一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置的制造方法
專利名稱:一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置的制造方法
【專利摘要】一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，包括低溫工質(zhì)、高溫導(dǎo)熱油循環(huán)回路；低溫工質(zhì)循環(huán)回路的低揚(yáng)程增壓泵出口管線分兩路，一路作為回流旁路連接冷卻器熱側(cè)入口，該冷卻器熱側(cè)出口連接位于汽液分離罐筒體下端的回流接管；另一路與預(yù)熱器冷側(cè)入口相連，而預(yù)熱器冷側(cè)出口接至試驗段冷側(cè)入口；所述高溫循環(huán)回路的導(dǎo)熱油爐出口為兩路，一路熱油管線連接預(yù)熱器熱側(cè)進(jìn)口，另一路熱油管線接至試驗段熱側(cè)入口；所述預(yù)熱器及試驗段的熱側(cè)出口均接至導(dǎo)熱油爐入口管路。本實用新型壓力、溫度操作彈性大，低溫試驗工質(zhì)壓力可達(dá)0.3～4.0MPa，溫度達(dá)30～300℃。可直接用于管式、板式熱交換器等設(shè)備整體的沸騰、蒸發(fā)流動傳熱試驗及性能測試。
【專利說明】
一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于熱交換器相變流動傳熱技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種重沸器、蒸汽發(fā)生器、蒸發(fā)器及傳熱元件的沸騰流動傳熱性能工藝裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]重沸器、蒸發(fā)器是煉油、化工、制冷、電子、冶金等行業(yè)重要沸騰傳熱工藝設(shè)備。發(fā)生沸騰流動傳熱時，低溫流體從金屬壁面吸收高溫流體熱量并被加熱升溫轉(zhuǎn)為汽相，直至達(dá)到工藝要求的汽化率。如煉油化工裝置用分餾塔、精餾塔、乙烯裝置用烴類、醇類再沸器，制冷行業(yè)用氟利昂蒸發(fā)器。此類設(shè)備操作壓力多在0.5?4.0MPa范圍內(nèi)，操作溫度30?300Γ。
[0003]沸騰流動傳熱過程中汽液兩相的質(zhì)量、動量、流動特性、能量傳輸特性差異較大且發(fā)生相互作用，其流動傳熱規(guī)律遠(yuǎn)較單相流動傳熱復(fù)雜。揭示壓力、汽化量、流速等熱工參數(shù)對設(shè)備沸騰兩相流動傳熱特性的影響規(guī)律是優(yōu)化設(shè)計設(shè)備性能的重要基礎(chǔ)。
[0004]沸騰傳熱實驗裝置提供的壓力、汽化量、流速工藝操作參數(shù)范圍越寬即操作彈性越大，提供的實驗結(jié)果應(yīng)用范圍越廣。
[0005]與本實用新型屬同一技術(shù)領(lǐng)域文獻(xiàn):①陳常念，韓吉田等，R134兩相流換熱可視化平臺設(shè)計與運(yùn)行，中國電機(jī)工程學(xué)報，2010,30(14):83?85。②崔文智，三維微肋螺旋管內(nèi)流動沸騰流型與傳熱性能，工程熱物理學(xué)報，2003,24(3): 451?454。③專利CN103323488，一種強(qiáng)化沸騰傳熱測試裝置及測試方法;④專利CN 102500441，微細(xì)化沸騰傳熱實驗裝置的加熱器；⑤G1vanni A.Longo，Andrea Gasparella，HFC_410A vaporizat1n inside acommercial brazed plate heat exchanger.J.Experimental Thermal anFluidScience.2007,32: 107?109。?丫.Y.Hesieh，T.F.Lin Satured flow boling heattransfer and pressure drop of refrigerant R410-A in a vertical palte heatexchanger；Heat Mass Transfer,45,(2002):1033-1044o
[0006]文獻(xiàn)①，②報道了一種用于傳熱元件內(nèi)沸騰流動傳熱性能實驗的典型流程:低溫流體經(jīng)增壓栗抽出、增壓后分為兩流路，一流路作為回流旁路用于流量調(diào)節(jié)，另一路作為主流路經(jīng)流量計計量后流入預(yù)熱器被加熱至設(shè)定溫度，試驗流體在流入試驗段時，采用穩(wěn)壓直流電源利用金屬電阻效應(yīng)對金屬實驗段內(nèi)工質(zhì)直接電加熱汽化。沸騰傳熱過程中產(chǎn)生的汽液兩相產(chǎn)物從試驗段流出經(jīng)冷凝器冷凝后流入儲液罐，儲液罐出口接管與栗的進(jìn)口接管連接，保證試驗工質(zhì)循環(huán)使用。
