关于自动缠绕器项目研发过程的控制及效益分析

在电力工作中,电力设备常常需要进行试验操作,在进行试验时要用到测试线,而目前的测试线均为固定长度类型,其长度不可变更,如需延长测试线,需将不同测试线连接起来,从而降低了测试信号传输的可靠性和准确性;并且同时使用多条测试接线时,常常会出现线缆散乱不齐,接头对应关系不清楚,容易搞混,导致接错测试线。针对上述问题,本项目研发并制作了一种能够实现自动回收整理测试用接线的装置,即本项目名称“自动测试线缠绕器”,可以使测试线在不使用时收缩至一个线盘中,从而提高了电力设备试验工作的工作效率,大大缩短收线时间,节省人力和物力。

缠绕管式换热器全模型研究

缠绕管式换热器由于结构紧凑、换热效率高,在化工领域有广泛的应用,但其复杂性也为研究带来困难。利用mixture模型和相变模型构建了全三维尺度下的数值方法,实现了缠绕管式换热器壳程和管程流动、传热过程的计算。搭建了米级换热器实验及测试平台,建立了相应的全三维、同尺寸数值模型;采用Lee相间传质模型,实现了蒸发-冷凝模拟,获得换热器器件尺度传热系数和相变总量。计算的传热系数与实验测量值的相对误差为4.98%。基于所构建的全模型,数值研究了操作条件对传热特性和相变的影响,分析了换热段长度和缠绕管层数对传热性能的影响,为缠绕管式换热器的设计开发提供了数据和平台支持。

螺旋缠绕管式换热器传热性能优化与计算程序开发

螺旋缠绕管式换热器作为新型换热设备,与传统换热器相比,更为紧凑的管排列方式,增大了设备单位体积内的传热面积,且流体流动过程更易多流股化,从而提升传热综合效率;对设备的传热特性进行研究并与计算机技术相结合实现性能优化与计算方法改善,对于实际设备设计生产与使用具有重要意义;通过计算流体力学(CFD)方式,对螺旋缠绕管式换热器进行简化计算模型结构工作并开展数值模拟,研究不同管排列方式,相邻管层间距,壳程流速,换热管使用材料在设备换热性能方面的影响情况,得到设备优化结构,实现设备性能提升;选定管内径,管缠绕圈数,壳程流速以及管缠绕半径4个因素及其相对应水平参数开展正交试验,并分析单因素对于绕管式换热器综合传热性能PEC的影响情况及各因素的主次程度;运用Visual Basic语言进行计算程序开发,通过对流体物性参数、管内径、管缠绕圈数及管程数等进行输入并自动计算,实现压降,传热系数,综合性能指数等结果的可视化,提高后期设计工艺计算精度。

缠绕管式换热器结构参数多目标优化数值模拟研究

为分析缠绕管式换热器关键几何结构对其流动和传热性能的影响,采用多目标遗传优化算法对壳侧的流动和传热特性进行了数值模拟研究,并对通过中心复合设计得出的实验点进行了计算。研究结果表明:缠绕管式换热器的壳侧压降随着层间距、缠绕角、同层管间距的增大而减小;壳侧换热系数随着层间距的增大而减小,随着管外径的增大而增大,随着螺旋角的增大先增大后减小。通过敏感度分析可知:螺旋角和层间距对缠绕管式换热器的流动和传热性能影响最大,在计算工况下,层间距对压降和换热系数都呈负相关;螺旋角与压降呈负相关,与换热系数呈正相关。同时,应用多目标遗传算法在连续响应面的基础上对原结构进行优化,得到3组优化结果,换热系数平均增加了2.93%,压降平均降低了40.27%,综合传热性能均好于原结构。该研究成果可为缠绕管式换热器的优化设计提供理论基础。

垫条对缠绕管换热器壳侧性能的影响研究

目前针对缠绕管换热器的数值模拟研究中,大多为了简化模型而省略了管层间的垫条,造成模拟结果偏离实际情况。通过CFD数值模拟,着重研究了缠绕管换热器中垫条的存在及不同的排布方式和数量对换热器壳侧的流动、传热性能的影响。计算结果表明,垫条的存在不仅影响流体轴向流速,并且在径向截面上更易形成涡旋而加强流体扰动。在相同进口工况下,相比无垫条模型,垫条对齐排布时Nu下降了1.6%-2.5%,换热器单位长度压降ΔPl增加了14.5%-17.0%,强化传热性能指标FP减小了5.7%-5.9%;错开排布时Nu上升了17.0%-18.1%,ΔPl增加了38.4%-39.9%,FP增加了13.7%-15.4%。两种垫条排布方式中错开排布能够在更大程度上强化壳侧的湍流,从而强化传热。当垫条数量多于12,依次为13、14、15时,对换热器壳侧的性能影响不大。所做研究为缠绕管换热器的数值模拟提供了新的思路,也为缠绕管换热器的性能优化提供了理论参考。

