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發布時間:2020-08-23 15:01  
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換熱器作為油氣礦場初加工裝置主要的傳熱設備,換熱器運行情況的好壞,直接影響裝置的運行效率。由于受到檢修周期及有效檢測手段的限制,換熱器在運行過程缺乏對運行狀態的準確把握,換熱器不良運行狀態以及運行故障主要有以下幾種情況:壓降增大:造成原因主要包括:介質不潔凈或顆粒雜物太多,使板片或管束結塘或流道堵塞;受存在的非凝聚氣體影響;此外還和流體的流動速度有關,介質粘性越強、循環(流動)越慢,則壓降越大。介質內漏:換熱設備內的兩種介質由于某種原因造成高壓側介質向低壓側滲漏。(2)對于傳熱管壁和折流板的處理采用了FLUEN丁中的薄壁模型,在后續的邊界條件設置時可以設定一個給定的壁厚,這樣減少了網格數量。換熱器由于處于受壓力、介質腐燭性、流動磨燭,尤其是固定管板換熱器,還有溫差應力,管板與換熱管連接處極易泄漏,導致換熱器內漏。還有很多管殼式和板式換熱器經常發生滲漏,尤其是介質為循環水或水和高溫油類的碳鋼換熱器,泄漏頻繁,給生產帶來極大的安全隱患。泄漏:造成此原因多為密封塾片老化或者密封墊片材質選用不適,也可能是各夾緊螺桿的螺母松脫以及一些腐蝕性、氧化性很強旳物料長時間沖刷所至。結據:由于換熱器長期使用,在熱交換表面形成一定厚度的污塘或水據,增大了熱阻,從而降低了換熱器的傳熱效率。
對管殼式換熱器強化管外傳熱進行了數值模擬研宄,提出并分析了一種新型的傳熱強化元件——旋流片作為管殼式換熱器管隙間支撐物的傳熱強化機理。對用于火力發電廠的換熱器,換熱溫度通常提供高于8000C,為了滿足這一條件,熱交換器應該選區特殊的材料一一陶瓷,MonteiroDB等人門用CFD模擬來評估雷諾數在500到1500之間時傳熱因子和摩擦因子,比較了模擬結果與實驗數據。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。結果顯示,旋流片能起到擾流作用,并使流體強烈地沖刷傳熱管壁面強化傳熱。
有旋流片段的綜合因子,尾流段的綜合因子接近于,在自旋流段的綜合因子,應當充分利用自旋流段低阻的特點對換熱器進行優化。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。對復合波紋板片的板式換熱器的換熱阻力特性進行了數值模擬研究,采用非結構化網格,分別選用層流和瑞流模型,數值計算得到復合波紋型板式換熱器內部的速度場,以及復合波紋型板式換熱器在不同數范圍內的換熱準則方程式和摩擦系數關系式,證明了用數值計算方法研究復合波紋型板式換熱器流動與換熱性能的可行性。東北大學的尹俊以乂為開發平臺,利用數據庫技術,建立了獨立、幵放、數據共享、運行可靠的傳熱介質物理性能數據庫,并實現了這些數據庫的動態查詢。
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。對換熱器的出口平均溫度進行分析,分析出口平均溫度與設計溫度之間的誤差,評價換熱器的換熱性能。 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0.5m/s;順著折流板走向,換熱器殼程內砂的速度矢量值相比較大,在I m/s至1.4m/s之問變化,在折流板!幾方的砂速度;在折流板逆向換熱器殼程內介質流動方向的背部,固體砂的速度矢暈值,人約為0.1m/s這是由T一折流板的阻擋作川,降低一r砂的速度當砂粒徑較大,質較大時,砂容易在速度降低區域形成砂分沉積。砂粒徑0.2mm時,管殼式換熱器模擬運行達到穩定的情沉下,換熱器殼程內沿換熱器管民方向各個截而的砂體積分情況。根據大慶油田分公司原穩站油一油管殼式換熱器實體結構尺寸,該換熱器內部結構極為復雜,折流板、換熱管數量眾多,換熱管直徑0。山于此時管殼式換熱器殼程內部流通介質含的砂粒徑非常小,為0.2mm的流動能很好的帶動砂流動,導致換熱器整個砂的體積分布較均勻,整個殼程的含砂量都較小,接近入2類石油。