[0007]實驗裝置組成包括:增壓栗、預(yù)熱器、試驗段、冷凝器、穩(wěn)壓直流電源、冷卻塔、冷凝液儲存罐。
[0008]文獻(xiàn)①，②實驗裝置特點(diǎn)是流程簡單，試驗設(shè)備較少，但由于沒有高溫流體流路，僅用于傳熱元件內(nèi)沸騰流動傳熱性能實驗，無法用于設(shè)備沸騰流動傳熱整體性能測試。
[0009]文獻(xiàn)③、④公開了兩種電加熱沸騰試驗件結(jié)構(gòu)，權(quán)利保護(hù)集中在試驗件電加熱結(jié)構(gòu)、溫度測點(diǎn)布置、防止熱膨脹變形方面。
[0010]文獻(xiàn)⑤、⑥報道了一種用于制冷行業(yè)設(shè)備沸騰、蒸發(fā)整體性能測試的代表性實驗流程。設(shè)置的低溫流體氟利昂流程與文獻(xiàn)①，②報道的單回路流程類似即:經(jīng)增壓栗增壓、流量計計量流量后被預(yù)熱器預(yù)熱，流體升溫至設(shè)定要求溫度后流入蒸發(fā)器或重沸器。在文獻(xiàn)①，②報道試驗流程基礎(chǔ)上，還設(shè)置了高溫加熱流體回路且多以水為介質(zhì)。高溫水通過電加熱或蒸汽被加熱至足夠高溫度后流入試驗段高溫一側(cè)用于加熱低溫水使之汽化。降溫后水被再次加熱以循環(huán)利用。
[0011]文獻(xiàn)⑤、⑥報道的沸騰流動試驗裝置可進(jìn)行設(shè)備沸騰流動傳熱整體性能測試。但該類實驗裝置采用水作為高溫試驗工質(zhì)，測試壓力范圍集中在0.3?1.6MPa，溫度范圍在30?70°C，僅適用于加熱較之沸點(diǎn)更低的氟利昂、酒精等工質(zhì)，所獲得實驗數(shù)據(jù)和預(yù)測方法僅限于制冷行業(yè)沸騰、蒸發(fā)實驗需求，不適用于煉油、化工等行業(yè)用中壓沸騰流動傳熱性能實驗。此外，該類實驗裝置系統(tǒng)壓力完全由增壓栗揚(yáng)程控制，試驗壓力和溫度操作彈性小。
【實用新型內(nèi)容】
[0012]本實用新型提供一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，以獲得具有較大適用范圍的沸騰流動傳熱規(guī)律提供研究基礎(chǔ)。
[0013]為實現(xiàn)上述技術(shù)要求，本實用新型所采用技術(shù)方案如下:
[0014]—種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，該工藝裝置包括低溫工質(zhì)循環(huán)回路和高溫導(dǎo)熱油循環(huán)回路；
[0015]所述低溫工質(zhì)循環(huán)回路包括耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗，該耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗出口管線分為兩路，一路作為回流旁路連接冷卻器熱側(cè)入口，該冷卻器的熱側(cè)出口管線連接位于汽液分離罐筒體下端的回流接管；另一路與預(yù)熱器冷側(cè)入口相連，而預(yù)熱器冷側(cè)出口管線接至試驗段冷側(cè)入口 ；
[0016]所述試驗段冷側(cè)出口管線接三通分為兩路;一路管線連接壓力調(diào)節(jié)閥入口，壓力調(diào)節(jié)閥出口管線連接位于汽液分離罐筒體上部的試驗工質(zhì)入口形成冷凝旁路;另一路管線連接冷凝器熱側(cè)入口，該冷凝器熱側(cè)出口管線與汽液分離罐底部連通，即汽液分離罐與冷凝器形成連通器；
[0017]空冷器的冷卻水出、入口分別連接所述冷卻器冷側(cè)進(jìn)、出口管線及冷凝器的冷側(cè)進(jìn)、出口管線；
[0018]耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗入口和汽液分離罐的底部連通；
[0019]所述高溫循環(huán)回路包括導(dǎo)熱油爐，該導(dǎo)熱油爐的出口分為兩路，一路熱油管線連接預(yù)熱器熱側(cè)進(jìn)口，另一路熱油管線接至試驗段熱側(cè)入口 ；所述預(yù)熱器及試驗段的熱側(cè)出口管線均接至導(dǎo)熱油爐入口管路;導(dǎo)熱油爐內(nèi)設(shè)置有電加熱器。
[0020]比較已公開沸騰流動傳熱實驗系統(tǒng)，本實用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)實驗系統(tǒng)內(nèi)壓力、溫度操作彈性大，該裝置低溫試驗工質(zhì)壓力操作范圍可達(dá)
0.3?4.010^，溫度范圍達(dá)30?300°(:。
[0022](2)實驗系統(tǒng)內(nèi)，實驗工質(zhì)汽化量操作彈性大，采用可控硅功率控制器控制導(dǎo)熱油電加熱輸入功率且利于試驗過程調(diào)試和控制。
