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哈雷釬焊板式換熱器
專業生產:換熱器;分水器;過水熱;冷卻器
新聞動態

管殼式換熱器由于生產成本低,選材范圍廣

點擊:1385 日期:[ 2014-04-20 00:59:05 ]
         管殼式換熱器由于生產成本低,選材范圍廣,清洗方便,適應性強,處理量大,工作可靠[,因而被廣泛應用在油田集輸系統間接加熱系統中。目前我國大部分主力油田進入了中后期高含水開發階段,集輸系統內結垢現象日趨普遍,對于間接加熱系統換熱器結垢尤為嚴重。而污垢是熱的不良導體,導熱率一般僅為換熱面主要用材碳鋼的幾十分之一至幾百分之一,由于污垢的存在導致換熱設備傳熱性能的下降而給油田的安全生產帶來的經濟損失是巨大的。為了應對換熱器污垢問題,無論是從換熱器設計方面,還是從對換熱器結垢量進行預測進而采取相應的防除垢方法方面著手來看,必須首先得到污垢熱阻隨時間的變化關系。因此,對污垢熱阻隨時間的變化關系的研究是非常有必要的。Watkinson and Epstein通過石油氣體油在煉廠用換熱器中的結垢循環實驗,研究了質量流量和熱流密度因素對結垢熱阻所隨時間的變化關系的影響,但并未得出相應的結垢速率模型。雖考慮了結垢過程與溫度場的耦合作用,得到了換熱器中析晶垢結垢過程的預測模型,但其求解算法過于復雜,不宜被工程技術人員使用。因此筆者針對集輸系統內管殼式換熱器的傳熱特點,建立了熱平衡方程組,結合換熱器結垢機理,在綜合考慮溫度場與結垢過程的耦合作用下,得到了一個更加實用、可靠的污垢預測模型。
    1·污垢熱阻預測模型
    Kern和Seaton經過長期的觀察發現,工業換熱器內的結垢往往是漸進型的。1959年,在質量平衡的基礎上,Kern和Seaton提出結垢過程是沉積過程和脫除過程同時作用的結果。根據這一推測,他們用以下常微分方程來描述這個過程:
            
    式中:mf為單位換熱面上沉積污垢的質量,kg/m2;.md為質量沉積率,kg/(m2·s)。.mr為質量剝蝕率,kg/(m2·s)。Kern和Seaton模型的提出具有普遍意義,后來研究者基于此模型框架,提出了不同的污垢沉積脫除模型。對于油田集輸系統間接式加熱系統的換熱器中熱媒與采出液之間進行換熱時,冷流體一側的結垢為對流傳質控制結垢過程即:
            
    式中:hm為對流傳質常數;Cs為主流電解質濃度;Ce為垢層表面處的電解質濃度;md為污垢質量沉積率。
    hm可通過傳熱與傳質的柯爾本類比性,采用經典的迪圖斯-貝爾關聯式來計算。
           
    2·結垢過程與溫度場的耦合
    由于污垢導熱率非常小,因此在換熱器長時間的運行過程中,污垢熱阻成為換熱器傳熱過程中的主要熱阻,垢層表面溫度與清潔狀態時換熱表面溫度也必然不同。理論和實驗研究表明,換熱面溫度的高低對結垢過程有明顯的影響所以,要正確描述換熱器結垢機理,必須考慮結垢過程與溫度場的耦合。
    2·1 管側對流換熱系數的計算
    對于管殼式換熱器,對流換熱努塞爾數用格尼林斯基公式計算
           
    2·2 殼側對流換熱系數的計算
    油田集輸系統換熱器內換熱過程大都不涉及管殼側介質的相變,因此,對于管殼式換熱器殼體內裝弓形折流板,殼側對流換熱努賽爾數采用Kern公式:
           
    2·3 總傳熱系數K的計算
    總傳熱系數K為
            
    2·4 熱平衡方程組的建立
    換熱面熱平衡方程組為
            
    當管側、殼側流體進口溫度tt1、ts1以及Vt、Vs一定時,通過聯立以上方程組可以求出垢層表面溫度tf、殼側流體溫度ts,將其代入沉積-脫除模型,可得到相應溫度場下的結垢速率和污垢熱阻。
    3·預測模型的求解及與文獻數據的比較  模型處理過程如下:
    3·1 模型的求解
    采用C語言編程的方法,對所建立的換熱器污垢熱阻模型進行編程,時間步長取為24 h,終止條件取為2 160 h,計算流程見圖1。
          
    3·2 計算結果與文獻數據的比較
    目前,涉及污垢實驗數據的公開發表的文獻不是很多,同時與所建模型結垢機理相同的污垢實驗數據則更少,所以要對筆者提出的結垢模型進行驗證存在一定困難。
           
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