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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

太陽能加熱輸送原油系統中新型換熱器的設計研究

點擊:1583 日期:[ 2014-04-26 22:55:09 ]
我國原油普遍凝點較高,粘度大,常溫下流動性差。原油從各個單井匯集到地面計量站后,將繼續送往以后各油站。在輸運過程中,原油必須進行加熱與保溫,以保持其良好的流動性。把太陽能熱利用技術與原油加熱相結合,利用太陽能替代部分常規能源,在節能降耗及綠色環保方面具有重要的意義。某油田采油廠的一個計量站,在原油被送往下一站時,原油加熱溫度大約需要提高25-30℃,每天所需天然氣大約1×103m3。如果利用太陽能來加熱該站原油可大大節約天然氣的消耗。在一套為某采油廠設計的太陽能加熱輸送油系統中,采用間接加熱原油的方式,即利用太陽能集熱器提供熱媒水,再通過原油換熱器間接加熱原油。該系統中的換熱器,根據工藝條件選擇采用套管式換熱器比較合適。 普通的套管式換熱器由直徑不同的兩根同心套管組成傳熱單元,在石油、化工工業生產中的應用較廣。尤其是在流量小、壓力高的情況下大都用這種換熱器。可是套管式換熱器單位傳熱面積消耗的金屬多,為達到一定的傳熱面積往往外形體積十分龐大,管內阻力降也較大,同時環系隙通道清洗困難,不利于原油的輸送加熱。 用多根細管組成管束放入一外管內可構成套管式管束換熱器,該種換熱器與普通的單內管套管式換熱器相比較,外管直徑較大,介質流量可得到增加。單位長度上的換熱面積也增加,減少了流體阻力降。其基本單元往往做成數米長的一段直管,通過這些基本單元的串聯或并聯,可以方便的構成多流程或流道的流動型式,以適應各種換熱要求,也方便清洗。基本單元與管殼式換熱器的結構類似,但比管殼式細長得多。外管的管徑相對管殼式的殼體而言要小很多,因而管板的厚度和管壁的厚度與管殼式相比都要小很多,非傳熱面的材料耗用減少,節省了材料。由于上述優點,套管式管束換熱器的應用將會越來越廣泛。 然而,目前這種套管式管束換熱器內部都采用折流板支撐形式。這種結構的缺點是流體在管間作橫向折流,造成較大的傳熱死區,在這些區域內,傳熱效率很低,壓力降較大,抗流體誘導振動能力差。所幸的是20世紀70年代美國菲利浦石油公司W.M.Small等人為解決管殼式換熱器的流體誘導振動,開發出折流桿換熱器,該換熱器內部結構以桿式支撐替代原弓形擋板,使殼程流體由橫向流動變為平行流動,這不僅大大減少了傳熱死區,而且大幅度減少了流體因多次反復折流而損失的殼程壓力降。其優良的抗振性能可解決原油輸送過程中因流量或油氣成分變化而引起的管子振動問題。 折流桿換熱器作為一種新型的管殼式換熱器,由于其具有傳熱特性好、壓力損失小、抗振性能好等特點而被各行業廣泛應用。 套管式管束換熱器在國內生產企業還不是很多,更鮮見有折流桿技術應用于此類換熱器中的報道。本文將折流桿技術應用于套管式管束換熱器中,開發了新型的套管式管束換熱器,并應用于太陽能加熱輸送原油系統中,克服按傳統方法設計的換熱器傳熱效率低、壓降高、體積大、耗材占地多的缺點。同時通過實際設計體會,借以交流和促進折流桿換熱器的應用領域和范圍。; 太陽能加熱輸送原油系統 原油工藝條件 采油廠計量站原油的成分由水、油、氣組成,在被送往下一計量站時,溫度由25-30℃加熱到50-55℃,操作壓力為0.6Mpa,按定性溫度為40℃計算,其工藝條件及物性參數見表1。 工藝流程 太陽能加熱原油輸 送系統設計。主要包括太陽能集熱器及其陣列、原油換熱器、蓄熱水箱、控制系統等,而原油換熱器的設計條件及要求是非常苛刻的。整個系統的流程如圖1所示。 