[0023](3)可直接用于包括管式熱交換器、板式熱交換器等各類設(shè)備整體的沸騰、蒸發(fā)流動傳熱試驗及性能測試。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型裝置流程示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作詳細(xì)描述。
[0026]參照圖1，一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，試驗設(shè)備包括:1、耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗，2、預(yù)熱器，3、試驗段，4、壓力調(diào)節(jié)閥，5、汽液分離罐，6、冷凝器，7、冷卻器，8、空冷器，9、導(dǎo)熱油爐。汽液分離罐5、冷凝器6分別配備液位計。
[0027]為重點(diǎn)說明裝置組成，除有特殊作用閥門外，對工程常用流量計、溫度計、壓力表和閥門管件不做特別說明。
[0028]如圖1所示，一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，包括低溫工質(zhì)循環(huán)回路和導(dǎo)熱油循環(huán)回路。
[0029]低溫試驗工質(zhì)選用水或低沸點(diǎn)工質(zhì)丙酮、氟利昂制冷劑等，在常壓?4.0MPa范圍內(nèi)，沸點(diǎn)范圍30?300°C。以滿足煉油、化工、電子、制冷等不同行業(yè)沸騰流動傳熱測試需要。
[0030]低溫循環(huán)回路工藝流程:試驗工質(zhì)注入耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗1、預(yù)熱器2、試驗段
3、冷凝器6冷側(cè)流道，并滿足汽液分離罐5要求的液位高度。
[0031 ]啟動耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗I，低溫試驗工質(zhì)經(jīng)耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗I增壓流出后，一路作為回流旁路流經(jīng)冷卻器7后流進(jìn)入汽液分離罐5以調(diào)節(jié)控制進(jìn)入試驗段3的試驗工質(zhì)流速。另一路流入預(yù)熱器2被加熱至設(shè)定溫度后，流入試驗段3并被高溫工質(zhì)加熱汽化形成汽液兩相流。其中，一部分汽液兩相工質(zhì)被冷凝器6冷凝后流入汽液分離罐5底部，另一部分流入冷凝旁路，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥4調(diào)節(jié)壓力后從分離罐5筒體上端流入汽液分離罐5并通過重力分離。
[0032]汽液分離罐5內(nèi)底部液相試驗工質(zhì)被耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗I抽出后，一部分試驗工質(zhì)再次流入預(yù)熱器2、試驗段3以循環(huán)使用。另一部分試驗工質(zhì)作為回流旁路經(jīng)冷卻器7降溫冷卻后流入汽液分離罐5液相內(nèi)部。在回流旁路上設(shè)置冷卻器的作用是調(diào)節(jié)汽液分離罐5內(nèi)液體溫度，避免從汽液分離罐5內(nèi)流出液體發(fā)生汽化。
[0033]冷卻器7中低溫側(cè)冷卻水與試驗工質(zhì)換熱升溫后也流入空冷器8，被空氣冷卻后再流入冷卻器7以循環(huán)冷卻冷卻器7高溫側(cè)飽和實驗工質(zhì)。
[0034]冷凝器6低溫側(cè)冷卻水換熱升溫后流入空冷器8，被空氣冷卻后再流入冷凝器6以循環(huán)冷卻冷凝器6高溫側(cè)汽液兩相實驗工質(zhì)。
[0035]導(dǎo)熱油循環(huán)回路工藝流程:熱媒工質(zhì)統(tǒng)一采用沸點(diǎn)達(dá)300?350°C導(dǎo)熱油。保證導(dǎo)熱油與低溫試驗水、氟利昂、酒精間有足夠的換熱溫差動力。導(dǎo)熱油注入高溫循環(huán)回路及預(yù)熱器2、試驗段3的熱側(cè)流道。
[0036]根據(jù)低溫試驗工質(zhì)熱負(fù)荷及汽化率要求，采用可控硅功率控制器控制調(diào)節(jié)電加熱器的電加熱輸入功率將導(dǎo)熱油加熱至足夠高溫度。加熱后導(dǎo)熱油分兩路流入預(yù)熱器2、試驗段3，分別與試驗工質(zhì)換熱后，回流入導(dǎo)熱油爐9。
[0037]低溫工質(zhì)循環(huán)回路增大壓力操作彈性通過以下方式實現(xiàn):
