CN112964746A - 散热管冷凝特性实验设备和实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及石油化工加氢裂化领域，具体地涉及一种散热管冷凝特性实验设备和实验方法。散热管冷凝特性实验设备包括原料气输送装置、水汽输送装置、风冷装置和依次连通的混合器、散热管、用于测量冷凝水量的冷凝水测量装置，用于输送设定温度、设定流量含氢油气的原料气输送装置和用于输送设定流量水蒸气的水汽输送装置均与混合器相连，使得含氢油气和水蒸气经过混合器混合形成混合气并通过散热管导出混合气，风冷装置设置为用于产生与散热管换热的气流，混合气中冷凝的水蒸气排至冷凝水测量装置。本设备可以探测通入混合器的含氢油气的流量、通入混合器的含氢油气的温度、通入混合器的水蒸气量或者风冷装置的气流流速对冷凝特性的影响。

Description

散热管冷凝特性实验设备和实验方法

技术领域

本发明涉及石油化工加氢裂化领域，具体地涉及一种散热管冷凝特性实验设备和实验方法。

背景技术

石油化工行业是我国的命脉行业，因此其设备生产安全至关重要。在石油炼制中，加氢裂化装置是重要组成部分，但是加氢空冷设备普遍存在流动腐蚀失效风险，严重制约加氢装置的稳定安全运行。

随着我国加工原油的高硫高酸化趋势加剧，空冷器中铵盐结晶风险随之增高，伴随而来的是空冷器管束频繁发生堵塞、爆管、腐蚀等事故。为了防止铵盐结晶颗粒的沉积导致的事故，空冷器应确保注入混合点的液态水含量不低于25％，液态水含量一方面促进结晶组分在水相介质的溶解，降低气相介质中结晶组分的分压乘积，另一方面可有效溶解已经生成的铵盐结晶，降低垢下腐蚀风险。同时也有学者指出过大的液态水含量会导致水溶液溶解过多的腐蚀性介质导致管束产生电化学腐蚀。因此空冷器管束内液态水含量对于预防空冷器管束的失效具有关键作用。

在注水时液态水大量蒸发为水蒸气，而后在空冷器的热交换中又大量冷凝为液态水。这一冷凝过程对于空冷器内液态水含量具有较大影响，许多学者对空冷器管束的液态水含量进行了数值仿真研究，取得了一定成效。但是由于实际工况的复杂性，仿真结果的准确性无法得到准确验证。目前针对翅片管管束内部冷凝特性的研究大多为数值仿真研究，实验研究几乎空白。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的现在并未有一种可靠的实验设备测定散热管冷凝特性问题，提供一种散热管冷凝特性实验设备。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种散热管冷凝特性实验设备，包括原料气输送装置、水汽输送装置、风冷装置和依次连通的混合器、散热管、用于测量冷凝水量的冷凝水测量装置，用于输送设定温度、设定流量含氢油气的所述原料气输送装置和用于输送设定流量水蒸气的所述水汽输送装置均与所述混合器相连，使得含氢油气和水蒸气经过所述混合器混合形成混合气并通过所述散热管导出所述混合气，所述风冷装置设置为用于产生与所述散热管换热的气流，所述混合气中冷凝的所述水蒸气排至所述冷凝水测量装置。

优选的，所述原料气输送装置包括原料气输送管线和在所述原料气输送管线上依次设置的鼓风机、油气加热器、油气温度传感器、油气流量控制阀。

优选的，所述水汽输送装置包括水汽输送管线和依次设置在所述水汽输送管线上的蒸汽发生器、气泵、水汽流量控制阀。

优选的，所述混合器通过混气加热器、混气温度器与所述散热管相连。

优选的，所述散热管冷凝特性实验设备包括控制器，所述油气加热器、所述油气流量控制阀、所述水汽流量控制阀和所述混气加热器均与所述控制器相连以通过所述控制器控制。

优选的，所述散热管冷凝特性实验设备包括供水装置，所述供水装置包括依次连接的水箱和水泵，所述水泵通过截止阀与所述蒸汽发生器相连，所述蒸汽发生器上设置有液位计。

优选的，所述风冷装置包括串接形成回路的风扇组、直流电源和电子调速器，所述风扇组设置在所述散热管侧面，所述风扇组与所述散热管之间设置有风压测量仪，所述散热管出口端设置有出口温度传感器。

