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發布時間:2021-09-13 17:57  
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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。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。在對換熱器結構進行建模時,考慮換熱器入日和出口部分對于一換熱器殼程整體流動特性的影響。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。
用TS模型和多模型組合預測冷凝器污垢。以實驗裝置中的3處壁溫、污管的出入口溫度、污管中流體的流速和污管熱阻為輸入,建立基于徑向基神經網絡的污垢預測模型,對篩選出的160組數據進行預測,與BP網絡相比,該網絡預測污垢熱阻的收斂速度和精度都優于BP網絡。早在上世紀六十年代就有學者首先提出污垢熱阻隨時間的變化是沉積率與剝蝕率之差這一結垢模型,將污垢熱阻隨時間的變化關系歸納為線性污垢模型、冪律污垢模型、降律污垢模型、漸近污垢增長模型,而且己有基于上述方法制成的儀器儀表,對污垢清洗具有重要的指導作用。網格過多,一方面會嚴重消耗計算機資源,另一方面大量的數值耗散積累會影響計算結果的正確性。但是,管殼式換熱器結垢對其內部流動換熱性能影響的研究相對較少。
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。 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。數值模擬所用的時間相對于實驗要少,方便從各種參數的匹配組合中快速選擇的方案。
基于進出口動態參數的管殼式換熱器內部故障診斷預測研究。
(1)基于進出口動態參數,建立管殼式換熱器結垢厚度和泄漏量的理論評價模型,給出評價模型的求解方式;
(2)基于分公司某大隊管殼式換熱器運行過程中的進出口動態參數,分析換熱器內部運行狀況,利用管殼式換熱器結垢和泄漏的理論預測模型進吝分析,給出預測模型應用誤差。 油田原穩站油一油管殼式換熱器內部結構復雜,結構尺寸大,采用數值模擬研究時,對計算機配置要求較高,采用CFD前處理軟件很難對現場實際模型進行網格劃分,為便于研究分析,本課題在研究的過程中,對現場實際換熱器進行模型簡化處理。在污水流量變化的情況下,分別測試了沉浸式換熱器在冬、夏季的傳熱系數。
本文主要研究管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律。考慮管壁污垢傳熱的影響,將污垢當量到管殼式換熱器的換熱管壁,建立管殼式換熱器的三維流動傳熱模型。國內外己有的研究,對于管殼式換熱器內漏問題的數值模擬研究相對較少。在此基礎上,建立了管殼式換熱器內兩相流(油一砂)數學模型一混合模型,包括質量守恒方程、混合模型的動量方程、第二相的體積分數方程、相對(滑流)速度和漂移速度方程,采用有限體積法離散模型,使用穩態、隱式、分離式求解器,基于交錯網格的SIMPLE算法解決速度壓力藕合問題,研究中砂對換熱器殼程流場的影響,并分析結垢厚度對管殼式換熱器管程、殼程出口溫度和傳熱系數等參數的影響。