Імітаційне моделювання кожухотрубного теплообмінника у нафтогазовій промисловості
DOI:
https://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2023.288245Ключові слова:
обчислювальна гідродинаміка, кожухотрубний теплообмінник, енергоефективність, комп'ютерне моделювання, оптимізація теплообмінних систем, імітаційна модель, нафтогазова промисловість, коефіцієнт теплопередачіАнотація
З погляду літературного аналізу, найбільш оптимальним методом впровадження теплообмінників у виробничі процеси є використання обчислювальної гідродинаміки для моделювання. В контексті промисловості, досягнення енергоефективності, безпеки та забезпечення стабільної функціональності установок є критично важливими завданнями. Використання комп'ютерного моделювання розширює можливості дослідження процесів теплообміну, зокрема в теплових установках, таких як кожухотрубні теплообмінники.
Імітаційне моделювання дозволяє передбачати процеси, створювати точні моделі об'єктів, аналізувати їх та досліджувати параметри системи. Воно покращує процеси прийняття рішень, зменшує ризики і сприяє розвитку всієї нафтогазової промисловості. Комп'ютерні моделі легше і зручніше вивчати, вони дозволяють проводити обчислювальні експерименти, реальна реалізація яких є складною або може призвести до непередбачуваних результатів. Усі ці аспекти спрямовані на більш глибоке і детальне розуміння процесів теплообміну, що відкриває можливості для їх подальшого вдосконалення у майбутньому.
Попередні дослідження вказують на відсутність рекомендацій щодо оптимізації теплобмінних систем та недостатню деталізацію важливих параметрів під час моделювання, а саме розміри моделі, властивості матеріалів. У цьому контексті дана робота акцентує увагу на налаштуванні моделі реального масштабу з основним акцентом на аспектах теплообміну та впливі турбулентності на зміну температури нафти та пари. Окрім того, отримано загальний коефіцієнт теплопердачі та визначено, як його зміна корелює з швидкістю потоку.
Ця робота підкреслює важливість моделювання в хімічних процесах як важливого інструменту для підвищення ефективності, забезпечення безпеки та надійності операцій. Отримані результати аналізу і налаштування надають інформацію про процес конфігурації моделі та її оптимальний режим роботи. На сьогоднішній день, перспективи досліджень представляють великий потенціал для вдосконалення процесу підігріву нафти. Оптимізація конструкції теплообмінника, програмне забезпечення та автоматизований контроль неперервно зазнають покращень.
Посилання
M. Kaiser, J. H. Gary, G. E. Handwerk. Petroleum Refining Technology and Economics. New York: CRC Press, 2007. P. 488.
M. A. Fahim, T. A. Al-Sahhaf, A. Elkilani. Fundamentals of Petroleum Refining. Amsterdam: Elsevier, 2010. P. 516
Kamalifar S., Peyghambarzadeh S.M., Azizi S., Jamali-Sheini F. Experimental study on crude oil fouling in preheatexchangers at different operating conditions. Thermal Science and Engineering Progress Journal. 2023. Vol. 39, №1. URL: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2023.101742
Vafajoo L., Ganjian K.,Fattahi M. Influence of key parameters on crude oil desalting: An experimental and theoretical study. Journal of Petrolium Science and Engineering. 2012. Vol. 90-91, P.107-111. URL: https://doi.org/10.1016/j.petrol.2012.04.022
Martínez-Palou R., Camacho R.C., Chávez B., Aburto J. Demulsification of heavy crude oil-in-water emulsions: A comparative study between microwave and thermal heating. The Science and Technology of Fuel and Energy. 2013. Vol. 113, P.407-414. URL: https://doi.org/10.1016/j.fuel.2013.05.094
Sass A., Kummer A., Ulbert Z., Egedy A. Failure Analysis of Heat Exchangers with a Valid CFD Simulation. Periodica Polytechnica Engineering Journal. 2021. Vol. 65 №4, P.536-549. URL: https://doi.org/10.3311/PPch.17095
Mohanty S., Arora R. CFD Analysis of a Shell and Tube Heat Exchanger with Single Segmental Baffles. International Journal of Automotive and Mechanical Engineering . 2020. Vol. 17, P.7890-7901.
Araavind S., Athreya A., S. CFD Analysis of Shell and Tube Heat Exchanger for Pre-heating for Biodiesel. International Journal of Advance Research in Science and Engineering. 2017. Vol. 6, P.687-693.
