對管殼式換熱器進行數值模擬,得到了符合實際的換熱器流動傳熱性能;
(2)通過分析泄漏情況下換熱器溫度參數的變化情況,提出了通過分析換熱器管程和殼程進出口溫度變化來判斷換熱器是否泄漏的方法;側重分析其泄漏時殼程的流體流動的流型。
(3)運用熱力學能耗分析法,分析管殼式換熱器中污垢的厚度對換熱強度、流動壓降及其有效能損失的影響。換熱器的復雜結構使換熱器局部產生了“傳熱死區”和“流動死區”,這些死區的存在影響了換熱器內自然循環的形成。 國內外己有的研究,缺乏對管殼式換熱器管程流體流動傳熱的數值模擬研究,并且在換熱器的實際生產運行過程中,對換熱器當前運行效果的診斷分析不明確。
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。在實驗基礎上,采用周期性單元流道模型數值模擬了旋流片產生的衰減性自旋流的流動和傳熱特性,并采用分段綜合因子分析了傳熱強化的機理。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%。