《管壳式换热器壳程多相流清洗技术的实验研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管壳式换热器壳程多相流清洗技术的实验研究.docx（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、管壳式换热器壳程多相流清洗技术的实验研究管壳式换热器壳程多相流清洗技术的试验探讨 本文关键词：多相，管壳，换热器，试验探讨，清洗管壳式换热器壳程多相流清洗技术的试验探讨 本文简介：管壳式换热器壳程多相流清洗技术的试验探讨本文是依据管壳式换热器壳程的实际状况，做了肯定的简化，制作了管壳式换热器壳程的试验模型，用此模型建立了壳程多相流清洗循环系统。在此系统上进行管壳式换热器壳程多相流清洗试验探讨。由于各种条件限制，仅对管壳式换热器壳程多相流清洗试验做了固液两相流清洗试验。一、管壳管壳式换热器壳程多相流清洗技术的试验探讨 本文内容：管壳式换热器壳程多相流清洗技术的试验探讨本文是依据管壳式换热器壳程的
2、实际状况，做了肯定的简化，制作了管壳式换热器壳程的试验模型，用此模型建立了壳程多相流清洗循环系统。在此系统上进行管壳式换热器壳程多相流清洗试验探讨。由于各种条件限制，仅对管壳式换热器壳程多相流清洗试验做了固液两相流清洗试验。一、管壳式换热器壳程两相流清洗试验装置管壳式换热器两相流清洗装置系统示意图如图1所示。该装置利用磁力驱动泵对液体作功，使液体高速流淌，通过固体颗粒置入装置将固体颗粒加入到循环系统当中，固体颗粒在高速流淌的液体带动下，将对管壁进行连续的刮碰、撞击以达到清洗的目的；通过前期数值模拟可以证明高速流淌的液体足以可以带动固体颗粒实现清洗，但两相流时可能清洗不够匀称，可以通过本试验进一
3、步得以验证。1管壳式换热器2控水阀3固液混合物4过滤网5水槽6固体颗粒置入装置7漏斗8磁力驱动泵图1管壳式换热器多相流清洗装置系统示意图磁力驱动泵的作用是对液体作功，增大清洗液体的压力能和速度能，使其满意污垢清洗的能量要求；固体颗粒置入装置的作用是将固体颗粒加入到循环系统当中；漏斗的作用是便于固体颗粒进入；过滤网的作用是将从管壳式换热器壳程中流出的固液混合物中的固体颗粒拦截、回收，防止其进入水槽内，进而进入磁力驱动泵而破坏磁力驱动泵（磁力驱动泵不行以输送带有颗粒的液体）；水槽的最主要功能是回收固液流体，并兼作磁力驱动泵的泵槽。依据所设计的试验方案，进行了详细的试验，其试验的实物图如图2所示。二
4、、多相流清洗技术的基本原理多相流是指两相或两相以上不相溶（或具有相界面）物质的混合体。当管间流速达到肯定值时，水流将产生剧烈的弥散涡流，对管壁具有较强的冲刷效应，将肯定粒度范围的固体颗粒按适量的配比置入清洗水流后，固体颗粒借助水流的载带及涡流效应可与水充分地进行掺混，实现匀称流态化。明显，这种液固两相流由于固体颗粒可与水充分地进行掺混，其速度松弛的时间较长，因此，固体颗粒具有较高的动能。当这种液固两相流连绵不断地循环流经管壳式换热器管间环隙时，匀称流态化的固体颗粒随机而频繁地碰撞、擦刮管子的表面污垢，对污垢施加剧烈的冲刷、磨削和破裂等物理作用，从而达到除垢清洗的目的。图2管壳式换热器多相流清洗
5、装置系统实物图三、试验仪器和设备1.管壳式换热器依据管壳式换热器的实际样子进行了简化，主要针对壳程部分制作的模型。如图3所示。其几何参数为壳体长为500mm内径为190mm，19根管子，管径为20mm成正三角形排列，管间距为35mm，弓形折流板4块。为了便于视察管子外壁的清洗状况，其中的6根管子为可拆卸抽出，这6根管子的端部加有可拆密封堵头如图4所示。图3管壳式换热器模型2.动力源循环速度干脆影响到固体粒子的流化程度和防、除垢效果。循环速度加大，将使粒子获得的动能加大，粒子与壁面间的碰撞力增大，防、除垢效果增加，但随着循环速度的增大，粒子与液体间的摩擦损失加大、压降增加，能耗增大，所以要存在一
6、个相宜的液体循环速度。图4管壳式换热器模型可拆卸管堵头本试验的动力源是依据试验室现有设备，采纳的是磁力驱动泵，如图5所示，磁力驱动泵的优点是密封较好，缺点是输送液体不行以带有固体颗粒。磁力驱动泵：型号：50CQ50型号流量：130公升/分扬程：50米入口直径：50毫米出口直径：25毫米流速计算：流量：Q=130公升/分=7.8立方米/小时=0.00217立方米/秒出口流速：米/秒图5磁力驱动泵3.过滤网与水槽：由于本次试验采纳的是磁力驱动泵，磁力驱动泵输送的液体不行参有固体颗粒，因而在水槽上方加了过滤网，用于过滤由管壳式换热器壳程出口出来的固液混合物中的固体颗粒，并可以回收。过滤网下的水就可以