[0038]調(diào)節(jié)冷凝旁路中冷凝器6換熱面積和冷凝速率，則可改變汽液分離罐5內(nèi)壓，進(jìn)而改變耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗I背壓的方式來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，保證了較大壓力操作彈性。隨低溫工質(zhì)循環(huán)回路壓力改變，低溫試驗工質(zhì)沸點(diǎn)溫度隨之變化，高溫工質(zhì)導(dǎo)熱油溫度也相應(yīng)變化。壓力調(diào)節(jié)分為兩類情況:
[0039]當(dāng)需要減小試驗段3內(nèi)壓力時，減小冷凝旁路的壓力調(diào)節(jié)閥4開度，則汽液分離罐5內(nèi)汽量減小，冷凝器6進(jìn)出口壓差增大，使冷凝器6低溫側(cè)液位下降，增加冷凝換熱面積，增大冷凝速率使得試驗段3內(nèi)壓力降低，直至重新達(dá)到平衡。
[0040]當(dāng)需要增大試驗段3內(nèi)壓力值時，增大冷凝旁路的壓力調(diào)節(jié)閥4開度，則汽液分離罐5內(nèi)汽液量變大，壓力升高，則冷凝器6進(jìn)出口壓差減小，汽液分離罐5內(nèi)液體倒流入冷凝器6，冷凝器6中液相浸沒面積增加，冷凝速率下降，直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡。
[0041]提高低溫工質(zhì)沸騰傳熱干度即低溫工質(zhì)汽化量占總流量比值的操作彈性通過以下方式實現(xiàn):
[0042]根據(jù)低溫工質(zhì)汽化量所需吸熱負(fù)荷大小，采用可控硅功率控制器控制調(diào)節(jié)電加熱器10的電加熱輸入功率，改變導(dǎo)熱油進(jìn)出口溫度進(jìn)而改變冷熱介質(zhì)對數(shù)傳熱溫差和保證導(dǎo)熱油足夠大放熱負(fù)荷實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，其特征在于: 該工藝裝置包括低溫工質(zhì)循環(huán)回路和高溫導(dǎo)熱油循環(huán)回路； 所述低溫工質(zhì)循環(huán)回路包括耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗(I)，該耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗(I)出口管線分為兩路，一路作為回流旁路連接冷卻器(7)熱側(cè)入口，該冷卻器(7)的熱側(cè)出口管線連接位于汽液分離罐(5)筒體下端的回流接管；另一路與預(yù)熱器(2)冷側(cè)入口相連，而預(yù)熱器(2)冷側(cè)出口管線接至試驗段(3)冷側(cè)入口； 所述試驗段(3)冷側(cè)出口管線接三通分為兩路;一路管線連接壓力調(diào)節(jié)閥(4)入口，壓力調(diào)節(jié)閥(4)出口管線連接位于汽液分離罐(5)筒體上部的試驗工質(zhì)入口形成冷凝旁路;另一路管線連接冷凝器(6)熱側(cè)入口，該冷凝器(6)熱側(cè)出口管線與汽液分離罐(5)底部連通，即汽液分離罐(5)與冷凝器(6)形成連通器； 空冷器(8)的冷卻水出、入口分別連接所述冷卻器(7)冷側(cè)進(jìn)、出口管線及冷凝器(6)的冷側(cè)進(jìn)、出口管線； 耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗(I)入口和汽液分離罐(5)的底部連通； 所述高溫循環(huán)回路包括導(dǎo)熱油爐(9)，該導(dǎo)熱油爐(9)的出口分為兩路，一路熱油管線連接預(yù)熱器(2)熱側(cè)進(jìn)口，另一路熱油管線接至試驗段(3)熱側(cè)入口 ；所述預(yù)熱器(2)及試驗段(3)的熱側(cè)出口管線均接至導(dǎo)熱油爐(9)入口管路;導(dǎo)熱油爐(9)內(nèi)設(shè)置有電加熱器(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，其特征在于:所述低溫工質(zhì)循環(huán)回路中的低溫工質(zhì)為水、丙酮、乙醇或氟利昂制冷劑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，其特征在于:所述高溫導(dǎo)熱油循環(huán)回路所用導(dǎo)熱油為沸點(diǎn)300?350°C的導(dǎo)熱油。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，其特征在于:所述電加熱器(10)的電加熱輸入功率由可控硅功率控制器控制。
【文檔編號】G01M99/00GK205719591SQ201620350226
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】張延豐, 唐海, 常春梅, 姚立影, 姚煒瑩
【申請人】甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司, 上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司, 機(jī)械工業(yè)上海藍(lán)亞石化設(shè)備檢測所有限公司
