通過數(shù)值模擬軟件FLUENT,結(jié)合Discrete Phase Model模型,對(duì)U形換熱管中銨鹽的流動(dòng)、沉積特性進(jìn)行計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）研究。結(jié)果表明:銨鹽顆粒的粒徑和多相介質(zhì)流速是影響銨鹽流動(dòng)距離和沉積區(qū)域的重要因素。顆粒粒徑越小、多相介質(zhì)流速越大,銨鹽流動(dòng)距離越遠(yuǎn),沉積區(qū)域越大。通過固體顆粒流動(dòng)沉積模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),對(duì)于粒徑小于0.03 mm的固體顆粒,當(dāng)多相介質(zhì)流速大于5.50 m/s時(shí),顆粒的流動(dòng)距離不再增加。通過對(duì)失效換熱管進(jìn)行SEM和XRD分析,發(fā)現(xiàn)銨鹽沉積腐蝕造成管壁減薄,在管壁內(nèi)外側(cè)高壓差作用下產(chǎn)生誘導(dǎo)裂紋,引發(fā)應(yīng)力腐蝕裂紋,最終導(dǎo)致?lián)Q熱管泄漏失效。 

【文章來源】：石油學(xué)報(bào)(石油加工). 2020,36(03)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

U形換熱管物理模型與局部網(wǎng)格

假設(shè)NH4Cl顆粒的粒徑(D)為0.10 mm,質(zhì)量流量(Q)為2.778×10-5 kg/s,入口速度(u)為2.50 m/s。對(duì)NH4Cl顆粒在U形換熱管內(nèi)的流動(dòng)-沉積軌跡進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,NH4Cl顆粒自換熱管入口進(jìn)入管程后,沿軸向運(yùn)動(dòng)過程中逐漸沉積至換熱管下部區(qū)域。該工況條件下,NH4Cl顆粒所受重力遠(yuǎn)大于多相介質(zhì)的曳力,導(dǎo)致離散相顆粒進(jìn)入管程后很快沉積在換熱管下部。經(jīng)統(tǒng)計(jì),該流動(dòng)沉積距離(XL)為距換熱管入口0.56 m內(nèi),且NH4Cl顆粒大多分布于 0.16～0.40 m 區(qū)域內(nèi)。不同粒徑的銨鹽顆粒在流動(dòng)過程中受到的重力、流體拖曳、離心力等均不相同,因此在管程中的流動(dòng)軌跡和沉積位置也不相同。保持邊界條件(入口速度、顆粒密度、質(zhì)量流量)不變,選取顆粒直徑(D)分別為0.10、0.05、0.03和0.01 mm的4種銨鹽顆粒,研究粒徑對(duì)換熱管中銨鹽流動(dòng)、沉積特性的影響,結(jié)果如圖3所示。其中,橫坐標(biāo)(XL,m)表示銨鹽顆粒流動(dòng)沉積距離,正值為入口直管段距離,負(fù)值為出口直管段距離;縱坐標(biāo)(Pf,%)表示銨鹽顆粒沉積比例(Pf=(單位區(qū)域內(nèi)的銨鹽顆粒沉積質(zhì)量/總的銨鹽顆粒沉積質(zhì)量)×100%)。

由圖4可知,當(dāng)多相介質(zhì)入口速度分別為2.50、5.00、7.50、10.00 m/s時(shí),NH4Cl顆粒流動(dòng)距離分別為距入口0.56、1.23、1.96、2.15 m,且顆粒沉積區(qū)域主要集中于距入口0.16～0.40、0.53～0.76、0.82～1.20與1.15～2.15 m區(qū)域內(nèi)。顯然,在離散相顆粒物理特性不變的條件下,隨著多相介質(zhì)流動(dòng)速度的增加,銨鹽顆粒的沉積區(qū)域距入口更遠(yuǎn),且該區(qū)域沿管軸向長度更長。該U形換熱管入口直管段長度為2.00 m,因此,當(dāng)D=0.10 mm、多相流介質(zhì)流速大于7.50 m/s時(shí),銨鹽顆粒進(jìn)入U(xiǎn)形換熱管彎頭部位,并在該區(qū)域發(fā)生沉積,進(jìn)而引發(fā)銨鹽垢下腐蝕。而且,由前述分析可知,粒徑越小,其流動(dòng)沉積距離越大。因此,4種不同粒徑的顆粒在流速大于7.50 m/s時(shí)均會(huì)進(jìn)入U(xiǎn)形換熱管彎頭部位,并引發(fā)沉積垢下腐蝕。2 顆粒流動(dòng)-沉積實(shí)驗(yàn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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