Влияние свойств поверхности и распределения потока на загрязнение поверхностей теплообмена (Зеттлер Ханс Ульрих) ; Страта, 2015

ПРЕДИСЛОВИЕ
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
I. ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА II.
Основы процесса загрязнения
2.1 Механизмы загрязнения
2.2 Стадии загрязнения
2.3 Кривые загрязнения и скорость его роста
2.5 Затраты на борьбу с загрязнениями
2.6 Методы удаления загрязнения и смягчение его
последствий
ГЛАВА III.
Загрязнение систем водяного охлаждения
3.1 Кристаллизационное загрязнение и
кристаллизация солей
3.1.1 Растворимость CaS04
3.1.2 Водный раствор сульфата кальция
3.1.3 Нуклеация или зарождение центров
кристаллизации
3.1.4 Рост кристаллов
3.2 Биологическое загрязнение
3.2.1 Речная вода Рейна (Германия)
ГЛАВА IV.
Отложение парафина в оборудовании
нефтегазовой промышленности
4.1 Отложения парафина в трубопроводах
4.2 Механизмы отложения парафина
4.3 Процесс отложения парафина
4.3.1 Свойства парафиновых углеводородов
4.3.2 Механизм отложения парафина в
трубопроводе
4.3.3 Параметры, влияющие на отложение
парафинов
4.3.3.1 Время
4.3.3.2 Скорость потока
4.3.3.3 Температура
4.3.3.4 Концентрация
4.3.3.5 Примеси
4.3.3.6 Свойства поверхности
4.3.4 Старение
4.3.5 Накопление и удаление
ГЛАВА V.
Характеристика поверхности и методы ее
модификации
5.1Краевой угол и поверхностная энергия
5.1.1 Краевой угол
5.1.2 Поверхностная энергия
5.2 Расчет поверхностной энергии
5.2.1 Метод Owens, Wendt, Rabel и Kaebelle
5.2.2 Метод Schulz
5.3 Прибор для измерения краевых углов.
Методика измерения
5.4 Структура поверхности
5.4.1 Щуповый метод измерение шероховатости
5.4.2 Атомно-силовой микроскоп
5.5 Методы модификации поверхности
5.5.1 Ионная имплантация
5.5.2 Ионное распыление/несбалансированное
магнетронное распыление
5.5.3 Карбонитрация и оксидирование
5.5.4 Покрытие Ni-P-ПТФЭ
5.5.5 Метод химического осаждения из пара
5.5.6 Кистевая гальванотехника
5.5.7 Модификация поверхностной
шероховатости
5.5.7.1 Электрополирование
5.5.7.2 Травление
5.5.8 Свойства поверхностей и загрязнение -
известные на сегодня данные
ГЛАВА VI. Снижение отложений
парафина методом модификации поверхности
6.1 Экспериментальный стенд для исследований
отложений парафина
6.1.1 Экспериментальный стенд для
динамических испытаний
6.1.2 Приготовление раствора парафина
6.1.3 Подготовка к измерениям
6.1.4 Завершение измерений
6.2 Результаты измерений и обсуждение методов
снижения
отложений парафина в нефтегазовой
промышленности
6.2.1 Свойства поверхности
6.2.2 Измерения методом "холодного пальца"
6.2.3 Экспериментальные исследования при
течении раствора
6.2.3.1 Порядок испытаний
6.2.3.2 Влияние расхода раствора на отложение
парафина
6.2.3.3 Влияние шероховатости поверхности
на отложение парафина
6.2.3.4 Влияние поверхностной энергии
на отложение парафина
ГЛАВА VII.
Пластинчатые теплообменники
7.1 Конструкция пластинчатых
теплообменников
7.2 Теплопередача в пластинчатых
теплообменниках
7.3 Потери давления в пластинчатых
теплообменниках
7.4 Структура потока в каналах
пластинчатых теплообменников
7.5 Влияние загрязнения на эффективность
пластинчатых теплообменников
7.6 Учет загрязнения при проектировании и
эксплуатации пластинчатых теплообменников
ГЛАВА VIII.
Борьба с отложениями в пластинчатых
теплообменниках
для охлаждения воды
8.1 Экспериментальное оборудование и методика
исследований
8.1.1 Гидравлическая схема
экспериментального стенда
в университете Суррея
8.1.2 Гидравлическая схема экспериментальной
установки BASF AG
8.1.3 Пластинчатый теплообменник
8.1.4 Сбор данных
8.1.5 Анализ погрешностей измерений на
экспериментальных стендах с пластинчатыми
теплообменниками
8.1.6 Приготовление раствора сульфата
кальция
8.1.7 Определение концентрации сульфата
кальция
8.2 Результаты эксперимента и их обсуждение
8.2.1 Снижение кристаллизационного
загрязнения
8.2.1.1 Условия эксперимента
8.2.1.2 Поверхностные свойства пластин
теплообменника
8.2.1.3 Необработанные пластины
теплообменника
и воспроизводимость результатов
8.2.1.4 Влияние угла наклона гофр
8.2.1.4.1 Потери давления при отсутствии
загрязнений
8.2.1.4.2 Теплопередача при отсутствии отложений
8.2.1.4.3 Образование отложений
8.2.1.5 Влияние модификации поверхности на
образование
отложений CaS04
8.2.1.5.1 Ионная имплантация пластин
теплообменников
8.2.1.5.2 Ионное напыление, карбонитрация
и оксидирование пластин
8.2.1.5.3 Пластины с
никель-политетрафторэтиленовым покрытием
8.2.1.5.4 Пластины с различной шероховатостью
поверхности
8.2.1.5.5 Загрязнение и свойства поверхности
8.2.2 Снижение биологического загрязнения
пластинчатых
теплообменников
8.2.2.1 Перечень опытов
8.2.2.2 Первоначальные эксперименты
с необработанными пластинами
8.2.2.3 Влияние модификации поверхностей
пластин
8.2.2.4 Хлорирование воды из Рейна
ГЛАВА IX.