优选的，冷凝水测量装置包括电子秤和设置在所述电子秤上的玻璃罐，所述玻璃罐通过所述出口温度传感器与散热管相连。

优选的，所述散热管包括输料管和设置在所述输料管外侧的散热翅片。

本发明第二方面提供一种使用本发明所述的散热管冷凝特性实验设备进行散热管冷凝特性实验的方法，包括：

S1、打开所述风冷装置使其输出第一设定风速的气流；

S2、打开所述原料气输送装置，向所述混合器输送第一设定温度和第一设定流量的含氢油气；

S3、打开所述水汽输送装置，向所述混合器输送第二设定流量的水蒸气；

S4、改变所述第一设定风速、第一设定温度、第一设定流量和第二设定流量中任意一者的设定值而保持其余三者的设定值不变，打开所述冷凝水测量装置测定冷凝水量。

本申请所述的散热管冷凝特性实验设备，水蒸气和含氢油气在混合器内混合形成混合气通入散热管，风冷装置产生的气流与散热管换热，以模拟加氢空冷设备，原料气输送装置可以向混合器输送设定流量和温度的含氢油气，水汽输送装置可以向混合器输送设定流量的水蒸气，根据水蒸气输送量和冷凝水测量装置可以得出散热管内的液态水含量；通入混合器的含氢油气的流量、通入混合器的含氢油气的温度、通入混合器的水蒸气量或者风冷装置的气流流速，其中三者为设定值，改变另外一者的含量既可观测该变量对散热管冷凝特性的影响。

附图说明

图1是本发明一种实施方式散热管冷凝特性实验设备的结构示意图。

附图标记说明

1-鼓风机，2-油气加热器，3-油气温度传感器，4-油气流量控制阀，5-第一止回阀，6-混合器，7-混气加热器，8-混气温度器，9-第二止回阀，10-水汽流量控制阀，11-气泵，12-蒸汽发生器，13-液位计，14-截止阀，15-水泵，16-水箱，17-散热翅片，18-输料管，19-风压测量仪，20-风扇组，21-直流电源，22-电子调速器，23-出口温度传感器，24-玻璃罐，25-电子秤，26-气体输出管线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”通常是指相对于各部件本身的轮廓的内外；“远、近”通常是指相对于各部件本身的轮廓的远近。

本发明一方面提供一种散热管冷凝特性实验设备，包括原料气输送装置、水汽输送装置、风冷装置和依次连通的混合器6、散热管、用于测量冷凝水量的冷凝水测量装置，用于输送设定温度、设定流量含氢油气的所述原料气输送装置和用于输送设定流量水蒸气的所述水汽输送装置均与所述混合器6相连，使得含氢油气和水蒸气经过所述混合器6混合形成混合气并通过所述散热管导出所述混合气，所述风冷装置设置为用于产生与所述散热管换热的气流，所述混合气中冷凝的所述水蒸气排至所述冷凝水测量装置。

本申请所述的散热管冷凝特性实验设备，水蒸气和含氢油气在混合器内混合形成混合气通入散热管，风冷装置产生的气流与散热管换热，以模拟加氢空冷设备，原料气输送装置可以向混合器输送设定流量和温度的含氢油气，水汽输送装置可以向混合器输送设定流量的水蒸气，根据水蒸气输送量和冷凝水测量装置可以得出散热管内的液态水含量；通入混合器的含氢油气的流量、通入混合器的含氢油气的温度、通入混合器的水蒸气量或者风冷装置的气流流速，其中三者为设定值，改变另外一者的含量既可观测该变量对散热管冷凝特性的影响。如图1所示，散热管后连通有气体输出管线26，气态物质运输至气体输出管线26，冷凝的水蒸气输出至冷凝水测量装置。

优选的，本申请提供一种原料气输送装置的具体实施方式，所述原料气输送装置包括原料气输送管线和在所述原料气输送管线上依次设置的鼓风机1、油气加热器2、油气温度传感器3、油气流量控制阀4。

鼓风机1作为动力源用于将含氢油气通入原料气输送管线，油气加热器2用于将含氢油气加热为设定的温度，油气温度传感器3设置为可以实时显示含氢油气的温度，便于根据油气温度传感器3的示数调节油气加热器2使得含氢油气实际可以达到设定温度。油气流量控制阀4用于控制通入混合器6的含氢油气实时流量，并控制其为设定流量。优选的，所述原料气输送管线上设置有第一止回阀5。

优选的，本申请提供一种水汽输送装置的具体实施方式，所述水汽输送装置包括水汽输送管线和依次设置在所述水汽输送管线上的蒸汽发生器12、气泵11、水汽流量控制阀10。蒸汽发生器12用于产生水蒸气，水蒸气经过气泵11运输至混合器6，水汽流量控制阀10用于控制通入混合器6的水蒸气的实时流量，并控制其为设定流量。优选的，所述水汽输送管线上设置有第二止回阀9。

