Т-образная оребренная труба представляет собой эффективную теплообменную трубку, образованную в процессе прокатки голой трубы.

Т-образная оребренная труба представляет собой эффективную теплообменную трубку, образованную в процессе прокатки легкой трубки. Его структурной особенностью является образование на внешней поверхности трубки ряда спиральных кольцевых Т-образных туннелей. При нагревании внешней среды в туннелях образуется серия пузырьковых зародышей. Из-за нагревания вокруг полости туннеля ядра пузырьков быстро расширяются, заполняя полость. Непрерывный нагрев увеличивает давление внутри пузырька, заставляя его быстро выбрасываться с поверхности трубки через мелкие трещины. Когда пузырек выбрасывается, он несет значительную силу промывки и создает определенное локальное отрицательное давление, заставляя окружающую жидкость с более низкой температурой течь в Т-образный туннель, образуя непрерывное кипение. Этот метод кипения за единицу времени отнимает гораздо больше тепла на единицу площади поверхности по сравнению с легкой трубкой, что делает этот тип трубок имеющим высокую способность теплопередачи при кипении. В статье представлена ​​подробная информация о ходе исследований, принципах работы, характеристиках, механизмах теплопередачи и применении Т-образных оребренных труб.

Т-образная ребристая труба Содержание

1. Введение

2. Ход исследований Т-образных оребренных труб

3. Принципы работы Т-образных оребренных труб.

4. Характеристики Т-образных оребренных труб.

5. Механизмы теплопередачи Т-образных оребренных труб.

6. Применение Т-образных оребренных труб

7. Разработка и применение Т-образных ребойлеров с оребренными трубами.

Введение в Т-образные оребренные трубы

С момента изобретения Т-образной оребренной трубы немецкой компанией Wieland-Worke в 1978 году ученые как внутри страны, так и за рубежом начали исследования улучшенных характеристик теплопередачи и механической обработки Т-образных оребренных труб. В Китае Т-образные оребренные трубы нашли применение в нефтеперерабатывающей и нефтехимической областях. Испытания промышленного применения ребойлеров были проведены на установке алкилирования нефтеперерабатывающего и химического завода Чанлин, а также на установке десульфурации Лоянской химической инженерно-технической компании. Результаты производства и эксплуатации показывают, что по сравнению с ребойлерами с легкими трубками ребойлеры с Т-образными оребренными трубами не только экономят более 30% площади теплообмена, но и демонстрируют превосходную эксплуатационную гибкость. В условиях перегрузки производства на 33% они сохраняют высокую эффективность теплоотдачи и стабильную работу.

Прогресс исследований Т-образных оребренных труб

Т -образная оребренная труба , впервые изобретенная в Западной Германии в 1978 году (известная как трубка Gewa-T или просто Т-образная трубка), является одной из четырех основных поверхностей с улучшенным кипением в мире. Это значительно улучшает коэффициент теплопередачи при кипении и критическую тепловую нагрузку по сравнению с легкими трубками. Его характеристики теплопередачи близки к E-трубам или превосходят их, а преимуществом является простота обработки по сравнению с другими улучшенными поверхностями, что привлекает внимание многих исследователей.

Однако, кроме исследований Университета Чунцина по теплопередаче при кипении Т-образных плоских поверхностей, обработанных проволокой, не было никаких сообщений от других подразделений о разработке Т-образных трубок внутри страны. Поэтому необходимы своевременные разработки и исследования Т-образных трубок.

Исследования Т-образных трубок, о которых сообщалось до сих пор, в основном были сосредоточены на сравнении характеристик теплопередачи нескольких улучшенных поверхностей. Результаты экспериментов показывают, что коэффициент теплопередачи при кипении Т-трубок в 2–5 раз выше, чем у легких трубок. Что касается улучшенного механизма теплопередачи в трубке, предварительные обсуждения были проведены Стефаном, К. и другими, предполагая, что Т-образная структура ребер ограничивает эффективный выход пузырьков, образующихся в туннелях между ребрами. Это заставляет пузырьки двигаться вверх по туннелю, во время чего они чаще контактируют с внутренней стенкой туннеля, тем самым способствуя передаче тепла, известной как «гипотеза роста длины контакта». Однако это лишь качественная и интуитивная гипотеза без дальнейшего анализа движения жидкостей в туннели и из них. Экспериментальные исследования Марко, П.Дж. и других также показывают, что движение парожидкости в туннеле и из него сильно влияет на его характеристики теплопередачи. Их эксперименты также показали, что, как и другие кипящие поверхности, Т-трубки демонстрируют значительную аномалию разницы температур (феномен задержки кипения) во время начального кипения. Очевидно, что существование явления задержки сильно повлияет на характеристики улучшенной поверхности. Детальное исследование явления задержки может предоставить важные справочные данные для проектирования и эксплуатации улучшенных трубчатых теплообменников.

