液-固两相流热交换器内的防除垢研究

为了脱除附着在换热管壁面的污垢,研究了换热管中污垢剥除所需的碰撞次数,探讨了液-固两相流污垢剥除所需的时间。基于液-固两相流固体颗粒与污垢层多次碰撞对防除垢的作用,建立了液-固两相流防除垢模型,采用EDEM-FLUENT耦合,模拟计算换热管内非稳态液-固两相流动,探索换热管内固体颗粒的分布情况和碰撞分布。结果表明,颗粒在换热管中分布较为均匀;污垢被剥除需要经过多次碰撞,碰撞次数随循环流速的增大而减少,随固体颗粒粒径的增大而增加,与固体颗粒的体积分数基本无关,在最佳防除垢状态下需要经过5～8次的碰撞;适当增加循环流速和固体颗粒体积分数,同时减小颗粒的粒径可以加快污垢的剥除速度。     

内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热数值模拟

建立了换热管内流体流动与传热三维数学模型,对内置转子组合式强化传热装置换热管内流体流动与传热特性进行数值模拟并与实验结果进行比较。模拟结果表明,内置转子组合式强化传热装置换热管内冷热流体产生了置换混合的效果,充分换热,管内温度梯度小于1 K,进出口温差较光管提高了29%;流场变为复杂的三维螺旋流,加剧了流体的湍流强度及边界层的扰动,使传热强化并起到清洁污垢的作用,但管内压降较光管增加了4.7 kPa;与光管相比,表面对流传热系数的平均值提高了7%,而且表面对流传热系数的分布也变得均匀。实验结果与模拟结果符合较好。     

欠平衡钻井水平环空两相流对流传热系数实验研究

欠平衡钻井流体一般是气液两相混合流体,温度是欠平衡钻井井底压力控制的重要影响因素之一,研究两相流对流传热对准确预测欠平衡钻井环空温度有重要意义。前人对气液两相流对流传热进行了不少实验研究,但他们的实验都是研究管内流动,且管径较小(20~35 mm),这与欠平衡钻井所处的实际条件有很大的出入。文中进行了大管径水平环空气液两相流对流传热实验研究,分别改变气相流量、液相流量得出不同气、液雷诺数下的环空两相流对流传热系数。分析数据可以得出,气体雷诺数对偏心环空两相流对流传热系数的影响不大,但液体雷诺数是影响该对流传热系数的主要因素。又通过与相同流量下小管径(25.4 mm)、管内流动的气液两相流对流传热系数(Kim实验数据)进行对比得出,在气液雷诺数一致的条件下,气液雷诺数对两相流对流传热系数影响趋势基本一致,但文中实验所测得的对流传热系数小于Kim所测得的实验结果。该实验研究结果对欠平衡钻井井底压力的控制有着重要的指导意义。     

两相流及传热(一) 综述

许多生产工艺过程及设备都遇到处理气、液两相混合物的问题。这种混合物在管道或设备中流动,称为两相流动或两相流。两相流中还常常伴有传热过程及相的变化。两相流的流动机理和传热动机理都与单相流很不相同。应特别指出,两相流的研究远不如单相流充分,有关压降及传热的计算公式及方法亦不如单相流的完善和准确。     

深水井简气液两相流传热规律实验研究

根据深水油气开发中面临的低温及复杂第3类边界条件特点,设计并建立了模拟深水油气传热实验系统,进行了大量室内实验,得到深水低温第3类边界条件下的时流换热关系式及气液流量对气液两相流各流型传热的影响,结果表明:层流下所得关系式与常温简单边界条件下的对流换热关系式相差较大,紊流时基本一致;在泡状流、段塞流和环状流下液相流量是影响传热的主要因素,而搅拌流下气液两相流量对传热影响都很小.研究结果为海洋深水油气开采工艺参数设计提供依据.     