【專利摘要】一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，包括低溫工質(zhì)、高溫導(dǎo)熱油循環(huán)回路；低溫工質(zhì)循環(huán)回路的低揚(yáng)程增壓泵出口管線分兩路，一路作為回流旁路連接冷卻器熱側(cè)入口，該冷卻器熱側(cè)出口連接位于汽液分離罐筒體下端的回流接管；另一路與預(yù)熱器冷側(cè)入口相連，而預(yù)熱器冷側(cè)出口接至試驗段冷側(cè)入口；所述高溫循環(huán)回路的導(dǎo)熱油爐出口為兩路，一路熱油管線連接預(yù)熱器熱側(cè)進(jìn)口，另一路熱油管線接至試驗段熱側(cè)入口；所述預(yù)熱器及試驗段的熱側(cè)出口均接至導(dǎo)熱油爐入口管路。本實用新型壓力、溫度操作彈性大，低溫試驗工質(zhì)壓力可達(dá)0.3～4.0MPa，溫度達(dá)30～300℃。可直接用于管式、板式熱交換器等設(shè)備整體的沸騰、蒸發(fā)流動傳熱試驗及性能測試。
【專利說明】
一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于熱交換器相變流動傳熱技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種重沸器、蒸汽發(fā)生器、蒸發(fā)器及傳熱元件的沸騰流動傳熱性能工藝裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]重沸器、蒸發(fā)器是煉油、化工、制冷、電子、冶金等行業(yè)重要沸騰傳熱工藝設(shè)備。發(fā)生沸騰流動傳熱時，低溫流體從金屬壁面吸收高溫流體熱量并被加熱升溫轉(zhuǎn)為汽相，直至達(dá)到工藝要求的汽化率。如煉油化工裝置用分餾塔、精餾塔、乙烯裝置用烴類、醇類再沸器，制冷行業(yè)用氟利昂蒸發(fā)器。此類設(shè)備操作壓力多在0.5?4.0MPa范圍內(nèi)，操作溫度30?300Γ。
[0003]沸騰流動傳熱過程中汽液兩相的質(zhì)量、動量、流動特性、能量傳輸特性差異較大且發(fā)生相互作用，其流動傳熱規(guī)律遠(yuǎn)較單相流動傳熱復(fù)雜。揭示壓力、汽化量、流速等熱工參數(shù)對設(shè)備沸騰兩相流動傳熱特性的影響規(guī)律是優(yōu)化設(shè)計設(shè)備性能的重要基礎(chǔ)。
[0004]沸騰傳熱實驗裝置提供的壓力、汽化量、流速工藝操作參數(shù)范圍越寬即操作彈性越大，提供的實驗結(jié)果應(yīng)用范圍越廣。
[0005]與本實用新型屬同一技術(shù)領(lǐng)域文獻(xiàn):①陳常念，韓吉田等，R134兩相流換熱可視化平臺設(shè)計與運(yùn)行，中國電機(jī)工程學(xué)報，2010,30(14):83?85。②崔文智，三維微肋螺旋管內(nèi)流動沸騰流型與傳熱性能，工程熱物理學(xué)報，2003,24(3): 451?454。③專利CN103323488，一種強(qiáng)化沸騰傳熱測試裝置及測試方法;④專利CN 102500441，微細(xì)化沸騰傳熱實驗裝置的加熱器；⑤G1vanni A.Longo，Andrea Gasparella，HFC_410A vaporizat1n inside acommercial brazed plate heat exchanger.J.Experimental Thermal anFluidScience.2007,32: 107?109。?丫.Y.Hesieh，T.F.Lin Satured flow boling heattransfer and pressure drop of refrigerant R410-A in a vertical palte heatexchanger；Heat Mass Transfer,45,(2002):1033-1044o
[0006]文獻(xiàn)①，②報道了一種用于傳熱元件內(nèi)沸騰流動傳熱性能實驗的典型流程:低溫流體經(jīng)增壓栗抽出、增壓后分為兩流路，一流路作為回流旁路用于流量調(diào)節(jié)，另一路作為主流路經(jīng)流量計計量后流入預(yù)熱器被加熱至設(shè)定溫度，試驗流體在流入試驗段時，采用穩(wěn)壓直流電源利用金屬電阻效應(yīng)對金屬實驗段內(nèi)工質(zhì)直接電加熱汽化。沸騰傳熱過程中產(chǎn)生的汽液兩相產(chǎn)物從試驗段流出經(jīng)冷凝器冷凝后流入儲液罐，儲液罐出口接管與栗的進(jìn)口接管連接，保證試驗工質(zhì)循環(huán)使用。
[0007]實驗裝置組成包括:增壓栗、預(yù)熱器、試驗段、冷凝器、穩(wěn)壓直流電源、冷卻塔、冷凝液儲存罐。