Предшествующие исследования гидродинамики
пластинчатых теплообменников
9.1 Результаты предыдущих исследований
потока
в пластинчатых теплообменниках
9.2 Численные исследования гидродинамики
ГЛАВА X.
Экспериментальные исследования методом
отслеживания траектории радиоактивных частиц
10.1 Основы метода отслеживания траектории
излучающей позитроны частицы (РЕРТ)
10.2 Экспериментальная установка
10.3 Методика испытаний
10.4 Результаты РЕРТ-исследования и их
анализ
ГЛАВА XI.
Численные исследования потока теплоносителя
в пластинчатом теплообменнике
11.1 Базовая геометрия пластины Alfa Laval МЗ
11.2 Геометрия расчетного объема и
построение сетки
11.3 Изотермический турбулентный поток в
канале
между пластинами с углами наклона гофр 60°/60°
11.3.1 Численные результаты и их анализ
11.4 Турбулентное течение и теплообмен в
каналах между
пластинами с углами наклона гофр 30°/30° и 60°/60°
11.4.1 Результаты численных исследований
течения жидкости
в канале между пластинами с углами наклона гофр
60°/60°
и их анализ
11.5 Исследование влияния формы рифления
11.5.1 Асимметричное рифление
11.5.2 Пластины с ячеистым рифлением
11.6 Сравнение характеристик теплообмена,
потерь давления
и загрязнения каналов между
пластинами различных конструкций
11.7 Моделирование ламинарного потока в
канале между
пластинами Alfa Laval МЗ
11.7.1 Результаты расчета и их сравнение с
данными
РЕРТ-анализа
11.8 Оптимизация конструкции
распределительной зоны канала
пластинчатого теплообменника
11.8.1 Результаты расчета и их анализ
ГЛАВА XII.
Итоги исследований и дальнейшие планы
12.1 Заключение
12.1.1 Исследование загрязнения пластинчатых
теплообменников
12.1.2 Отложения парафина
12.1.3 Коррозия
12.1.4 Экспериментальные и численные
исследования движения жидкости в пластинчатом
теплообменнике
12.2 Взгляд в будущее. Планы дальнейших
исследований
12.2.1 Численные и экспериментальные
исследования свойств
поверхности и их загрязнения
12.2.2 Расчетные и экспериментальные
исследования
по созданию пластинчатых теплообменников
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Греческие символы
Безразмерные величины
Индексы
ПРИЛОЖЕНИЕ А.
Борьба с коррозией в нефтегазовой
промышленности
А1. Коррозия в нефтегазовой промышленности
А 1.1. Коррозия в нефтегазовой промышленности
А 1.1.1. Причины коррозии оборудования для
транспортировки нефтепродуктов
А 1.1.2. Материалы, используемые в оборудовании
для транспортирования нефти
А 1.1.3. Углекислотная коррозия оборудования
нефтегазовой
промышленности
А 1.1.4. Борьба с коррозией с помощью
ингибиторов
и различных способов обработки поверхности
А 2. Экспериментальная установка для изучения
коррозии (ВР)
А 2.1. "Карусельный" тест
А 2.2. Пузырьковый тест (Bubble Test)
А 2.3. Электрохимические измерения коррозии
(эксперименты с плоскими пластинами)
А 2.4. Образцы углеродистых сталей
А 3. Борьба с коррозией в нефтегазовой
промышленности.
Экспериментальные результаты
А 3.1. Регистрация экспериментов
А 3.2. Шероховатость поверхности
А 3.3. Твердость
А 3.4. "Пузырьковый тест" с использованием
электродов
А 3.5. "Пузырьковый тест" с плоскими пластинами
ПРИЛОЖЕНИЕ В.
Современный опыт борьбы с парафиновыми
отложениями
В 1. Средства зашиты от загрязнения
нефтепроводов
В 1.1. Ингибиторы
В 1.2. Очистка труб ёршем
В 1.3. Комбинированное использование
ингибиторов
и очистки ершами
В 1.4. Прокачка горячей нефти
В 1.5. Подогрев труб
ПРИЛОЖЕНИЕ С.
Математическое моделирование течения
в пластинчатых теплообменниках
С 1. Математическая постановка задачи
С 1.1. Уравнение сохранения массы
С 1.2. Уравнение сохранения импульса
С 1 3. Уравнение сохранения энергии
С 2. Уравнения движения турбулентного потока
С 2.1. Прямое численное моделирование
турбулентного потока
С 2.2. Модель больших вихрей
С 2.3. Усреднение по времени параметров
турбулентного течения
С 3. Модели турбулентности
С 3.1. Модель напряжений Рейнольдса
С 3.2. Модель Спаларта-Альмараса
С 3.3. Стандартная k-е модель
С 3.4. Модель RNG к-е
С 4. Пристеночные граничные условия
для турбулентного потока
С 4.1. Пристеночные функции
С 4.2. Пристеночная модель
С 5. Основы метода конечных элементов
С 6. Программный пакет
ПРИЛОЖЕНИЕ D.
Математическое моделирование загрязнения
пластинчатых
теплообменников
D 1. Моделирование
D 2. Определение сопротивления загрязнения
D 2.1. Результаты и их анализ
D 3. Учет шероховатости теплопередающей
поверхности
в математической модели загрязнения
D 3.1. Результаты и их обсуждение