模拟深水井筒中流速对传热影响的实验研究

为研究深水低温环境下油气开发过程中井筒内的传热规律,提高深水低温环境井筒内温度的计算精度,以深水油气流动模拟实验系统中的低温冷却传热实验装置为平台,进行了模拟深水低温环境下的冷却传热实验和气液两相流传热实验。根据对流传热准则方程,数据回归得到深水低温情况下的模拟井筒内对流传热关系式。实验结果表明,在模拟深水低温环境下,流体管内对流传热系数主要受流速的影响,且层流时流速对传热的影响更明显;气液两相流时,不同流型管内对流传热系数不同的根本原因是各流型流动结构不同,液体流速是影响传热的主要因素。     

空气冷凝冷却器设计计算方法的探讨

空冷器管内介质的冷凝冷却问题,除了传热和传质外,还有两相流动的问题。本文针对这一换热过程推导出空冷器设计计算方法。     

两相流及传热(三) 两相流压降的计算

许多生产工艺管道或设备中常会遇到气、液两相混合物的流动(简称两相流),对这些设备的最佳化设计,就需要计算设备内两相流的压降。如在设计热虹吸重沸器时,管内两相流的压降计算是最关键的内容。因为重沸器内液体循环量以及出口的蒸汽量都是以压降为依据来求算的。器内液体的循环速度高,不仅可提高传热膜系数,而且有很好的防垢作用。实践证明,若能准确地通过压降计算出循环速度,传热的计算就会可靠得多。     

上行光管内置铝制扭带的换热与阻力试验研究

针对换热器在工业生产中不可避免地产生污垢,严重影响换热器性能的情况,内置扭带是一种已被证实兼有防垢除垢及强化传热的双重作用的技术。介绍了铝制扭带的换热试验研究方法。在改造的传热试验设备中,通过将9种不同结构参数的铝制扭带放置到换热管内,调节冷水阀,观察扭带在预计流量起转时进行传热试验。结果表明,内置扭带的换热管的总传热系数大于光管的数值,增大范围为9%~20%,内置扭带具有良好的强化传热作用。采用线性回归得到了与扭带结构参数相关的摩擦因数和努塞尔准数关联式,并通过性能评价,得到了评价因子=1.13~1.25,证明铝制扭带具有强化传热的实用价值。     

水平管内两相流流型控制的鉴别及传热计算

用直接观察及摄影方法结合压降波动频谱的测定来研究水平管内两相流的流型。实验是在内径为21mm的玻璃管内进行的,工作介质是水和空气。 提出双参数j_g～R_L流型图,用来判断剪力控制流动和重力控制流动及过渡流动。此法可用于传热计算,极其方便。 观察实验还证明了无论在剪力控制或重力控制下,水平管内下部总有液池存在,气液界面都呈波纹状。这些现象对传热有重大影响。 除观察实验外,还用水蒸汽在套管冷凝器内作了冷凝传热实验。目的是考核j_g～R_L双参数判别流动区域的方法用于传热计算的可靠性。     

污垢对换热器传热性能影响

采用     

热管传热性能对小型热管换热器散热效能影响

在零重力辅助下,小热管热阻是小型热管换热器散热效能的重要影响因素之一。基于集总参数法对于换热器系统数值计算的高效性思想,建立了热管、热管换热器的集总参数模型。对同一热管换热器选用不同传热性能的热管,在不同传热温差和流体质量流速下,就其散热效能进行了数值计算。计算结果表明,在零重力辅助下,热管换热器管内热阻存在一临界值Rcri。当热阻RHP≤Rcri时,管外热阻起主导作用,热管换热器的散热效能εh几乎不随热管管内热阻的值而变化。     

大型LNG换热器结构设计及换热性能模拟

板翅式换热器目前广泛应用于中小型天然气液化工厂,当其应用于大型天然气液化领域时,由于需要多个冷箱及板翅式换热器并联进行作业,由此带来的流体均布问题较难解决,进而导致换热性能显著下降,这一因素制约了板翅式换热器的大型化应用进程。对现有板翅式换热器结构进行了优化设计,开发出一种新型板翅式换热器换热结构,并对其换热性能进行模拟计算,结果表明,新型板翅式换热器在天然气处理规模较大时,具有较好的换热性能,该研究结果可为大型板翅式换热器结构设计提供参考。     