[0008]文獻(xiàn)①，②實驗裝置特點(diǎn)是流程簡單，試驗設(shè)備較少，但由于沒有高溫流體流路，僅用于傳熱元件內(nèi)沸騰流動傳熱性能實驗，無法用于設(shè)備沸騰流動傳熱整體性能測試。
[0009]文獻(xiàn)③、④公開了兩種電加熱沸騰試驗件結(jié)構(gòu)，權(quán)利保護(hù)集中在試驗件電加熱結(jié)構(gòu)、溫度測點(diǎn)布置、防止熱膨脹變形方面。
[0010]文獻(xiàn)⑤、⑥報道了一種用于制冷行業(yè)設(shè)備沸騰、蒸發(fā)整體性能測試的代表性實驗流程。設(shè)置的低溫流體氟利昂流程與文獻(xiàn)①，②報道的單回路流程類似即:經(jīng)增壓栗增壓、流量計計量流量后被預(yù)熱器預(yù)熱，流體升溫至設(shè)定要求溫度后流入蒸發(fā)器或重沸器。在文獻(xiàn)①，②報道試驗流程基礎(chǔ)上，還設(shè)置了高溫加熱流體回路且多以水為介質(zhì)。高溫水通過電加熱或蒸汽被加熱至足夠高溫度后流入試驗段高溫一側(cè)用于加熱低溫水使之汽化。降溫后水被再次加熱以循環(huán)利用。
[0011]文獻(xiàn)⑤、⑥報道的沸騰流動試驗裝置可進(jìn)行設(shè)備沸騰流動傳熱整體性能測試。但該類實驗裝置采用水作為高溫試驗工質(zhì)，測試壓力范圍集中在0.3?1.6MPa，溫度范圍在30?70°C，僅適用于加熱較之沸點(diǎn)更低的氟利昂、酒精等工質(zhì)，所獲得實驗數(shù)據(jù)和預(yù)測方法僅限于制冷行業(yè)沸騰、蒸發(fā)實驗需求，不適用于煉油、化工等行業(yè)用中壓沸騰流動傳熱性能實驗。此外，該類實驗裝置系統(tǒng)壓力完全由增壓栗揚(yáng)程控制，試驗壓力和溫度操作彈性小。
【實用新型內(nèi)容】
[0012]本實用新型提供一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，以獲得具有較大適用范圍的沸騰流動傳熱規(guī)律提供研究基礎(chǔ)。
[0013]為實現(xiàn)上述技術(shù)要求，本實用新型所采用技術(shù)方案如下:
[0014]—種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，該工藝裝置包括低溫工質(zhì)循環(huán)回路和高溫導(dǎo)熱油循環(huán)回路；
[0015]所述低溫工質(zhì)循環(huán)回路包括耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗，該耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗出口管線分為兩路，一路作為回流旁路連接冷卻器熱側(cè)入口，該冷卻器的熱側(cè)出口管線連接位于汽液分離罐筒體下端的回流接管；另一路與預(yù)熱器冷側(cè)入口相連，而預(yù)熱器冷側(cè)出口管線接至試驗段冷側(cè)入口 ；
[0016]所述試驗段冷側(cè)出口管線接三通分為兩路;一路管線連接壓力調(diào)節(jié)閥入口，壓力調(diào)節(jié)閥出口管線連接位于汽液分離罐筒體上部的試驗工質(zhì)入口形成冷凝旁路;另一路管線連接冷凝器熱側(cè)入口，該冷凝器熱側(cè)出口管線與汽液分離罐底部連通，即汽液分離罐與冷凝器形成連通器；
[0017]空冷器的冷卻水出、入口分別連接所述冷卻器冷側(cè)進(jìn)、出口管線及冷凝器的冷側(cè)進(jìn)、出口管線；
[0018]耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗入口和汽液分離罐的底部連通；
[0019]所述高溫循環(huán)回路包括導(dǎo)熱油爐，該導(dǎo)熱油爐的出口分為兩路，一路熱油管線連接預(yù)熱器熱側(cè)進(jìn)口，另一路熱油管線接至試驗段熱側(cè)入口 ；所述預(yù)熱器及試驗段的熱側(cè)出口管線均接至導(dǎo)熱油爐入口管路;導(dǎo)熱油爐內(nèi)設(shè)置有電加熱器。
[0020]比較已公開沸騰流動傳熱實驗系統(tǒng)，本實用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021](I)實驗系統(tǒng)內(nèi)壓力、溫度操作彈性大，該裝置低溫試驗工質(zhì)壓力操作范圍可達(dá)
0.3?4.010^，溫度范圍達(dá)30?300°(:。
[0022](2)實驗系統(tǒng)內(nèi)，實驗工質(zhì)汽化量操作彈性大，采用可控硅功率控制器控制導(dǎo)熱油電加熱輸入功率且利于試驗過程調(diào)試和控制。
[0023](3)可直接用于包括管式熱交換器、板式熱交換器等各類設(shè)備整體的沸騰、蒸發(fā)流動傳熱試驗及性能測試。
【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型裝置流程示意圖。
