超级开架式气化器传热管换热过程的数值模拟分析

超级开架式气化器（SuperORV）是一种以海水为热源的新型气化器,它采用双层结构的传热管,可有效改善传统开架式气化器管束外结冰的状况并提高换热效率,而目前国内对该装置传热性能的研究还较少。为此,对SuperORV关键传热单元--传热管的换热过程进行了模拟研究,建立了SuperORV传热管整体换热过程的传热计算模型。该模型利用两组离散化方程组分别描述了SuperORV传热管气化段和加热段的传热过程,在给定的尺寸和边界条件下对传热管的整体换热性能进行了数值模拟,得到了传热管各个局部的表面换热系数和温度分布曲线,进而推导出了传热管总换热系数和热流密度的分布曲线。海水和外翅片管上的温度分布曲线可用于预测传热管外表面易结冰的位置,传热管总换热系数和热流密度的分布曲线则可为传热管的整体换热性能描述提供帮助。该模型及相关模拟分析可望为该类气化器的设计、选型和运行管理提供参考。     

LNG开架式海水气化器强化传热过程数值模拟

研究了195t／h开架式海水气化器翅片管的换热过程。利用ANSYS软件建立了挤压式翅片管模型并求解内外表面温度,针对翅片管的结构及温度载荷特点,采用一维管流理论,分析计算了翅片管内外传热过程,给出了其传热系数随管内LNG流速、管外海水温度等变化的特性曲线。结果表明,LNG的流速及海水温度对翅片管的传热过程有显著影响。     

开架式海水气化器换热管的防腐处理

介绍了195 th-1开架式海水汽化器(以下称为ORV)科研项目中ORV换热管的防腐情况。ORV是LNG接收站中海水为热源换热的关键设备,通过海水不停的对汽化器的换热管不停的冲刷从而实现低温LNG换热。换热管为ORV设备的关键部件,换热管的材料为6063-T5铝合金,由于长期受到海水的冲刷,海水对换热管造成一定的腐蚀,换热管一旦被海水腐蚀,就可能发生孔蚀,从而降低材料的强度,使材料产生断裂或剥离。根据换热管的材质特性和海水的腐蚀情况对换热管通过控制海水的质量:海水不含汞和铜,海水温度高于5℃,海水含沙应小于148 mg/L,使海水对换热管的腐蚀降低;另外换热管表面用热喷涂工艺喷涂防腐涂层,涂层为Al-2%Zn,厚度为70~400μm。并制定了详细的喷涂工艺以及检测程序以确保涂层的质量。     

钉头管套管换热器对流换热的数值模拟

为了获得换热器中强化换热管对换热性能的综合影响,运用FLUENT软件,采用三维模型和k-ε模型对钉头管和光管套管换热器进行了数值模拟,分别模拟了该两种套管换热器在湍流情况下的换热性能。数值计算结果表明,在相同流动条件下,钉头管换热器比光管换热器总传热系数可提高约88%。     

双切环流气体分布器内流场FLUENT数值模拟

在FLUENT软件平台上 ,采用k ε湍流模型模拟某实际应用的双切环流气体分布器内流体的流动状态。对计算结果的分析以及与实际性能的对比表明 ,FLUENT可为双切环流气体分布器及其同类设备的新品研发、工业放大或优化改造提供方便快捷、功能强大的数值计算和理论分析。     

内外流动介质下强化换热管耦合传热数值模拟

以强化换热管为研究对象,建立了以水为介质的轴对称数值模型。应用计算流体软件CFX对光管及2种强化换热管（缩放管、波纹管）的传热特性及流动规律进行数值研究。结果表明,数值计算得到的光管总传热系数数值与经验公式计算结果吻合很好。与光管相比,强化换热管壁面结构改变了流体的流动状况,对流道的流场产生重要影响。在相同流动条件下,缩放管与波纹管的总传热系数数值均有较大程度的提高,强化作用明显。为此类产品的进一步理论研究和分析方法推广提供了依据。     

LNG沉浸式气化器(SCV)管程的数值模拟

本文分析了LNG沉浸式气化器的温度场、压力场、流场、气相组分的分布,对管间距、流体流速、管子粗糙度对管程气化率的影响,进行了分析,得出了相关结论。     

撇油器内流场的数值模拟及结构优化

运用计算流体力学软件Fluent对撇油器内油水分离过程进行了模拟,分析比较现场使用设备和改进后的入口构件、稳流构件、聚结构件的分离特性。结果表明,此法可以较好地模拟油水两相在分离器的内部流场和油相体积分率;进而可筛选出上孔箱式入口构件、多孔板整流构件和斜板组;30mm间距的波纹板聚结构件的组合方式具有较好的分离效果。     