7、再次进入循环系统。如图6所示。4.固体颗粒置入装置本次试验的固体颗粒加入装置如图7所示，本装置是采纳的两个球阀通过一段管连接，在上面的球阀上面再放一个漏斗，便于颗粒的加入。系统运行时把下面的球阀关闭，上面的球阀打开加入固体颗粒，当固体颗粒进入短管中后，关闭上面的球阀，然后打开下面的球阀让固体颗粒进入循环系统中，固体颗粒就会在液体的带动下进入管壳式换热器的壳程。图6过滤网与水槽图7固体颗粒置入装置四、清洗磨料的选择针对不同的物料特性，适当选择固体颗粒种类。不同的固体颗粒的物性不同，其对垢层的破坏作用也不同。因此，选择固体颗粒时，应综合考虑固体颗粒的种类、形态、密度等因素，颗粒既要有较高的机械强度
8、和良好的韧性，在流淌中不被撞坏，磨损量要足够小，以防流体流淌不稳定和能耗过大，又要有良好的防、除垢性能。选择粒子时，同时要考虑颗粒在特定的工况下，是否能够且简单被流化，流化的程度如何，能否匀称分布；颗粒密度要适当，对管壁的碰撞力要足够大但对壁面的磨损量要小。固体颗粒的加入量要适当，以达到既能防、除垢又不使流淌阻力剧增的效果。加入系统中颗粒较多时，颗粒与管壁接触机会增多，碰撞频繁，扰动边界层实力提高，使粘性底层减薄，但颗粒加入量过大，防、除垢效果的增加幅度不很明显，将引起流淌阻力大为增加。在以往用于多相流清洗的固相多为河砂和刚玉，本项探讨中采纳了自制的发泡橡胶钢丝球如图8所示，其特点为质轻，能悬
9、浮于水中，并且合金钢丝坚硬锋利，对金属的表面污垢能够很好的磨削。同时又运用了研磨球、金刚砂、浮石进行了试验。发泡橡胶钢丝球的直径为5mm，密度为1.8g/cm3；研磨球（如图9所示）的直径为5mm，密度为2.5g/mm3；浮石颗粒（如图11所示）的直径为5mm，密度为1g/cm3；金刚砂（如图10所示）的颗粒直径为1.5mm2mm密度为2.9g/cm3。图8发泡橡胶钢丝球图9研磨球图10金刚砂图11浮石五、试验步骤及问题固液两相流清洗试验的液相为水，固相选用了发泡橡胶钢丝球、研磨球、金刚砂、浮石四种材料颗粒进行了试验。试验步骤：1.将水槽注满水，因为本试验的动力源采纳的是磁力驱动泵，磁力驱动泵
10、的特点为不行以空转，并且水槽内的水至少应为整个系统容量的2倍以上。2.检查整个系统是否已连接好，特殊是固体颗粒置入装置的球阀是否关闭及可拆卸管的堵头是否密封好。3.启动磁力驱动泵，让系统进入工作状态，待系统运行正常后，可以起先加入固体颗粒。首先，把颗粒置入装置中下面的球阀关闭，防止水从颗粒置入装置中溢出，然后在漏斗中加入肯定量的固体颗粒，打开上面的球阀，当固体颗粒进入短管中后，关闭上面的球阀，再打开下面的球阀让固体颗粒进入循环系统中，固体颗粒就会在液体的带动下进入管壳式换热器的壳程。这样连续重复操作进行加料。4.固体颗粒在管壳式换热器的壳程中随着液体高速流淌，对壳程内的污垢不断的刮碰、撞击来进
11、行清洗，然后又随液体从壳程出口流出，干脆进入水槽，水槽内有过滤网可将固体颗粒拦截，防止固体颗粒进入水槽底部，进而进入磁力驱动泵使其损坏。这样就可以循环连续清洗。在本次试验过程中也遇到了一些问题，由于水槽容积小、无冷却装置，试验模型小而循环速度快等缘由，造成清洗半小时后水温上升，清洗一小时后则需停止清洗进行降温，以防止水温过高而使磁力驱动泵失去作用（磁力驱动泵输送液体温度不宜过高）。待水温降下来后再接着进行清洗。另外，每次试验结束后都会有一小部分固体颗粒留在管壳式换热器的壳程中，可以在每次停机后，重新启动磁力驱动泵，启动时的高速水流及冲击力可将残留在壳程内的固体颗粒带出来。六、试验结果及分析管壳
12、式换热器壳程的试验模型中的管子，在试验前已使其表面上有一层铁锈。如图12所示。图12试验前的管子表面本次试验分别用发泡橡胶钢丝球、研磨球、金刚砂、浮石四种材料颗粒进行了试验，用四种固体颗粒进行清洗的最终效果不同，但清洗时间也不同，并且颗粒的磨损程度也不一样。用发泡橡胶钢丝球清洗了30多小时后，6号管子部分管段表面的铁锈已基本去除，如图13所示；1、2、3号管子部分管段清洗效果不非常明显，如图14所示；4、5号管子较1、2、3号管子效果好些，如图15所示。但6根管子同时伴有折流板背面的区域清洗效果并不明显，并且附有一层泥状的污垢物。发泡橡胶钢丝球中的部分钢丝会掉出来。图13用发泡橡胶钢丝球清洗的
