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無論出現(xiàn)哪種殼管式冷凝器故障,都會(huì)降低換熱器的換熱效率,影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。換熱器流動(dòng)傳熱性能模擬和等人釆用多孔介質(zhì)模型對(duì)液態(tài)金屬換熱器和蒸汽發(fā)生器進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,并將得到的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。近年來,粗加工裝置換熱器內(nèi)漏、結(jié)塘堵塞問題越來越突出,尤其換熱器,已嚴(yán)重影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。目前,原穩(wěn)站管殼式換熱器運(yùn)行效果多人為經(jīng)驗(yàn)判斷,不能及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)運(yùn)行效果、存在問題進(jìn)行診斷。因此,換熱器在線檢測技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用是提高粗加工裝置運(yùn)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(nèi)部結(jié)塘及泄漏問題,建立換熱器運(yùn)行傳熱與流動(dòng)數(shù)學(xué)模型,分析換熱器管壁結(jié)拒及泄漏對(duì)換熱器換熱流動(dòng)特性的影響,并根據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行參數(shù),對(duì)換熱器的換熱性能指標(biāo)進(jìn)行算例分析,從而對(duì)換熱器設(shè)備檢修與維護(hù)提供參考,同時(shí)可為油田用管殼式換熱器的改造與設(shè)計(jì)提供借鑒思想。
采用的模型為大慶油田分公司原穩(wěn)站生產(chǎn)用油一油管殼式換熱器,內(nèi)部流通介質(zhì)為,內(nèi)部含有細(xì)沙等雜質(zhì),這些雜質(zhì)也是導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)部結(jié)垢的主要因素。而當(dāng)量均拒只為分析結(jié)坂對(duì)換熱器傳熱性能的影響,本課題忽略結(jié)坂對(duì)換熱器內(nèi)部流場的影響,只考慮結(jié)塘對(duì)換熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊?。?duì)于管殼式換熱器,換熱管直徑相對(duì)很小,數(shù)量眾多,容易發(fā)生堵塞和結(jié)垢,而且對(duì)換熱管的清洗和更換十分困難,管殼式換熱器管程內(nèi)部的流通介質(zhì)為比較清潔的流體。綜合油一油管殼式換熱器此特點(diǎn),本課題著重研究換熱器殼程側(cè)的結(jié)垢。
根據(jù)大慶油田分公司原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器實(shí)體結(jié)構(gòu)尺寸,該換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜,折流板、換熱管數(shù)量眾多,換熱管直徑0.032m,殼程直徑1.4m,換熱器長度為1 Om。目前,油田三次采油中大量應(yīng)用新型聚合物,導(dǎo)致管殼式換熱器結(jié)垢明顯增多,造成換熱熱阻增加、換熱性能降低。換熱器體積巨大,換熱管直徑與換熱器長度的比值小,利用CFD前處理軟件對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格處理困難,網(wǎng)格數(shù)量太多,對(duì)計(jì)算機(jī)配置的要求非常高。
濰坊譽(yù)金機(jī)械對(duì)原穩(wěn)站油行山管殼式換熱器實(shí)體模型進(jìn)行簡化建模,同時(shí)兼顧課題研究的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性。
(1)建模時(shí)保留了折流板,考慮折流板對(duì)殼程流體流動(dòng)和傳熱的影響。
(2)對(duì)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(xù)的邊界條件設(shè)置時(shí)可以設(shè)定一個(gè)給定的壁厚,這樣減少了網(wǎng)格數(shù)量。
(3)管束的_l幾封頭和下封頭沒有參與整個(gè)換熱器的傳熱和流動(dòng),不影響數(shù)值計(jì)算的結(jié)果,因此在建模時(shí)將上封頭和下封頭進(jìn)行簡化處理。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(duì)這些領(lǐng)域的工藝流程影響較大。 在對(duì)換熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模時(shí),考慮換熱器入日和出口部分對(duì)于一換熱器殼程整體流動(dòng)特性的影響。由于單弓形折流板管殼式換熱器是復(fù)雜幾何體,網(wǎng)格劃分需要采用分塊劃分的方法,將整個(gè)模型劃分成入口段、出口段和殼程三部分,進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,采用劃分的四面體和金字塔網(wǎng)格。