Принцип Т-образных оребренных труб

Т-образная оребренная труба представляет собой эффективную теплообменную трубку, образованную в процессе прокатки легкой трубки. Особенностью его строения является образование на внешней поверхности трубки ряда спиральных кольцевых Т-образных туннелей. При нагревании внешней среды в туннелях образуется ряд пузырьковых зародышей. Поскольку эти ядра нагреваются со всех сторон внутри туннельной полости, они быстро расширяются, заполняя полость. Непрерывный нагрев приводит к быстрому увеличению давления внутри пузырьков, заставляя их быстро распыляться через мелкие трещины на поверхности трубки. Когда пузырьки выбрасываются, они несут значительную силу промывки и создают определенное локальное отрицательное давление, заставляя окружающую жидкость с более низкой температурой течь в Т-образный туннель, образуя непрерывное кипение. Этот метод кипячения отнимает гораздо больше тепла с единицы площади поверхности в единицу времени по сравнению со световой трубкой. Следовательно, этот тип трубок имеет более высокую способность теплопередачи при кипении.

Характеристики Т-образных оребренных труб

1. Отличная эффективность теплопередачи. В хладагенте R113 коэффициент теплоотдачи при кипении Т-трубок в 1,6-3,3 раза выше, чем у легких трубок.

2. В отличие от обычных теплообменников с простой трубкой , в которых холодная среда начинает кипеть только тогда, когда температура превышает точку кипения или температуру кипения горячей среды на 12–15 °C, Т-образные теплообменники с оребренными трубками требуют только температуры. разница в 2°C-4°C для того, чтобы холодная среда начала кипеть. Пузырение происходит тонко, непрерывно и быстро, что представляет собой уникальное преимущество по сравнению со световыми трубками.

3. Однотрубные эксперименты с фтором 11 в качестве среды показывают, что коэффициент теплопередачи при кипении Т-трубок может достигать 10-кратного значения у легких трубок. Эксперименты с малыми пучками с жидким аммиаком в качестве среды привели к получению общего коэффициента теплопередачи в 2,2 раза больше, чем у световых трубок. Промышленная калибровка ребойлеров в башнях разделения углеводородов С3 и С4 показывает, что при малых нагрузках общий коэффициент теплоотдачи Т-трубок на 50 % выше, чем у гладких трубок, а при высоких нагрузках — на 99 %.

4. Цена Т-образных оребренных трубок для теплопередачи дешевле по сравнению с алюминиевыми теплообменными трубками с пористой поверхностью.

5. За счет интенсивного газожидкостного возмущения внутри тоннеля и высокоскоростного выброса газа по Т-образному шву как внутренняя поверхность Т-образной канавки, так и наружная поверхность трубы не склонны к засорению. Это обеспечивает долгосрочное использование оборудования без влияния загрязнений на эффект теплопередачи.

Механизм теплопередачи Т-образных оребренных труб

Чтобы объяснить влияние средней ширины отверстия на эффективность теплопередачи Т-образных трубок и различные явления задержки кипения между Т-образными и голыми трубками, необходимо понять механизм теплопередачи при кипении Т-образных трубок. Как упоминалось ранее, ключевой момент заключается в способе и условиях течения парожидкости внутри туннелей во время кипения в Т-образной трубке. Различные наблюдения за парожидкостным движением внутри тоннелей при различных тепловых нагрузках свидетельствуют о существовании как факторов, способствующих увеличению длины контакта, так и факторов, препятствующих этому.

При малых тепловых нагрузках внутри тоннелей наблюдается явное наличие парожидкостных столбов с периодическими движениями вверх и вниз границы раздела парожидкостных столбов и отрывом паровых пузырьков от туннелей. За один цикл за счет поглощения тепла парожидкостной пленкой между газом и твердым телом в туннеле жидкость в нижней части выдавливается из туннеля, а объем столба пара в верхней части туннеля постепенно увеличивается по мере опускания границы раздела пара-жидкость. Когда давление столба пара становится достаточным для преодоления сопротивления формы, выходящего из щели, пузырьки быстро выходят из щели, и пар быстро попадает в туннель, вызывая подъем границы раздела пар-жидкость, начиная следующий цикл. На этом этапе передача тепла в основном происходит за счет теплопроводности тонкой пленки жидкости между газом и твердым телом в верхнем туннеле и естественной конвекции теплопередачи жидкости, циркулирующей в туннеле и из него в нижней части.

