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本課題主要研究原穩(wěn)站用油油管殼式換熱器的三維數(shù)值模擬,換熱器以含砂作為內(nèi)部換熱介質(zhì),考慮換熱面結(jié)垢和泄漏的影響,建立管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱模型,借助軟件對換熱器溫度場、流場分布進行模擬,分析結(jié)垢厚度、泄漏口尺寸、泄漏口位置、泄漏口數(shù)量對換熱器傳熱性能的影響,創(chuàng)新點如下:基于流體力學和傳熱學的流動和傳熱基本公式,建立了管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預測數(shù)學模型,運用此模型解決了管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏的理論預測分析。網(wǎng)格過多,一方面會嚴重消耗計算機資源,另一方面大量的數(shù)值耗散積累會影響計算結(jié)果的正確性。
蒸發(fā)冷凝器主要研究內(nèi)容包括以下三部分:管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研宄;換熱面泄漏對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研究;運用熱力學能耗分析法,分析了管殼式污水換熱器中軟塘的厚度對換熱強度、流動壓降及其有效能損失的影響。基于管殼式換熱器進出口動態(tài)參數(shù)一溫度、壓力等,對管殼式換熱器內(nèi)部故障進行診斷評價研宄。本課題結(jié)合大慶油田分公司某大隊原穩(wěn)站用管殼式換熱器的運行特點,針對含砂油含砂油換熱器這一特殊介質(zhì),借助軟件,在充分利用已有基本理論和研宄成果的基礎(chǔ)上,對管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏進行了流動傳熱的數(shù)值模擬,分析結(jié)垢和泄漏對換熱器流動傳熱性響,研宄結(jié)論對利用換熱器熱工參數(shù)檢測管壁結(jié)垢和泄漏具有一定的理論用。
換熱器內(nèi)砂沉積對結(jié)垢位置的影響
換熱器內(nèi)管壁結(jié)垢主要受其液體介質(zhì)含砂濃度的影響,對管殼式換熱器殼程流場進行了液一固兩相流數(shù)值模擬,根據(jù)模擬結(jié)果分析,確定換熱器的主要砂沉積位置。殼程為沙子和的兩相流動,沙子的粒徑根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)大約在0.2mm-O.}mm之間。本次研究選用沙子粒徑為0.2mm和0.4tn m,沙子的體積分數(shù)選為10%,殼程進口流速為0.7m/s,對管殼式換熱器的殼程流場進行數(shù)值模擬。砂子體積分布的位置選取結(jié)果為沿換熱器管長方向的四個截面,其中,z=-0.7n:為管殼式換熱器殼程出I:l處的一個截而,z二一0.39m與z=0.016m為靠近管殼式換熱器折流板的一個截面,z=0.7m為管殼式換熱器殼程入I-I處的一個截面。為消除換熱器結(jié)據(jù)和泄漏造成的損失,油田管理部門每年都對換熱器進行清洗、堵漏作業(yè),但目前尚無有效手段快速地評價換熱器的結(jié)塘和泄漏情況,導致需要針對每一臺換熱器進行處理,造成管理成本的增加。
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,增大了換熱面的導熱熱阻,減小了其導熱系數(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準,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,導致了換熱面的導熱熱阻增加,導熱系數(shù)減小,導致的換熱器傳熱系數(shù)降低,換熱效率減小。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。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,還有溫差應力,管板與換熱管連接處極易泄漏,導致?lián)Q熱器內(nèi)漏。