LNG缠绕管式换热器试验研究中的热物性计算方法

在基本负荷型的LNG工厂中,多股流缠绕管式换热器是应用最广泛的主低温换热器,多组分介质在管程和壳程的传热与流动特性是主低温换热器试验研究的关键,而混合介质的热物性(密度、动力黏度、导热系数、比热容)对试验研究的影响较大。为此,在考虑了压力对气态混合物热物性计算影响的情况下,对气态和液态混合介质的4种基本热物性的计算方法进行了提炼、集成,并将计算结果与HYSYS的计算结果进行了比较,结果表明:相关的热物性计算方法是可行的,计算误差均控制在工程允许范围内。该计算方法为国内开发大型冷塔提供了技术支撑,有助于早日实现LNG缠绕管式换热器冷塔的国产化。

结构参数对缠绕管式换热器管侧换热影响模拟研究

缠绕管式换热器具有结构紧凑、可同时进行多种介质换热、操作压力高、热膨胀可自行补偿、易于实现大型化等特点,是大型天然气液化工厂首选主低温换热器。在设计计算中,需要确定缠绕管式换热器的几何结构和尺寸大小,以便能在一定条件下满足一定的热负荷。因此本文给出了一个简单的管侧流动与换热数值模拟模型并与已有文献中的实验数据进行了对比验证了该模型的准确性,采用该模型模拟了不同结构参数下缠绕管式换热器管侧甲烷流动,通过正交试验分析,得到了一组较好的管侧结构参数,为缠绕管式换热器的设计提供了一个参考。

首台15CrMo缠绕式换热器的制造

介绍了 1 5CrMo缠绕式换热器的制造过程及应用情况。

缠绕管式换热器性能及应用研究进展

介绍了缠绕管式换热器的主要结构形式,从实验研究和数值模拟两方面综述了缠绕管式换热器的研究现状。重点阐述了多股流缠绕管式换热器的壳侧传热模型和设计计算研究、几何结构参数对缠绕管式换热器流动传热性能的影响和不同换热管形式的缠绕管式换热器研究。基于目前取得的研究成果,结合缠绕管式换热器的工程应用现状,指出了需要深入研究的方向和发展趋势。

氢回收装置缠绕管式换热器设计计算研究

研究了合成氨氢回收装置缠绕管式换热器的热力设计计算方法 ,探讨了换热器中并管传热模型、含氢多组分混合物汽液平衡、物性参数以及冷凝和蒸发等传热计算问题。

大型多股流缠绕管式换热器的制造

多股流缠绕管式换热器是化肥装置中的关键设备 ,其国产化一直是我国机械制造业的一个目标。本文介绍了循环甲醇冷却器 (15E6 )的国产化研究情况 ,包括传热工艺、设计标准、主材选择、焊接工艺。

基于开槽强化管的缠绕管换热器传热强化研究

为了增强缠绕管式换热器的综合性能,在圆形光滑传热管外开了沿管中心线方向的半圆形凹槽。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟分析,研究这种基于开槽强化管的缠绕管换热器壳侧空气流动、换热及综合性能随凹槽数量和凹槽深度的变化规律。结果表明:当壳侧入口流速一定时,对流换热系数和压降都随凹槽数量增加而增大,且增加趋势逐渐变缓。对流换热系数随凹槽深度的增大先增大后减少,存在峰值;压降随凹槽深度的增大先增大后维持基本不变,而换热器的综合性能评价指标(PEC),随凹槽数量的增加维持基本不变,但与圆形光管相比提高了约4.21%;随凹槽深度的增加,先增大后减小,在0.3 mm深度达到峰值,该值比圆形光管提高了约4.21%。

缠绕管式换热器的研究与开发

提出一种适用于逆流型缠绕管式换热器的换热工艺计算方法;应用数值模拟方法确定缠绕管束基本物理参数;通过控制进口流体速度的变化按照单股流缠绕管式换热器计算流程进行编程迭代计算;对比分析计算数据并建立低温缠绕管式换热器管束模型。研究表明:引入数值模拟方法可简化缠绕管式换热器管束的缠绕工艺过程的计算并获得换热器结构总体设计参数;可应用于建模过程并将所建模型及相应三维物理模型应用于传热工艺计算过程;可通过编程计算改变流速等参数并优化整体设计计算过程。