LNG沉浸式气化器的数值模拟

液化天然气调峰系统中常用沉浸式气化器。与普通换热器相比,LNG沉浸式气化器有很多特殊性。为实现LNG沉浸式气化器的合理设计,必须掌握其内的两相流动流场及其传热特性,而LNG沉浸式气化器内流体流动和换热方面的数值模拟尚未见报道。在分析、组合其他模型的基础上,建立了LNG气化器内流动与传热过程的物理和数值模型,用标准湍流模型描述流体的湍流流动,用混合物模型处理多相流动,用离散相模型描述射流气体与水浴的相间耦合计算,用UDF函数添加源项方法描述液体气化过程,对LNG沉浸式气化器进行了三维数值模拟。获得了管程LNG气化过程中气、液相分布和流动情况,讨论了换热管倾斜角、射流气体雷诺数、射流喷嘴与换热管相对位置对气化过程的影响。结果表明,换热管向上倾斜2°以上可避免产生气阻现象;喷嘴射流气雷诺数在50 000左右、喷嘴与换热管同位布置换热效率最高。     

斜针翅管强化传热管的数值模拟

采用Fluent软件,以水和柴油为换热对象,利用三维模型对柴油在3种不同规格的直针翅管、30°和45°的斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的温度场、压降及传热性能进行了模拟;并将斜针翅管与光滑管和直针翅管的结果进行比较。模拟结果表明,壳程为柴油时,针翅管的压降为光滑管的1～3倍,总传热系数约是光滑管的1.7～2.7倍;与直针翅管相比,斜针翅管的总传热系数提高约20%;斜针翅能使传热膜的系数增大,压降降低。     

强化传热在换热器中的应用

介绍强化传热目的、种类及主要方法，分析了各种方法的特点及适用范围和石化生产装置上应用的可行性及发展动态。     

LNG空温式气化器换热机理及结霜工况下的换热计算

ILNG空温式气化器在运行时时常伴有结霜现象,霜层恶化了传热,影响了气化器的性能。探寻霜层在翅片管表面随时间变化的规律及对气化器换热产生的影响,对LNG空温式气化器的设计和安全稳定运行具有重要意义。为此,建立了霜层内部能量和质量守恒方程,并引入霜层物性参数经验公式,得到了封闭的方程组,进而计算出了冷表面结霜后的霜层热阻随时间的变化规律。然后再考虑霜层热阻的影响,计算LNG空温式气化器内外传热传质的相互耦合规律随时间变化的动态过程,模拟结霜工况下LNG空温式气化器的运行情况,获得了不同时刻翅片管内外物性参数沿管长的分布规律。结果表明:①霜层在翅片管表面的覆盖面积可以达到80%,霜层对LNG空温式气化器换热的影响不可忽略;②除了局部由于霜层的肋片作用使换热增强,绝大多数情况下霜层会使翅片管的换热效率大幅降低,最大可降低85%,结霜后的总传热系数为80~220 W/(m~2·K);③结霜后,如果环境适宜,气化器会在很短的时间内达到另一个稳态稳定运行。     

斜针翅管套管换热器壳程传热与压降的数值模拟

以水-柴油换热为对象,对直针翅管和斜针翅管套管换热器的壳程传热与压降性能进行了实验研究与数值模拟。采用Fluent软件模拟了柴油在直针翅管和斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的流场、温度场以及传热与压降性能。结果表明,在相同流动条件下,直针翅管与光管套管换热器的总传热系数K的比值模拟值与实验值吻合较好。同时分析了斜针翅管纵向流流动特性,压降低于直针翅管换热器,强化传热为光管的1.5～2倍,并设计应用于炼油换热器中。     

夹套—蛇管式搅拌釜的传热计算

讨论了夹套－蛇管式搅拌釜的传热过程，提供了各种传热系数的关联式和加热与冷却时间的计算公式。     

空气冷却器管外膜传热系数的计算

从翅片管外侧传热系数的通用表达式出发,分析了翅片效率对传热系数的影响,推导出了翅片热阻的计算式,对空气冷却器管外膜传热系数计算式进行化简,得出了以基管外表面积为基准的翅片对空气的传热系数计算式,介绍了一组常用的空气冷却器间隙热阻关系图,最终得出了以基管外表面积为基准的总传热系数计算式.     

己内酰胺降膜再沸器的大型化优化设计

针对己内酰胺精制装置降膜再沸器外购设备占用资金多、周期长的问题,深入研究了各种形式再沸器的结构、原理,完成了具有三级分布（十字管分布器、筛板式分布盘和导流插件）的降膜再沸器的优化设计,通过三级分布器将进料在换热管内壁均匀分布并成膜,促进了己内酰胺的蒸发,提高了传热效率,实现了降膜再沸器国产化和大型化。