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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。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;并且,污垢中腐蝕性介質(zhì)腐蝕金屬管壁,導(dǎo)致其穿孔,即形成管殼式換熱器泄漏、致使物料污染??焖儆行ёR別管殼式換熱器結(jié)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(jié)垢和泄漏的傳熱特性是開發(fā)相關(guān)技術(shù)的關(guān)鍵所在。獲取管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱特性,對基于熱工參數(shù)檢測管殼式換熱器的結(jié)垢和泄漏的相關(guān)技術(shù)發(fā)展具有重要意義。四種針對換熱器焊縫泄漏的檢漏技術(shù),分別為:碳黑一煤油滲透法、熒光檢驗(yàn)法、著色探傷法、石灰一煤油滲透法,相比較而言,碳黑一煤油滲透法比傳統(tǒng)的檢漏方法具有簡便、快捷、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),對貫穿性缺陷的焊縫檢查速度快,效果好。本文以管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱特性為研宄目標(biāo),對管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏模型、求解方法,管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏預(yù)測模型,現(xiàn)場試驗(yàn)方法進(jìn)行了研宄。
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(yùn)行情況的好壞,直接影響裝置的運(yùn)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(yùn)行過程缺乏對運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確把握,換熱器不良運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)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(qiáng)、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(qiáng)旳物料長時間沖刷所至。國內(nèi)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(shù)值模擬研究,并且在換熱器的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中,對換熱器當(dāng)前運(yùn)行效果的診斷分析不明確。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。
換熱器管道的缺陷發(fā)生在支撐板附近,已成為鐵磁性換熱管重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域。對換熱管道不同缺陷產(chǎn)生的漏磁信號進(jìn)行了二維模擬,考慮了靜態(tài)時的支撐板處缺陷深度、缺陷寬度、換熱器管道壁厚、檢測儀器低速運(yùn)動,以及缺陷相對于支撐板處在不同的位置對檢測儀器輸出信號的影響,給出了漏磁場磁感強(qiáng)度隨以上參數(shù)變化的曲線。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。對同軸徑向熱管換熱器殼程進(jìn)行模擬計(jì)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。
得到徑向熱管換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù):橫向管距為縱向管距為翅片高度不應(yīng)高于,翅片間距為。對單弓形折流板式換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡化,利用參數(shù)化建模方法建立了管殼式換熱器的參數(shù)化模型,將定壁溫假設(shè)方法與同時考慮殼程和管程流體的兩流程禍合計(jì)算方法的模擬結(jié)果進(jìn)行對比,結(jié)果表明:同時考慮殼側(cè)和管側(cè)流體流動與傳熱,更有助于揭示換熱器局部溫度場變化的實(shí)際情況,模擬結(jié)果與實(shí)際情況吻合較好,能夠?yàn)楣軞な綋Q熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供更好的參考依據(jù)。2mm的流動能很好的帶動砂流動,導(dǎo)致?lián)Q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。
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。對于管殼式換熱器,換熱管直徑相對很小,數(shù)量眾多,容易發(fā)生堵塞和結(jié)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(nèi)部的流通介質(zhì)為比較清潔的流體。換熱器是油田化工和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備,其中管殼式換熱器在石油化工行業(yè)中應(yīng)用尤為廣泛。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。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前處理軟件對其進(jìn)行網(wǎng)格處理困難,網(wǎng)格數(shù)量太多,對計(jì)算機(jī)配置的要求非常高??焖儆行ёR別管殼式換熱器結(jié)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(jié)垢和泄漏的傳熱特性是開發(fā)相關(guān)技術(shù)的關(guān)鍵所在。