直插式垫条型缠绕管式换热器过程强化

为增强缠绕管式换热器的综合换热性能,本文提出一种沿径向安装于缠绕管式换热器芯筒内壁上的直插式垫条型内插件。通过数值模拟的手段,研究了直插式垫条型缠绕管式换热器的流动与换热性能。相比于传统结构,直插式垫条在固定管束相对位置的同时也可作为涡发生器,影响管束形成的尾流场,对管束边界层产生持续的扰动,增强缠绕管式换热器的综合换热性能。计算结果表明,在相同的进口工况下,直插式垫条型缠绕管式换热器壳侧努塞尔数相比于传统结构提高了13.01%~15.55%,压降升高了1.3%~4.3%,综合换热性能可提高7.4%~10.5%。并在此基础上研究了直插式垫条不同的排布方式对流动及换热性能的影响,在雷诺数5000~24000的工况条件下,直插式垫条对齐排方式的综合换热性能最优;在雷诺数24000~30000的工况条件下,直插式垫条交错排布的综合换热性能最优。

煤化工大型缠绕管式换热器的设计与制造

大型缠绕管式换热器不仅具有较好的传热性能,还同时具有对装置变负荷的适应性和运行可靠的操作特性,在我国煤炭深加工、炼油、天然气等领域的应用呈现出良好的发展前景。从煤化工大型多股流缠绕管式换热器出发,对缠绕管式换热器设计和制造的技术难点进行分析。在多股流缠绕管式换热器方面,论述了管板的不同结构形式、管板设计计算的特殊性、各管程在同一壳体内的协调性、组合式大型原料气冷却器等内容;同时对管束与管板之间的引出结构进行了讨论;结合奥氏体不锈钢材料的应变时效分析结果,给出了缠绕过程换热管正常变形率的范围;对大型缠绕管式换热器管子与管板焊接接头的射线检测,给出了可以参考的操作准则。我国已能生产换热面积超过10000 m2的大型缠绕管式换热器,在设计和制造方面积累了很多的经验,但是在缠绕管式换热器材料的多样性、大型主低温换热器的工艺设计、数值模拟技术在设计上的应用以及换热管与管板连接质量检测的量化技术等方面,我国和欧美先进国家还有一定的差距。

双股流低温缠绕管式换热器设计计算方法

提出一种适用于双股流逆流型缠绕管式换热器的换热工艺计算方法,应用数值模拟方法确定双股流缠绕管束基本物理参数。按照双股流甲醇-甲醇缠绕管式换热器计算流程进行编程迭代计算,对比分析计算数据并建立双股流低温缠绕管式换热器管束模型。研究表明:引入数值模拟方法可简化双股流缠绕管式换热器管束的缠绕工艺,获得双股流缠绕管式换热器结构总体设计参数并应用于建模过程。将所建模型及相应三维物理模型应用于传热工艺计算过程,可通过编程计算并优化双股流换热整体设计计算过程。

缠绕管式换热器热力计算方法研究

针对缠绕式换热器的热力计算目前尚无统一标准的问题,研究了缠绕管式换热器设计计算时设计参数的选择与确定,得出:对于物性随温度变化显著的流体,需对换热器的传热面积进行分段计算得出,对于物性随温度变化不大的场合,无需分段处理,采用常见的平均温差法来确定计算即可;壳侧流道间隙和流通面积的计算方法有多种,选择时需与待用的流动、换热关联式相匹配,进而才能精准地进行热力计算,对于缠绕管式换热器的设计计算具有实际的指导意义。

缠绕管式换热器在加氢裂化装置的首次应用

加氢裂化装置高压换热器一般采用螺纹锁紧环结构换热器,缠绕管式换热器首次在镇海炼化分公司加氢裂化装置中应用。文章对缠绕管式换热器在加氢裂化装置中的使用情况进行了简单介绍,并提出了结构上和使用中可能出现的问题与采取的措施。

低温液氮用系列缠绕管式换热器的研究与开发

论述了低温制冷领域内的低温液氮用系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展。举例说明一级回热三股流换热器、二级回热四股流换热器、三级回热五股流换热器以及多股流回热主换热器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用低温液氮缠绕管式换热设备的基本设计方法及内部多股流换热工艺流程,阐述了不同制冷剂及不同用途的低温液氮用缠绕管式换热器和螺旋缠绕管束总体结构特征及工作原理。最后展望了低温液氮系列缠绕管式换热器的重要研究方向及需要进一步解决的关键科学问题。研究内容可为低温液氮领域内缠绕管式换热器的设计计算提供参考。

LNG系列缠绕管式换热器的研究与开发

针对石油化工领域内的LNG系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展进行论述,举例说明一级制冷四股流缠绕管式换热器、二级制冷三股流缠绕管式换热器、三级制冷两股流缠绕管式换热器及混合制冷剂多股流主缠绕管式换热器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用LNG缠绕管式换热设备的基本设计方法及内部多股流换热工艺流程,对不同制冷剂及不同用途的LNG缠绕管式换热器和螺旋缠绕管束总体结构特征及工作原理等进行阐述。最后展望了LNG系列缠绕管式换热器的重要研究方向及需要进一步解决的关键科学问题。