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換熱器作為油氣礦場初加工裝置主要的傳熱設(shè)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(tài)的準(zhǔn)確把握,換熱器不良運行狀態(tài)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(zhì)不潔凈或顆粒雜物太多,使板片或管束結(jié)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(guān),介質(zhì)粘性越強、循環(huán)(流動)越慢,則壓降越大。介質(zhì)內(nèi)漏:換熱設(shè)備內(nèi)的兩種介質(zhì)由于某種原因造成高壓側(cè)介質(zhì)向低壓側(cè)滲漏。換熱器由于處于受壓力、介質(zhì)腐燭性、流動磨燭,尤其是固定管板換熱器,還有溫差應(yīng)力,管板與換熱管連接處極易泄漏,導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)漏。還有很多管殼式和板式換熱器經(jīng)常發(fā)生滲漏,尤其是介質(zhì)為循環(huán)水或水和高溫油類的碳鋼換熱器,泄漏頻繁,給生產(chǎn)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(zhì)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。(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。結(jié)據(jù):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(jù),增大了熱阻,從而降低了換熱器的傳熱效率。
換熱器流動傳熱性能模擬和等人釆用多孔介質(zhì)模型對液態(tài)金屬換熱器和蒸汽發(fā)生器進行了數(shù)值模擬計算,并將得到的結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比??紤]介質(zhì)在管束間流動各項異性的特點,在分布阻力和體積多孔度的基礎(chǔ)上,提出了表面滲透度的概念,將其與試驗結(jié)果進行對比,取得了理想的結(jié)果。采用多孔介質(zhì)模型,對電廠蒸汽冷凝器的工作特性進行了數(shù)值模擬計算。(2)研究油田原穩(wěn)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(nèi)的含砂量分布情況。由于此模型的物理過程存在相變,導(dǎo)致模擬變得更加復(fù)雜,因而計算中采用了簡單的各向同性假設(shè)和一方程模型,并將其與試驗結(jié)果進行對比,結(jié)果吻合較好。
N Jiang和J Li對螺旋管式換熱器的壓力降進行了數(shù)值模擬研究。Ozkaya和Aradag等人[4]利用CFD軟件數(shù)值模擬研究了V字形密封板式換熱器的流動傳熱特性,模擬不同進出口溫度和質(zhì)量流率的工況,得到了換熱器冷端和熱端的出口溫度和壓降,基于實驗數(shù)據(jù),分析了不同努塞爾數(shù)和摩擦系數(shù)的相關(guān)性。換熱器由于處于受壓力、介質(zhì)腐燭性、流動磨燭,尤其是固定管板換熱器,還有溫差應(yīng)力,管板與換熱管連接處極易泄漏,導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)漏。Kotcioglu i和Nasiri KM等人應(yīng)用理想換熱器模型進行數(shù)值模擬研究,使用修改后的k-‘湍流模型,得到矩形通道板翅縱向打斷、放大和收縮時的溫度、速度和壓力分布圖。
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(nèi)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(nèi)介質(zhì)流動方向的背部,固體砂的速度矢量值,大約為0. I m/s。這是由于折流板的阻擋作用,降低了砂的速度。當(dāng)砂粒徑較大更容易在速度降低區(qū)域形成砂沉積,衛(wèi)比砂粒徑0.2m m時更為明顯。對同軸徑向熱管換熱器殼程進行模擬計算,分析煙,速度、溫度及局部對流換熱系數(shù)沿殼程的變化規(guī)律,并尋求換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化值。當(dāng)砂粒徑為0.4mm,換熱器運行穩(wěn)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(qū)占整個殼程的體積分數(shù)低于5%。
隨著結(jié)塘厚度的增加,換熱器管程出口溫度升高,殼程出口溫度降低。由于換熱面污據(jù)的存在,增大了換熱面的導(dǎo)熱熱阻,減小了其導(dǎo)熱系數(shù),使管殼程的傳熱系數(shù)降低,從而影響了換熱器的換熱性能。最終導(dǎo)致?lián)Q熱管程出口溫度升高,殼程出口溫度降低。采用換熱器的傳熱系數(shù)作為換熱器換熱效果的評價標(biāo)準(zhǔn),以此來對比各組結(jié)坂工況的換熱器傳熱性能。隨著污振厚度的增加,換熱器的傳熱系數(shù)降低,這是由于污塘的存在,導(dǎo)致了換熱面的導(dǎo)熱熱阻增加,導(dǎo)熱系數(shù)減小,導(dǎo)致的換熱器傳熱系數(shù)降低,換熱效率減小。管殼式換熱器作為重要的換熱設(shè)備,在石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,其換熱性能對這些領(lǐng)域的工藝流程影響較大。這說明:隨著換熱面結(jié)塘厚度旳增加,換熱器的傳熱性能降低。且隨著結(jié)拒厚度的增加,換熱器傳熱性能的這種降低趨勢越發(fā)平緩。