По мере постепенного увеличения тепловой нагрузки скорость образования пара увеличивается, и расширение пара должно преодолевать повышенную вязкость жидкости внутри туннеля. Давление паровой фазы увеличивается, что облегчает выход паровой фазы из туннеля. Поэтому в экспериментах также наблюдается, что с увеличением тепловой нагрузки амплитуда движения границы раздела столба пар-жидкость уменьшается, а цикл укорачивается. При относительно высокой тепловой нагрузке периодический процесс роста и отрыва паровой фазы в верхней части тоннеля не может вовремя отнять все тепло, что приводит к повышению температуры стенки тоннеля и жидкости в тоннеле, что приводит к образованию и отрыву пузырьков пара на внутренней поверхности туннеля. Эти поднимающиеся пузырьки, как предсказывали Стефан, К. и другие, движутся вверх по туннелю благодаря плавучести и сопротивлению формы, некоторые поднимаются, пока не сольются со столбом пара наверху, а некоторые отрываются от стенок трубы перед слияние. Более того, при более высоких тепловых нагрузках большее количество пузырьков быстро отрывается от стенок туннеля, постепенно заполняя туннель пузырьками. Как показано на рисунке 8, границу раздела колонны пар-жидкость внутри туннеля постепенно становится трудно различимой. На этом этапе теплообмен в основном включает пузырьковое кипение внутри туннеля. Можно ожидать, что при дальнейшем увеличении тепловой нагрузки из-за большого образования, движения и отрыва пузырьков внутри туннеля заполненные пузырьки в конечном итоге сольются в сплошную паровую фазу, что затруднит перемещение жидкости в туннеле. поддерживать пузырьковое кипение. Теплопередача затем трансформируется в испарение тонкой пленки жидкости внутри туннеля. Когда тепловая нагрузка достигает определенного значения, скорость поступления жидкости в туннель становится меньше скорости испарения, что приводит к постепенному высыханию внутренней стенки, что приводит к кризису кипения или переходу в состояние пленочного кипения или горения на туннеле. поверхность туннеля.

На основании экспериментальных явлений и анализа теплообмен внутри Т-образных трубчатых туннелей можно разделить на следующие пять различных стадий от низкой до высокой тепловой нагрузки:

1. Естественная конвекция теплопередачи до образования пузырьков пара.

2. Локальное пленочное испарение при периодическом росте и отрыве паровой фазы в верхней части туннеля и соответствующий конвекционный теплообмен при циркуляции жидкости в туннеле и из него.

3. Зародышеобразный кипящий теплообмен внутри туннеля.

4. Пленочно-испарительный теплообмен на внутренней стенке туннеля.

5. Пленочное кипение или горение теплопередачи после высыхания поверхности тоннеля.

Применение Т-образных оребренных труб

Пока среда на стороне корпуса относительно чистая, не содержит твердых частиц и коллоидов, Т-образные оребренные трубы можно использовать в качестве теплообменных элементов для формирования Т-образных оребренных трубчатых теплообменников, улучшая эффективность теплопередачи при кипении на сторона оболочки.

Разработка и применение Т-образных ребойлеров с оребренными трубами

Промышленный испытательный стенд Т-образного ребойлера с оребренными трубами расположен на нижнем ребойлере (Теператор 2) газофракционирующей колонны депропанизатора (Башня 1) установки алкилирования Sinopec Changle Branchs. Расчетная тепловая нагрузка составляет 4600 ГДж/ч. Первоначально использовавшийся кожухотрубный ребойлер с плавающей головкой FLa700-135-40-2 имел площадь теплообмена 135 м² при фактическом коэффициенте теплопередачи всего 250 Вт/(м²·К) с учетом значительного запаса по ожидаемому увеличение технологической мощности установки алкилирования. При использовании ребойлера с Т-образными оребренными трубами, если предположить, что внешний коэффициент теплопередачи при кипении Т-образной оребренной трубы в три раза больше, чем у гладкой трубы, расчетная площадь теплопередачи составит 65 м². Для обеспечения дополнительной маржи был выбран ребойлер с оребренными трубами F LB 700-95-40-2 «Т»-образной формы, площадью теплообмена 95 м². Однако для использования существующего оборудования был заменен только трубный пучок. Трубная пластина F LB700 была модифицирована до трубной пластины ребойлера F LB700, и был изготовлен трубный пучок. В последнем проходе пробирок было 29 засоренных трубок, а во втором проходе было всего 58 засоренных трубок. Фактическая площадь теплопередачи пучка труб составляет 90,5 м².

После успешного пробного производства ребойлера с Т-образными оребренными трубами он был установлен в нижнем ребойлере (теплообменнике 2) башни 1 установок алкилирования на филиале Sinopec в Чангле. С момента его эксплуатации производительность была превосходной, а его тепловая нагрузка превысила расчетную тепловую нагрузку, что соответствует производственным требованиям.

Т-образная ребристая труба | U-образная трубка с низким ребром