系統工作原理簡述如下:在正常太陽能輻射條件下,循環泵14開啟,將小蓄熱水箱的熱水經自動控制閥門5、3送入換熱器12中,此時閥門4、6關閉。進入換熱器的熱水與原油換熱后經自動控制閥門8進入集熱器陣列中,經集熱器加熱后再經自動控制閥門9進入小蓄熱水箱。此時閥門7關閉。熱水在換熱器12中與原油進行熱交換,并將原油加熱。加熱后的原油通過輸油端出口后進入水套爐中,加熱器13則根據原油溫度的高低進行自動點火加熱。 當發現熱小蓄水箱的溫度較高時,此時有多余熱量儲存,是自動開啟循環泵15,熱水經自動控制閥門11進入大蓄熱水箱蓄熱后,再經自動控制閥門10,回小蓄熱水箱后送往換熱器。當集熱器內的溫度較低無法使水溫提高時,熱水在換熱器與原油換熱后經自動控制閥門7回小蓄熱水箱,此時自動控制閥門8關閉,大蓄熱水箱向小蓄熱水箱補充熱量。如果換熱器出口端處16的水溫度接近進口端17處的水溫度,則自動關閉進口端閥門1,此時讓原油經過閥門2直接進入加熱爐加熱。冬季夜間或系統檢修、停用等情況下,系統內的水經自動控制閥門4、6送回熱水箱,此時自動控制閥門5、3關閉。 套管式折流桿管束換熱器設計 折流桿換熱器的結構特點及傳熱強化機理 折流桿換熱器與傳統的折流板管殼式換熱器相比較,內部結構發生了較大變化。殼程內部采用折流桿組成的折流圈取代傳統弓形折流板作管間支撐物,殼體內部的折流元件和管支撐元件是一系列處于同一截面、互為平行的折流桿。折流桿換熱器上述管支撐方式,使殼程流體由橫向流動變為平行流動,這不僅大大減少了傳熱死區,而且大幅度減少了流體因多次反復折流而損失的殼程壓力降,能以較低的流體輸送功獲取較高的傳熱膜系數。同時,流體繞流細小的折流桿形成的渦街及流體流過折流圈所產生的縮脈效應-文丘里效應,都使殼測的傳熱得以強化。本研究的折流桿管束換熱器又作了以下調整與改進: (1)折流圈采用單排換熱管的布桿方式,即折流圈在每一排換熱管間都布置折流桿,折流圈只有一種形式,方便生產加工。折流圈采用單排管布桿與雙排相比,圈內折流桿數量多一倍,增加了流體的撓動,傳熱得到了強化。 (2)采用螺旋槽型傳熱強化管。螺旋槽管比橫紋槽管制造加工更加簡單方便,應用更廣。目前大多數管殼式換熱器都采用螺旋槽管強化流體在管內外縱向沖刷時的對流傳熱。其傳熱強化的機理為:螺旋槽管可利用粗糙的傳熱肋面來促進流體邊界層的湍流度,減薄傳熱滯流底層厚度,從而強化邊界層傳熱,管內管外的傳熱同時得到了強化。 基本單元換熱器的結構 太陽能加熱輸送原油系統中的換熱器,原油的粘度較大、易結垢,有一定的腐蝕性。考慮到換熱器清洗、維護、裝拆方便等情況,基本單元設計成填料函式結構形式,管束內外均可方便維修清洗。如圖2所示。 總體設計 本系統采用的換熱器殼程介質為原油(工藝參數見表1),進口溫度為25-30℃,出口溫度為50-55℃。管程介質為水,熱水由太陽熱水器提供,進口溫度為70-80℃,出口溫度為50-60℃。殼體尺寸為ф159×6.5㎜,換熱管的規格為ф14×2㎜的螺旋槽管,數量為37根,管長L=3m。總傳熱系數為332W/(㎡·℃),總換熱面積為27㎡。換熱器結構采用套管式管束換熱器,整個換熱器由六個折流桿管束換熱器基本單元組成,見圖3。 該換熱器,與現行套管式換熱器相比,總傳熱系數提高35%以上,殼側阻力降減小50%以上,處理相同的熱負荷,所需設備重量輕,大大節省了設備的投資。兩種換熱器設計參數比較見表2。 新型套管式折流桿管束換熱器傳熱效率高、壓降低、材料及能耗小。換熱管束采用螺旋槽管起到復合強化傳熱的作用。在太陽能加熱輸送原油系統中采用該種形式的換熱器可達到節能降耗的效果。 文/王學生 王如竹 吳靜怡 許煜雄 電話:021-62933250 62933838
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