优选的，所述混合器6通过混气加热器7、混气温度器8与所述散热管相连。混合器6将由水汽输送装置运输的水蒸气和由原料气输送装置运输的含氢油气混合形成混合气，混气加热器7用于加热混合气至设定温度，混气温度器8用于实时显示混合气的温度，以辅助调节混气加热器7使得混合气成设定温度。此时，含氢油气的流量、水蒸气的流量、混合气的温度和气流流速之中三者不变，改变其中一者即可观测该变量对于散热管冷凝特性的影响。

优选的，所述散热管冷凝特性实验设备包括控制器，所述油气加热器2、所述油气流量控制阀4、所述水汽流量控制阀10和所述混气加热器7均与所述控制器相连。油气加热器2、所述油气流量控制阀4、所述水汽流量控制阀10和所述混气加热器7均与所述控制器相连以通过所述控制器控制。使得控制器可以协调控制含氢油气温度流量、水蒸气流量和混合气体的流量，使其达到实验设定需求。优选的，所述油气温度传感器3和混气温度器8均与所述控制器相连，使得控制器根据油气温度传感器3反馈的温度调控油气加热器2使得含氢油气达到设定温度。控制器根据混气温度器8反馈的温度调控混气加热器7使得混合气达到设定温度。

优选的，所述散热管冷凝特性实验设备包括供水装置，所述供水装置包括依次连接的水箱16和水泵15，所述水泵15通过截止阀14与所述蒸汽发生器12相连。优选的，所述蒸汽发生器12上设置有液位计13。供水装置用于向蒸汽发生器12提供水，液位计13用于监测蒸汽发生器12内的水位，当蒸汽发生器12内的水位过低的时候，打开截止阀14，水箱16内的水经过水泵15通入蒸汽发生器12为其补水。

优选的，所述风冷装置包括串接形成回路的风扇组20、直流电源21和电子调速器22，所述风扇组20设置在所述散热管侧面，所述风扇组20与所述散热管之间设置有风压测量仪19，所述散热管出口端设置有出口温度传感器23。多个风扇在散热管延伸方向的一侧排列形成风扇组20，电子调速器22用于调控风扇组20的风速，风压测量仪19用于测量气流风压，出口温度传感器23用于测量散热管出口温度。实际上，电子调速器22通过调节风扇组20的风速控制散热管出口温度。

优选的，冷凝水测量装置包括电子秤25和设置在所述电子秤25上的玻璃罐24，所述玻璃罐24通过所述出口温度传感器23与散热管相连。电子秤25用于实时测量玻璃罐24内冷凝水的重量，即电子秤可以监测冷凝水的质量流量，根据输入的水蒸气流量和冷凝水的质量流量可以得出散热管内的液态水含量百分比。冷凝水的质量流量为间隔时间内电子秤25的增重示数除以该间隔的时间。

优选的，所述散热管包括输料管18和设置在所述输料管18外侧的散热翅片17。本发明所述的散热管冷凝特性实验设备可以检测翅片型散热管的散热特性。优选的，输料管18为透明的有机玻璃管。

如图1所示的实验设备的使用方法如下：

步骤1：打开直流电源21为风扇组20供电，而后调节电子调速器22使风压测量仪19达到指定数值。

步骤2：依次打开鼓风机1、油气加热器2、油气流量控制阀4、第一止回阀5。而后调整油气流量控制阀4使气体达到指定流量，然后调节油气加热器2温度，观察油气温度传感器3示数，使气体达到指定温度。

步骤:3：依次打开截止阀14和水泵15，将液态水泵入蒸汽发生器12，当液位计13达到预定示数时依次关闭水泵15和截止阀14。然后依次打开蒸汽发生器12开关、气泵11开关、水汽流量控制阀10、第二止回阀9，水汽流量控制阀10和第二止回阀9保持全开状态。待蒸汽产生稳定后，调节水汽流量控制阀10使水蒸气达到指定流量。

步骤4：调节混气加热器7并观察混气温度器8示数，使来自混合器6的混合气体达到指定温度。

步骤5：通过观察输料管18观察散热管内部流动相变状态，当流态趋于稳定后，将玻璃罐24放置在天平上，随后将天平归零，将冷凝水接入玻璃罐24中称重，与此同时使用计时器开始计时，间隔定时观察天电子天平示数确定冷凝水质量增加量，冷凝水质量增加量与时间的比值即为冷凝水的产生速率。