【具體實施方式】
[0025]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作詳細(xì)描述。
[0026]參照圖1，一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，試驗設(shè)備包括:1、耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗，2、預(yù)熱器，3、試驗段，4、壓力調(diào)節(jié)閥，5、汽液分離罐，6、冷凝器，7、冷卻器，8、空冷器，9、導(dǎo)熱油爐。汽液分離罐5、冷凝器6分別配備液位計。
[0027]為重點(diǎn)說明裝置組成，除有特殊作用閥門外，對工程常用流量計、溫度計、壓力表和閥門管件不做特別說明。
[0028]如圖1所示，一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，包括低溫工質(zhì)循環(huán)回路和導(dǎo)熱油循環(huán)回路。
[0029]低溫試驗工質(zhì)選用水或低沸點(diǎn)工質(zhì)丙酮、氟利昂制冷劑等，在常壓?4.0MPa范圍內(nèi)，沸點(diǎn)范圍30?300°C。以滿足煉油、化工、電子、制冷等不同行業(yè)沸騰流動傳熱測試需要。
[0030]低溫循環(huán)回路工藝流程:試驗工質(zhì)注入耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗1、預(yù)熱器2、試驗段
3、冷凝器6冷側(cè)流道，并滿足汽液分離罐5要求的液位高度。
[0031 ]啟動耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗I，低溫試驗工質(zhì)經(jīng)耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗I增壓流出后，一路作為回流旁路流經(jīng)冷卻器7后流進(jìn)入汽液分離罐5以調(diào)節(jié)控制進(jìn)入試驗段3的試驗工質(zhì)流速。另一路流入預(yù)熱器2被加熱至設(shè)定溫度后，流入試驗段3并被高溫工質(zhì)加熱汽化形成汽液兩相流。其中，一部分汽液兩相工質(zhì)被冷凝器6冷凝后流入汽液分離罐5底部，另一部分流入冷凝旁路，經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥4調(diào)節(jié)壓力后從分離罐5筒體上端流入汽液分離罐5并通過重力分離。
[0032]汽液分離罐5內(nèi)底部液相試驗工質(zhì)被耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗I抽出后，一部分試驗工質(zhì)再次流入預(yù)熱器2、試驗段3以循環(huán)使用。另一部分試驗工質(zhì)作為回流旁路經(jīng)冷卻器7降溫冷卻后流入汽液分離罐5液相內(nèi)部。在回流旁路上設(shè)置冷卻器的作用是調(diào)節(jié)汽液分離罐5內(nèi)液體溫度，避免從汽液分離罐5內(nèi)流出液體發(fā)生汽化。
[0033]冷卻器7中低溫側(cè)冷卻水與試驗工質(zhì)換熱升溫后也流入空冷器8，被空氣冷卻后再流入冷卻器7以循環(huán)冷卻冷卻器7高溫側(cè)飽和實驗工質(zhì)。
[0034]冷凝器6低溫側(cè)冷卻水換熱升溫后流入空冷器8，被空氣冷卻后再流入冷凝器6以循環(huán)冷卻冷凝器6高溫側(cè)汽液兩相實驗工質(zhì)。
[0035]導(dǎo)熱油循環(huán)回路工藝流程:熱媒工質(zhì)統(tǒng)一采用沸點(diǎn)達(dá)300?350°C導(dǎo)熱油。保證導(dǎo)熱油與低溫試驗水、氟利昂、酒精間有足夠的換熱溫差動力。導(dǎo)熱油注入高溫循環(huán)回路及預(yù)熱器2、試驗段3的熱側(cè)流道。
[0036]根據(jù)低溫試驗工質(zhì)熱負(fù)荷及汽化率要求，采用可控硅功率控制器控制調(diào)節(jié)電加熱器的電加熱輸入功率將導(dǎo)熱油加熱至足夠高溫度。加熱后導(dǎo)熱油分兩路流入預(yù)熱器2、試驗段3，分別與試驗工質(zhì)換熱后，回流入導(dǎo)熱油爐9。
[0037]低溫工質(zhì)循環(huán)回路增大壓力操作彈性通過以下方式實現(xiàn):
[0038]調(diào)節(jié)冷凝旁路中冷凝器6換熱面積和冷凝速率，則可改變汽液分離罐5內(nèi)壓，進(jìn)而改變耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗I背壓的方式來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，保證了較大壓力操作彈性。隨低溫工質(zhì)循環(huán)回路壓力改變，低溫試驗工質(zhì)沸點(diǎn)溫度隨之變化，高溫工質(zhì)導(dǎo)熱油溫度也相應(yīng)變化。壓力調(diào)節(jié)分為兩類情況:
[0039]當(dāng)需要減小試驗段3內(nèi)壓力時，減小冷凝旁路的壓力調(diào)節(jié)閥4開度，則汽液分離罐5內(nèi)汽量減小，冷凝器6進(jìn)出口壓差增大，使冷凝器6低溫側(cè)液位下降，增加冷凝換熱面積，增大冷凝速率使得試驗段3內(nèi)壓力降低，直至重新達(dá)到平衡。
[0040]當(dāng)需要增大試驗段3內(nèi)壓力值時，增大冷凝旁路的壓力調(diào)節(jié)閥4開度，則汽液分離罐5內(nèi)汽液量變大，壓力升高，則冷凝器6進(jìn)出口壓差減小，汽液分離罐5內(nèi)液體倒流入冷凝器6，冷凝器6中液相浸沒面積增加，冷凝速率下降，直至系統(tǒng)重新達(dá)到平衡。
[0041]提高低溫工質(zhì)沸騰傳熱干度即低溫工質(zhì)汽化量占總流量比值的操作彈性通過以下方式實現(xiàn):
[0042]根據(jù)低溫工質(zhì)汽化量所需吸熱負(fù)荷大小，采用可控硅功率控制器控制調(diào)節(jié)電加熱器10的電加熱輸入功率，改變導(dǎo)熱油進(jìn)出口溫度進(jìn)而改變冷熱介質(zhì)對數(shù)傳熱溫差和保證導(dǎo)熱油足夠大放熱負(fù)荷實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，其特征在于: 該工藝裝置包括低溫工質(zhì)循環(huán)回路和高溫導(dǎo)熱油循環(huán)回路； 所述低溫工質(zhì)循環(huán)回路包括耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗(I)，該耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗(I)出口管線分為兩路，一路作為回流旁路連接冷卻器(7)熱側(cè)入口，該冷卻器(7)的熱側(cè)出口管線連接位于汽液分離罐(5)筒體下端的回流接管；另一路與預(yù)熱器(2)冷側(cè)入口相連，而預(yù)熱器(2)冷側(cè)出口管線接至試驗段(3)冷側(cè)入口； 所述試驗段(3)冷側(cè)出口管線接三通分為兩路;一路管線連接壓力調(diào)節(jié)閥(4)入口，壓力調(diào)節(jié)閥(4)出口管線連接位于汽液分離罐(5)筒體上部的試驗工質(zhì)入口形成冷凝旁路;另一路管線連接冷凝器(6)熱側(cè)入口，該冷凝器(6)熱側(cè)出口管線與汽液分離罐(5)底部連通，即汽液分離罐(5)與冷凝器(6)形成連通器； 空冷器(8)的冷卻水出、入口分別連接所述冷卻器(7)冷側(cè)進(jìn)、出口管線及冷凝器(6)的冷側(cè)進(jìn)、出口管線； 耐溫耐壓低揚(yáng)程增壓栗(I)入口和汽液分離罐(5)的底部連通； 所述高溫循環(huán)回路包括導(dǎo)熱油爐(9)，該導(dǎo)熱油爐(9)的出口分為兩路，一路熱油管線連接預(yù)熱器(2)熱側(cè)進(jìn)口，另一路熱油管線接至試驗段(3)熱側(cè)入口 ；所述預(yù)熱器(2)及試驗段(3)的熱側(cè)出口管線均接至導(dǎo)熱油爐(9)入口管路;導(dǎo)熱油爐(9)內(nèi)設(shè)置有電加熱器(10)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，其特征在于:所述低溫工質(zhì)循環(huán)回路中的低溫工質(zhì)為水、丙酮、乙醇或氟利昂制冷劑。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，其特征在于:所述高溫導(dǎo)熱油循環(huán)回路所用導(dǎo)熱油為沸點(diǎn)300?350°C的導(dǎo)熱油。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高沸騰流動傳熱實驗操作彈性的工藝裝置，其特征在于:所述電加熱器(10)的電加熱輸入功率由可控硅功率控制器控制。
【文檔編號】G01M99/00GK205719591SQ201620350226
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】張延豐, 唐海, 常春梅, 姚立影, 姚煒瑩
【申請人】甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司, 上海藍(lán)濱石化設(shè)備有限責(zé)任公司, 機(jī)械工業(yè)上海藍(lán)亞石化設(shè)備檢測所有限公司
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