Интенсификация теплообмена винтовыми турбулизаторами потока Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 536.2.023

Р. Х. Зиятдинов, Ф. А. Галеев, Ю. Ф. Коротков, Б. С. Азизов

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА ВИНТОВЫМИ ТУРБУЛИЗАТОРАМИ ПОТОКА

Ключевые слова: теплоноситель, теплоперенос, турбулизатор потока, энергоэффективность, энергосбережение.

Приведены результаты исследования теплопереноса в теплообменной трубе без турбулизатора потока теплоносителя и с турбулизаторами - шнековыми вставками. Предложено оценивать сравниваемые варианты теплообменных труб по их энергосберегающей способности.

Keywords: heat carrier, heat transfer, turbulization of stream, energy efficiency, energy conversation.

The results of research heat carrier in heat-exchanger without turbulizators and with worm turbulizators are shown. Energy conservation of different types heat-exchangers may be usedfor estimations their efficiency.

Широко используемые в различных отраслях промышленности теплообменные аппараты при работе на вязких жидкостях с большим содержанием твердых и смолистых примесей обладают низкой эффективностью и характеризуются относительно большим гидравлическим сопротивлением. Объясняется это интенсивными отложениями примесей на теплообменных поверхностях, приводящими к резкому росту термического сопротивления теплопере-дающих стенок и уменьшению живого сечения каналов аппарата [1].

В системах сбора, подготовки и транспорта нефти в особенно тяжелых условиях работают деэмульсаторы [2,3]. Их слабым звеном является жарот-рубный нагреватель, в котором в качестве горячего теплоносителя используются продукты сгорания попутного нефтяного газа. Высокая температура нагрева теплопередающих стенок деэмульсатора горячим теплоносителем и низкий съем тепла нагреваемой эмульсией приводят к образованию на теплообменных поверхностях труб спекшихся отложений из солей, смол, парафинов и механических примесей. Эти отложения создают большое термическое сопротивление переносу тепла от одного теплоносителя к другому, что приводит к перегреву стенок жаротрубного нагревателя и пожару. Необходимость в удалении отложений с теплопередающих поверхностей аппарата требует прекращения его работы на длительное время, сложной разборки и сборки узлов, а также проведения трудоемких операций по удалению отложений с теплопередающих поверхностей.

Одним из эффективных способов снижения скорости нарастания отложений на теплопередающих поверхностях аппарата является турбулизация пристеночного слоя теплоносителя с помощью турбули-заторов потоков теплоносителей. Теплообмен с использованием турбулизаторов потоков теплоносителей применительно к процессам подготовки нефти исследован на установке, описанной в [4].

В качестве турбулизаторов в теплообменной трубе использовались шнековые вставки с шагом 45, 65, 90 и 125мм. Рабочим элементом служила теплоизолированная латунная труба наружным диаметром 48мм, толщиной стенки 4мм и длиной 1200мм. На трубе были вмонтированы электронагреватели, а шнековая вставка размещалась в этой трубе с возможностью вращения. Модельной жидкостью служи-

ло трансформаторное масло. измерение температуры стенки трубы производилось хромель-копелевыми приборами, а трансформаторного масла на входе и выходе трубы - спиртовыми термометрами.

Параметры процесса регистрировались при установившемся режиме работы установки.

Практически наиболее удобными при оценке эффективности теплопереноса в рабочих каналах с разными турбулизаторами и без них можно считать коэффициенты энергоэффективности КГ и КХ.

Представим КГ и КХ через следующие соотношения:

Кг =

Кх =

At Г At Г

МХ

At Х

(1)

(2)

где AtГ = t 'гн. — tГх. - разность температур горячего теплоносителя на входе в теплообменник и выходе из него для случая использования одного из сравниваемых вариантов турбулизаторов;

А^г = tГн — t - то же для случая использования другого из сравниваемых вариантов турбулиза-торов; AtХ = tХк — tХн. - разность температур

холодного теплоносителя на выходе из теплообменника и на входе в него с использованием турбулиза-

тора по первому варианту; Atx - то же, но по второму сравниваемому варианту.

Необходимым условием при оценке сравниваемых вариантов трубчатых теплообменников является равенство поверхностей теплообмена и параметров начальных температур как для горячего, так и для холодного теплоносителей.

Для оценки энергосберегающей способности теплообменников можно использовать критерий энергосбережения, представляющий собой отношение производительности к тепловой нагрузке. Энергосберегающая способность будет выше у того теплообменника, у которого при одной и той же производительности тепловая нагрузка на аппарат будет ниже.

Необходимое условие для сравнения теплообменников по энергосберегающей способности -

равенство производительностей аппаратов и начальных температур теплоносителей.

Результаты исследования теплопереноса в теплообменной трубе без турбулизатора потока и с вращающимися шнековыми вставками показывают [4], что эффективность теплопереноса для трубы без турбулизатора ниже, чем для трубы со шнековыми вставками. Можно отметить и то, что с уменьшением шага шнековой вставки эффективность теплопереноса возрастает.

Литература

1. Злобин А.С. Об отложении накипи в блоках нагрева при подготовке нефти / А.С. Злобин, В.М. Клименов и др. // Нефтепромысловое дело. - 1979. - №11. - С.43-45.

2. Коротков Ю.Ф. Обустройство нефтяных промыслов / Ю.Ф. Коротков, Е.Ю. Ермакова, О.В. Козулина, М.Г. Кузнецов, А.О. Панков // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т.16, №5. - С.234-235.

3. Козулина О.В. Аппарат для нагрева и разделения водо-нефтяной эмульсии / О.В. Козулина, И.С. Кузнецова, Ю. Ф. Коротков, М. Г. Кузнецов // Вестник Казанского технологического университета. - 2013. - Т.20, №17. -С.235-237.

4. Гайнутдинов Р.С. Экспериментальные исследования интенсификации процесса теплообмена применительно к аппаратам нефтегазосбора и подготовки нефти / Р. С. Гайнутдинов, Н.А. Макаров // Экспресс-информация. Серия ХМ-3. - М.: ЦИНТИ Химнефтемаш. - 1985. -№4. - С.11-19.

© Р. Х. Зиятдинов - кандидат технических наук, доцент кафедры физики КНИТУ, zamilid@kstu; Ф. А. Галеев - кандидат технических наук, доцент кафедры промышленной безопасности КНИТУ; Ю. Ф. Коротков - кандидат технических наук, доцент кафедры пищевых производств КНИТУ; Б. С. Азизов - магистр той же кафедры.

© R. H. Ziyatdinov - Ph.D., assistant professor of physics KNRTU, zamilid@kstu; F. A. Galeev - Ph.D., assistant professor of industrial safety KNRTU; U. F. Korotkov - Ph.D., assistant professor of food production KNRTU; B. S. Azizov - Master of the Department of Food Technology.