Mehedi T., Kazi A., Muhammad., Palash B., Mohammad R., Nanjappa A. CFD study of heat transfer enhancement and fluid flow characteristics of laminar flow through tube with helical screw tape insert. Journal of Energy Procedia. 2019. Vol. 160, P.499-706. URL: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.02.19
Kishan R., Singh D., Sharma A. CFD Analysis of Heat Exchanger Models Design Using Ansys Fluent. International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2020. Vol. 11, P.1-9. URL: https://www.doi.org/10.34218/IJMET.11.2.2020.001
Rao P. D., Rao B. N. CFD Simulation And Valiation Through Test Data Of A Double Pipe Counter Flow Heat Exchanger. International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2017. Vol. 8, P.818-831.
Andriawan, Tanujaya H., Riza A. Simulation and Study of Shell and Tube Type Heat Exchangers. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol.1007,. P.1-8. URL: https://doi.org/10.1088/1757-899X/1007/1/012197
Aujla G.S., Pandey S., Trivedi Y., Ghosh D., Sharma P., Tyagi A., Jain A. Effectiveness Analysis And Design Of Shell And Tube Heat Exchanger Using Comsol Multiphysics. International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2017. Vol. 8, P.777–785.
Lelea A. F., Rönnebecka T., Rohdea C., Schmidta T., Kuznikb F., Rucka W. K. L. Modelling of heat exchangers based on thermochemical material for solar heat storage systems. Energy Procedia Journal. 2014. Vol. 61, P.2809-2813.
Lee H. S. Thermal Design Heat Sinks, Thermoelectrics, Heat Pipes, Compact Heat Exchangers, and Solar Cells. New Jersey: John Wiley & Sons, 2022. P. 656.
Topilnytskyy P., Romanchuk V., Yarmola T. Investigation of oil properties from Ukraine Precarpathianoil and gaz region. Chemistry, technology and application of substances journal. Vol. 2, No. 2, 2019. P.102-109. URL: https://doi.org/10.23939/ctas2019.02.102.
Di Schino A. Manufacturing and Application of Stainless Steel. Basel, 2020. P.304
Thulukkanam K. Heat Exchanger Design Handbook. New York: CRC Press, 2016. P.1272
Reddy S. S, Dey T., Haribabu K., Krishnakumar H. Optimization of Shell and Tube Heat Exchangers for Sea Water Cooling by COMSOL Multiphysics. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 2012. P.264–270.
Comsol, Inc. COMSOL Multiphysics Reference Manual. Stockholm: COMSOL AB, 2019. P. 1272
Lienhard J. Heat Transfer Handbook. Masschusetts: Phlogiston Press, 2020. P. 784
Adumene, S., Nwaoha, T.C., Ombor, G.P. and Abam, J.T. Design and Off-Design Performance Evaluation of Heat Exchanger in an Offshore Process Configuration. Open Access Library Journal. 2016. Vol.3. P.1-9. URL: https://doi.org/10.4236/oalib.1102748
Maakoul A., Laknizi. A., Saadeddine S., Metoui M., Zaite A., Meziane M., Abdellah A. Numerical comparison of shell-side performance for shell and tube heat exchangers with trefoil-hole, helical and segmental baffles. Thermal Engineering Journal. 2016. Vol.109. P. 175–185. URL: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.08.067
Azar R., Khalilarya S., Jafarmadar S. Tube bundle replacement for segmental and helical shell and tube heat exchangers: experimental test and economic analysis. Thermal Engineering Journal. 2014. Vol.62. P. 622–632. URL: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.10.009
Pereira, I., Bagajewicz, M.: Global optimization of the design of horizontal shell and tube condensers. Chemical Engineering Science Journal. 2021. Vol.236. URL: https://doi.org/10.1016/j.ces.2021.116474
He Z., Fang X., Zhang Z., Gao X. Numerical investigation on performance comparison of non-Newtonian fluid flow in vertical heat exchangers combined helical baffle with elliptic and circular tubes. Thermal Engineering Journal. 2016. Vol.100. P. 84–97. URL: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.02.033
Kumar, Bhramara N.R., Kirubeil P., Sundar A., Singh L.S., & Sousa M.K. Effect of twisted tape inserts on heat transfer, friction factor of Fe3O4 nanofluids flow in a double pipe U-bend heat exchanger. International Communications in Heat and Mass Transfer Journal. 2018. Vol.95. P.53–62. https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2018.03.020
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Сергій Олегович Кубах, Віталій Степанович Цапар
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