13、6号管图14用发泡橡胶钢丝球清洗的1号管图15用发泡橡胶钢丝球清洗的4号管用研磨球清洗了2个多小时后，6号管子部分管段表面的铁锈已基本去除，如图16所示；1、2、3、4、5号管子部分管段清洗效果不非常明显。但6根管子同时伴有折流板背面的区域清洗效果并不明显，并且附有一层泥状的污垢物。研磨球无明显改变。图16用研磨球清洗的6号管用金刚砂清洗了10多小时后，6根管子清洗效果不非常明显。并且附有一层泥状的污垢物。但流出的水面上漂有一层粉末状物质，应为金刚砂脱落粉末。用浮石清洗了5个多小时后，6根管子清洗效果不非常明显。并且附有一层泥状的污垢物。但由于浮石质粹，部分浮石已碎。依据几种固体颗粒的清洗结果
14、来看，管壳式换热器壳程用固液两相流清洗会产生清洗不匀称的效果，由于在折流板旁边存在一个流速较低的区域，在此区域清洗状况会稍差。由于条件有限而没能进行三相流清洗试验，但依据两相流清洗试验的结果与前期数值模拟结果相像来看，采纳三相流清洗效果应当会较两相流清洗好许多。为实现除垢功能，必需保证管间环隙的液体流速大于固体颗粒的沉降速度。试验表明，固体颗粒的沉降速度随其粒度的增大而增大，并且固体颗粒的选择也会对清洗的时间和效果有很大影响。除垢效率随液固两相流中固体颗粒浓度的增大而提高，但在进行清洗操作时固体颗粒浓度只能渐渐增大，以免因固体颗粒沉降积聚而在流道内出现堵塞的现象。七、总结管壳式换热器在石化行业
15、中应用的比例特别大，而其在换热器的失效中占的比例也大。管壳式换热器的管程污垢清洗较为便利，但是壳程污垢清洗就较为困难。由于管外污垢清除不刚好，不仅运行效率低，而且垢下腐蚀导致换热器寿命大大缩短，为企业带来极大的困扰。本文提出了一种管壳式换热器壳程多相流在线清洗技术，为企业管壳式换热器壳程污垢清洗难的问题，供应了新的思路和方法。1.本文的探讨成果本文主要通过试验探讨的方法对该项技术的可行性及好用性进行了试验探讨，主要有以下成果：1.1本文首次提出了在管壳式换热器壳程中利用多相流方法对壳程污垢进行在线清洗，并对该项技术进行了探讨论证。1.2在进行管壳式换热器壳程的多相流在线清洗技术试验前，用FLU
16、ENT软件对流体在管壳式换热器壳程的状况进行了模拟，证明用泵对液体作功，流体流速足以带动固相颗粒实现清洗。两相流时由于在折流板旁边存在一个流速较低的区域，在此区域清洗状况会稍差，这样可能造成清洗不匀称，用三相流可解决折流板背面则形成回流滞流区问题，还可使整体流速提高，缩短清洗时间。1.3试验时采纳了多种不同的固体颗粒，并且同以往的多相流清洗时所用的河砂和刚玉材料不同的是，本次试验用了自制的发泡橡胶钢丝球、研磨球、浮石和金刚砂四种材料。并且得出了各种材料清洗的优缺点。1.4制作了管壳式换热器壳程两相流清洗试验系统，在此基础上对管壳式换热器壳程污垢用固液两相流清洗进行了试验。试验结果表明管壳式换热
17、器壳程用固液两相流清洗会产生清洗不匀称的效果，由于在折流板旁边存在一个流速较低的区域，在此区域清洗状况会稍差。由于条件有限而没能进行三相流清洗试验，但依据两相流清洗试验的结果与数值模拟结果相像来看，采纳三相流清洗效果应当会较两相流清洗好许多。2.后续探讨方向由于时间和试验条件及经费有限，本文只对固液两相流在管壳式换热器壳程进行了简洁清洗试验。这些都是对实际应用中的详细状况做了许多简化，与实际状况有很大差别。所以要想此技术在实际生产应用中发挥作用，还有许多后续问题须要解决。2.1要做管壳式换热器壳程三相流清洗试验，要了解三相流清洗时在折流板背面区域的清洗效果如何。合理设计三相流时喷气管上孔的排列，以及气体用量及动力源等。2.2要依据应用的管壳式换热器实际现场状况，设计出合理的在线清洗系统。并且固体颗粒置入系统必需改进为自动加料，例如用射流器等。第13页 共13页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页第 13 页 共 13 页