الگـوریتم طـراحی سریـع و بـررسی شاخـص‌های کـارکـرد فنـاوری جدید مبـدل‌های حرارتـی با لـوله‌های پیچشی درصنایع نفت (بخش اول)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پژوهشگاه صنعت نفت

2 دانشگاه صنعتی سهند، دانشکده مهندسی شیمی

چکیده

با اینکه مبدل‌های پوسته و لوله معمولی سابقه طولانی و موفقی در صنعت داشته‌اند، ولی این تجهیزات دارای مشکلات و محدودیت‌های عملیاتی هستند. پایین بودن میزان ضریب انتقال حرارت در سمت پوسته و نحوه حرکت جریان سیال به‌ویژه در سمت پوسته این مبدل‌ها به نحوی است که احتمال به وجود آمدن نواحی مرده و در نتیجه تشکیل رسوب در آنها زیاد است. همچنین میزان افت فشار به ازای ضریب انتقال حرارت و ایجاد لرزش در دسته لوله‌ها بالا است. در این پژوهش طراحی پیشرفته‌ای از خانواده مبدل‌های حرارتی پوسته- لوله به نام «مبدل حرارتی با لوله‌های پیچشی» معرفی شده است. در این مبدل حرارتی خاص، بیشتر مشکلات مربوط به انواع ساده مبدل‌های پوسته- لوله‌ای برطرف شده است. پس از استخراج قوانین حاکم بر انتقال حرارت و افت فشار از مراجع معتبر، الگوریتم طراحی سریعی با هدف استفاده بهینه از افت فشار مجاز ارائه و نتایج آن با اطلاعات سایر مراجع اعتبار سنجی شده است. به منظور مقایسه میزان کارایی مبدلی با لوله‌های پیچشی نسبت به مبدلی با لوله‌های ساده، با ارائه شاخصی، سطح انتقال حرارت لازم برای تبادل یک بار حرارتی معین با یکدیگر مقایسه شده و مزیت به‌کارگیری مبدل‌هایی با لوله‌های پیچشی به خوبی روشن گردیده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Rapid Design Algorithm and Investigation of the Performance Characteristics of the Novel Twisted Tube Heat Exchangers Technology in Petroleum Industry (Part 1)

نویسندگان [English]

  • M. Jafarinasr 1
  • A. Hemat 2
  • A. Salem 2
1 Research Institute of Petroleum Industry (RIPI)
2 Faculty of Chemical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

In this paper, a novel design algorithm for “Twisted Tube Heat Exchangers”, based on full utilization of maximum allowable pressure drops has been introduced. To develop such a new algorithm, the required correlations for heat transfer and pressure drop need to be extracted from given correlations of valid literature. This algorithm correlates the pressure drops, heat transfer area and coefficients through a simple relationship. The algorithm is verified by comparison of obtained results with those from the work of other researchers. By execution of the algorithm, it is shown that the performance of this exchanger is about two times higher than the conventional one. The paper reveals the highly potential benefits of this technology in design and replacement of twisted tube heat exchangers with the conventional shell and tubes type. To compare potential benefits of application of twisted tube heat exchangers with plain tube unit, a performance index is developed in this study

کلیدواژه‌ها [English]

  • Twisted Tube Heat Exchanger
  • Heat Transfer Enhancement
  • Pressure Drop
منابع

[1] Butterworth D., Guy A.R. & Welkey J.J., Design and application of twisted tube exchangers, Advances in Industral Heat Transfer, IChemE, 1995.

[2] Schlunder E.U., Heat exchanger design handbook, Taylor Francis Inc.

[3] Welky J.J. Brown FinTube, Patent number WO 01/18406 A1 United States, 2001.

[4] http://www.brownfintube.com, Dec. 2011.

[5] Dzyubenko B.V., “Estimation of the thermohydraulic efficiency of heat exchanging apparatues with twisted tubes”, Heat Transfer Research, Vol. 37, No. 4, pp. 349-363, 2006.

[6] Lutcha J. & Ljubicic B., “Application of twisted tube heat exchangers technology in plants capacity up-rating”, Int. Chemical Eng. Cogress, CHISA, Prague, Czech Republic, 2004.

[7] Ljubicic B., Testing of Twisted-Tube Exchangers in Transition flow Regime brochure from Brown Fintube Company, Koch Industries, 12602 FM 529, Houston, TX 77041, 2006.

[8] Buettner M., Utilizing heat transfer technology to provide process solutions, Koch Heat Transfer Co., AIChE Chicago Symposiums, Oct., 2006.

[9] Dzyubenko B.V. & Ashmantas L.V.A., Segal M.D, Modeling and Design of Twisted Tube Heat Exchangers, Begell House, 1999.

[10] Jafari Nasr M.R. & Shafeghat A., “Fluid flow analysis and extension of rapid design algorithm for helical baffle heat exchangers”, Applied Thermal Engineering, Vol. 28, pp. 1324-1332, 2008.

[11] Walker V. & Wilkie D., “The wider application of roughened heat transfer surfaces as developed for advanced gas-cooled reactors”, Symposium on High Pressure Gas as a Heat Transport Medium, IMechE, London, 1967.

[12] Jafari Nasr M.R., Polley G.T. & Zoghi A.T., Performance evaluation of heat transfer enhancement,Int. Chemical Eng. Cogress, CHISA, Praque, Czech Republic, 2002.

[13] همّت آ.، بررسی اثربه‌کارگیری مبدل‌های پوسته- لوله‌ای با لوله‌های پیچشی در شبکه مبدل‌های حرارتی، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تابستان 1389.

[14] Polley G.T. , Athie R., Gough M, “Use of heat transfer enhancement in process integration”, Heat Recovery Systems & CHP, Vol. 12, No. 3, pp 191-202, 1992.