铵盐颗粒在U形换热管中的流动、沉积特性与垢下腐蚀行为
发布时间：2021-03-25 22:11
通过数值模拟软件FLUENT,结合Discrete Phase Model模型,对U形换热管中铵盐的流动、沉积特性进行计算流体动力学（CFD）研究。结果表明:铵盐颗粒的粒径和多相介质流速是影响铵盐流动距离和沉积区域的重要因素。颗粒粒径越小、多相介质流速越大,铵盐流动距离越远,沉积区域越大。通过固体颗粒流动沉积模拟实验进一步研究发现,对于粒径小于0.03 mm的固体颗粒,当多相介质流速大于5.50 m/s时,颗粒的流动距离不再增加。通过对失效换热管进行SEM和XRD分析,发现铵盐沉积腐蚀造成管壁减薄,在管壁内外侧高压差作用下产生诱导裂纹,引发应力腐蚀裂纹,最终导致换热管泄漏失效。
【文章来源】：石油学报(石油加工). 2020,36(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
U形换热管物理模型与局部网格
假设NH4Cl颗粒的粒径(D)为0.10 mm,质量流量(Q)为2.778×10-5 kg/s,入口速度(u)为2.50 m/s。对NH4Cl颗粒在U形换热管内的流动-沉积轨迹进行模拟计算,结果如图2所示。由图2可知,NH4Cl颗粒自换热管入口进入管程后,沿轴向运动过程中逐渐沉积至换热管下部区域。该工况条件下,NH4Cl颗粒所受重力远大于多相介质的曳力,导致离散相颗粒进入管程后很快沉积在换热管下部。经统计,该流动沉积距离(XL)为距换热管入口0.56 m内,且NH4Cl颗粒大多分布于 0.16～0.40 m 区域内。不同粒径的铵盐颗粒在流动过程中受到的重力、流体拖曳、离心力等均不相同,因此在管程中的流动轨迹和沉积位置也不相同。保持边界条件(入口速度、颗粒密度、质量流量)不变,选取颗粒直径(D)分别为0.10、0.05、0.03和0.01 mm的4种铵盐颗粒,研究粒径对换热管中铵盐流动、沉积特性的影响,结果如图3所示。其中,横坐标(XL,m)表示铵盐颗粒流动沉积距离,正值为入口直管段距离,负值为出口直管段距离;纵坐标(Pf,%)表示铵盐颗粒沉积比例(Pf=(单位区域内的铵盐颗粒沉积质量/总的铵盐颗粒沉积质量)×100%)。
由图4可知,当多相介质入口速度分别为2.50、5.00、7.50、10.00 m/s时,NH4Cl颗粒流动距离分别为距入口0.56、1.23、1.96、2.15 m,且颗粒沉积区域主要集中于距入口0.16～0.40、0.53～0.76、0.82～1.20与1.15～2.15 m区域内。显然,在离散相颗粒物理特性不变的条件下,随着多相介质流动速度的增加,铵盐颗粒的沉积区域距入口更远,且该区域沿管轴向长度更长。该U形换热管入口直管段长度为2.00 m,因此,当D=0.10 mm、多相流介质流速大于7.50 m/s时,铵盐颗粒进入U形换热管弯头部位,并在该区域发生沉积,进而引发铵盐垢下腐蚀。而且,由前述分析可知,粒径越小,其流动沉积距离越大。因此,4种不同粒径的颗粒在流速大于7.50 m/s时均会进入U形换热管弯头部位,并引发沉积垢下腐蚀。2 颗粒流动-沉积实验
【参考文献】：
期刊论文
[1]原油对外依存度增长并非来势汹汹[J]. 罗佐县. 中国石油石化. 2018(08)
[2]管道复杂流场气固两相流DPM仿真优化[J]. 张涛,李红文. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2015(01)
[3]稀薄颗粒流体对弯管冲蚀的数值模拟[J]. 易卫国,杨谦,李群松. 湖南师范大学自然科学学报. 2012(05)
[4]催化重整装置氯腐蚀及防护[J]. 姚敬博. 石油化工腐蚀与防护. 2008(01)
[5]加氢高压空冷系统腐蚀原因分析与对策[J]. 张国信. 炼油技术与工程. 2007(05)
[6]柴油加氢装置高压换热器管束铵盐结晶原因分析及对策[J]. 黄晓文,黄蔼民,谢涛. 炼油技术与工程. 2007(04)