菱形折流杆换热器传热研究

针对圆杆折流杆结构换热器只有在较高壳程流速时才能达到较高传热效率,以及目前缺乏折流杆换热器壳程支撑结构场协同关系定量计算关系式的情况,开展了新型菱形折流杆换热器的传热研究。运用实验方法获得换热器壳程传热关联式,验证了新结构良好的传热效率;利用CFD软件直观地得到了换热器壳程流场和温度场分布。通过对壳程能量方程的无因次变换,得到了壳程速度场和温度梯度场的场协同角的定量关联式,证实了新结构具有更好的场协同关系。     

油介质作用下旋流管式换热器强化传热试验

以单相机油为介质 ,固定水的流速及两侧的进口温度不变 ,通过改变机油的流速来测定不同工况时油的出口温度的方法对光滑管、W形及勺形旋流管式三种换热器的传热及流动阻力性能的影响进行了试验研究 ,得到换热器的传热准则关联式和压降随流速变化的流阻关联式 ,为以油为加热和冷却介质的换热器的设计及改造提供了理论依据。由试验结果知 ,W形及勺形旋流管式换热器的传热性能明显优于光滑管式换热器 ,低流速时又以W形旋流管式换热器为最优。如果以油为工作介质 ,宜采用W形旋流管式换热器。旋流管式换热器是高效换热和节能的新技术产品 ,可广泛用于石油化工、动力、车辆等工业生产领域。     

大型轧制焊接板壳式换热器的研制

新研制的大型轧制焊接板壳式换热器集板式换热器和管壳式换热器的优点于一体 ,既保留了前者高效传热的特点 ,又继承了后者压力壳承压能力高和密封性好的长处 ,增强了对炼油工艺的适用性。这种板壳式换热器的结构研究主要针对板程和壳程的结构形式 ,管板的分析计算以及板束与壳体热膨胀差的平衡。较长板片的连续压制成型和薄板片间的焊接是制造该换热器的关键技术。这种换热器比立管式换热器的传热效率高 2～ 4倍 ,占地面积减少 50 %以上 ,每年节省加热炉燃油费、电费等约 35万元 ,操作费约 76万元     

新型U形管换热器的结构特点及应用

阐述了新型U形管换热器的结构特点,介绍了该种换热器在粗甲醇系统的应用情况。工业应用结果表明,新型U形管换热器具有结构紧凑、防振和防垢性能好、传热效率高以及安全可靠等优点,值得大力推广应用。     

小热管换热器散热效能试验设计与多因素分析

综合利用试验设计、模型拟合与统计学的方差分析方法,考虑多因素的影响,研究热风进口温度、冷风流量与倾角同小热管换热器散热效能的关系及影响程度。试验对象为采用烧结吸液芯小热管制作的换热器,采用气-气换热方式测试。试验结果表明,增大冷风流量与升高倾角均能提高烧结吸液芯小热管换热器的散热效能;0～20°倾角内,冷风进口温度为15℃,热风流量为70m3/h,冷风流量在30～90m3/h,烧结吸液芯小热管换热器的散热效能在0.27～0.39之间;倾角为20°时,热风进口温度在38～48℃且冷风流量在72～100m3/h可获得较高的散热效能。     

螺旋板式换热器在减黏裂化和FCC装置上的应用

炼油厂的减黏裂化和FCC装置分馏塔底部冷却器结垢,影响整个装置的工艺性能和效益。对螺旋板式热器性能、特点进行论述并通过实际案例,说明螺旋板式换热器,能提高装置传热效率,降低生产成本。     

连续重整装置进料换热器腐蚀内漏原因分析和对策

连续重整装置进料换热器更换为国产板壳式换热器,运行几年后其热端温差由投用初期18.5℃上升至45.0℃,重整生成油环烷烃质量分数也从1%升高至4%左右,说明换热效率下降,同时发生了内漏。分析认为结焦、结垢、堵塞、腐蚀等是造成换热效率下降的主要原因,同时由于换热器板片结垢堵塞致使其长期受热不均,产生的应力变化造成板片被撕裂,发生内漏。详细介绍了装置停工堵漏修复的经验方法,并总结了利用优化进料、提高换热器入口温度、控制循环氢杂质、采用低流量保护等确保进料板式换热器长周期运行的方法。