本发明第二方面提供一种使用本发明所述的散热管冷凝特性实验设备进行散热管冷凝特性实验的方法，包括：

S1、打开所述风冷装置使其输出第一设定风速的气流；

S2、打开所述原料气输送装置，向所述混合器6输送第一设定温度和第一设定流量的含氢油气；

S3、打开所述水汽输送装置，向所述混合器6输送第二设定流量的水蒸气；

S4、改变所述第一设定风速、第一设定温度、第一设定流量和第二设定流量中任意一者的设定值而保持其余三者的设定值不变，打开所述冷凝水测量装置测定冷凝水量。

本申请所述的散热管冷凝特性实验设备，水蒸气和含氢油气在混合器内混合形成混合气通入散热管，风冷装置产生的气流与散热管换热，以模拟加氢空冷设备，原料气输送装置可以向混合器输送设定流量和温度的含氢油气，水汽输送装置可以向混合器输送设定流量的水蒸气，根据水蒸气输送量和冷凝水测量装置可以得出散热管内的液态水含量；通入混合器的含氢油气的流量、通入混合器的含氢油气的温度、通入混合器的水蒸气量或者风冷装置的气流流速，其中三者为设定值，改变另外一者的含量既可观测该变量对散热管冷凝特性的影响。

优选的，本申请所述的含氢油气或水蒸气的设定流量为实时流量，即一定时间内输送的流量。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种散热管冷凝特性实验设备，其特征在于，包括原料气输送装置、水汽输送装置、风冷装置和依次连通的混合器(6)、散热管、用于测量冷凝水量的冷凝水测量装置，用于输送设定温度、设定流量含氢油气的所述原料气输送装置和用于输送设定流量水蒸气的所述水汽输送装置均与所述混合器(6)相连，使得含氢油气和水蒸气经过所述混合器(6)混合形成混合气并通过所述散热管导出所述混合气，所述风冷装置设置为用于产生与所述散热管换热的气流，所述混合气中冷凝的所述水蒸气排至所述冷凝水测量装置。

2.根据权利要求1所述的散热管冷凝特性实验设备，其特征在于，所述原料气输送装置包括原料气输送管线和在所述原料气输送管线上依次设置的鼓风机(1)、油气加热器(2)、油气温度传感器(3)、油气流量控制阀(4)。

3.根据权利要求2所述的散热管冷凝特性实验设备，其特征在于，所述水汽输送装置包括水汽输送管线和依次设置在所述水汽输送管线上的蒸汽发生器(12)、气泵(11)、水汽流量控制阀(10)。

4.根据权利要求3所述的散热管冷凝特性实验设备，其特征在于，所述混合器(6)通过混气加热器(7)、混气温度器(8)与所述散热管相连。

5.根据权利要求4所述的散热管冷凝特性实验设备，其特征在于，所述散热管冷凝特性实验设备包括控制器，所述油气加热器(2)、所述油气流量控制阀(4)、所述水汽流量控制阀(10)和所述混气加热器(7)均与所述控制器相连以通过所述控制器控制。

6.根据权利要求3所述的散热管冷凝特性实验设备，其特征在于，所述散热管冷凝特性实验设备包括供水装置，所述供水装置包括依次连接的水箱(16)和水泵(15)，所述水泵(15)通过截止阀(14)与所述蒸汽发生器(12)相连，所述蒸汽发生器(12)上设置有液位计(13)。

7.根据权利要求1所述的散热管冷凝特性实验设备，其特征在于，所述风冷装置包括串接形成回路的风扇组(20)、直流电源(21)和电子调速器(22)，所述风扇组(20)设置在所述散热管侧面，所述风扇组(20)与所述散热管之间设置有风压测量仪(19)，所述散热管出口端设置有出口温度传感器(23)。

8.根据权利要求7所述的散热管冷凝特性实验设备，其特征在于，冷凝水测量装置包括电子秤(25)和设置在所述电子秤(25)上的玻璃罐(24)，所述玻璃罐(24)通过所述出口温度传感器(23)与散热管相连。

9.根据权利要求1所述的散热管冷凝特性实验设备，其特征在于，所述散热管包括输料管(18)和设置在所述输料管(18)外侧的散热翅片(17)。

10.一种使用权利要求1-9任意一项所述的散热管冷凝特性实验设备进行散热管冷凝特性实验的方法，其特征在于，包括：

S1、打开所述风冷装置使其输出第一设定风速的气流；

S2、打开所述原料气输送装置，向所述混合器(6)输送第一设定温度和第一设定流量的含氢油气；

S3、打开所述水汽输送装置，向所述混合器(6)输送第二设定流量的水蒸气；

S4、改变所述第一设定风速、第一设定温度、第一设定流量和第二设定流量中任意一者的设定值而保持其余三者的设定值不变，打开所述冷凝水测量装置测定冷凝水量。

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