[7]延迟焦化在我国石油加工中的地位和前景[J]. 瞿国华,黄大智,梁文杰. 石油学报(石油加工). 2005(03)
[8]倾斜波纹板上液膜流动的CFD研究[J]. 谷芳,刘春江,袁希钢,余国琮. 化工学报. 2005(03)
本文编号：3100417
【文章来源】：石油学报(石油加工). 2020,36(03)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
U形换热管物理模型与局部网格
假设NH4Cl颗粒的粒径(D)为0.10 mm,质量流量(Q)为2.778×10-5 kg/s,入口速度(u)为2.50 m/s。对NH4Cl颗粒在U形换热管内的流动-沉积轨迹进行模拟计算,结果如图2所示。由图2可知,NH4Cl颗粒自换热管入口进入管程后,沿轴向运动过程中逐渐沉积至换热管下部区域。该工况条件下,NH4Cl颗粒所受重力远大于多相介质的曳力,导致离散相颗粒进入管程后很快沉积在换热管下部。经统计,该流动沉积距离(XL)为距换热管入口0.56 m内,且NH4Cl颗粒大多分布于 0.16～0.40 m 区域内。不同粒径的铵盐颗粒在流动过程中受到的重力、流体拖曳、离心力等均不相同,因此在管程中的流动轨迹和沉积位置也不相同。保持边界条件(入口速度、颗粒密度、质量流量)不变,选取颗粒直径(D)分别为0.10、0.05、0.03和0.01 mm的4种铵盐颗粒,研究粒径对换热管中铵盐流动、沉积特性的影响,结果如图3所示。其中,横坐标(XL,m)表示铵盐颗粒流动沉积距离,正值为入口直管段距离,负值为出口直管段距离;纵坐标(Pf,%)表示铵盐颗粒沉积比例(Pf=(单位区域内的铵盐颗粒沉积质量/总的铵盐颗粒沉积质量)×100%)。
由图4可知,当多相介质入口速度分别为2.50、5.00、7.50、10.00 m/s时,NH4Cl颗粒流动距离分别为距入口0.56、1.23、1.96、2.15 m,且颗粒沉积区域主要集中于距入口0.16～0.40、0.53～0.76、0.82～1.20与1.15～2.15 m区域内。显然,在离散相颗粒物理特性不变的条件下,随着多相介质流动速度的增加,铵盐颗粒的沉积区域距入口更远,且该区域沿管轴向长度更长。该U形换热管入口直管段长度为2.00 m,因此,当D=0.10 mm、多相流介质流速大于7.50 m/s时,铵盐颗粒进入U形换热管弯头部位,并在该区域发生沉积,进而引发铵盐垢下腐蚀。而且,由前述分析可知,粒径越小,其流动沉积距离越大。因此,4种不同粒径的颗粒在流速大于7.50 m/s时均会进入U形换热管弯头部位,并引发沉积垢下腐蚀。2 颗粒流动-沉积实验
【参考文献】：
期刊论文
[1]原油对外依存度增长并非来势汹汹[J]. 罗佐县. 中国石油石化. 2018(08)
[2]管道复杂流场气固两相流DPM仿真优化[J]. 张涛,李红文. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2015(01)
[3]稀薄颗粒流体对弯管冲蚀的数值模拟[J]. 易卫国,杨谦,李群松. 湖南师范大学自然科学学报. 2012(05)
[4]催化重整装置氯腐蚀及防护[J]. 姚敬博. 石油化工腐蚀与防护. 2008(01)
[5]加氢高压空冷系统腐蚀原因分析与对策[J]. 张国信. 炼油技术与工程. 2007(05)
[6]柴油加氢装置高压换热器管束铵盐结晶原因分析及对策[J]. 黄晓文,黄蔼民,谢涛. 炼油技术与工程. 2007(04)
[7]延迟焦化在我国石油加工中的地位和前景[J]. 瞿国华,黄大智,梁文杰. 石油学报(石油加工). 2005(03)
[8]倾斜波纹板上液膜流动的CFD研究[J]. 谷芳,刘春江,袁希钢,余国琮. 化工学报. 2005(03)
本文编号：3100417
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