نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

بکارگیری نوار مارپیچی برای افزایش انتقال حرارت در ایستگاه تقلیل فشار

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
1 شرکت پالایش و پخش فرآورده های نفتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران
2 گروه مهندسی شیمی و نفت، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
3 گروه مهندسی شیمی، دانشکده نفت و مهندسی شیمی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران
4 گروه مهندسی شیمی، واحد کرمانشاه، دانشگاه آزاد اسلامی، کرمانشاه، ایران
چکیده
در حال حاضر گاز طبیعی به عنوان یکی از مهمترین منابع انرژی بشر شناخته شده است. در صنعت، انرژی زیادی برای بالا بردن توان گرم کن ها در ایستگاه های تقلیل فشار مصرف می شود. بنابراین در این پژوهش به جهت افزایش نرخ انتقال حرارت در گرمکن های ایستگاه تقلیل فشار، قطعاتی با زوایای خاص (نوار مارپیچی کلاسیک) درون کویل­ ها تعبیه شده است. مطالعه فوق بر روی گرمکن ایستگاه تقلیل فشارCGS & TBS  ماویان (شهرستان کامیاران استان کردستان) با ظرفیت m3/h  2500 انجام شده است. آزمایش ها در شرایط دمایی مختلف آب گرمکن انجام گرفته است. نوار مارپیچی کلاسیک با سه گام مختلف در این مطالعه طراحی و استفاده گردیده است. در تمامی مدل ها طول نوار  مارپیچی کلاسیک 200 سانتی متر و ارتفاع آن 8/3 سانتی متر در نظر گرفته شده است، با این تفاوت که در مدل اول طول هر گام برابر 8 سانتی متر و در نوار مارپیچی کلاسیک مدل دوم طول هر گام 6 سانتی متر و در مدل سوم طول گام 4 سانتی متر می­باشد. نتایج این بررسی نشان داد بیشترین درصد بهبود انتقال حرارت با استفاده از نوار مارپیچی کلاسیک با ساختار سوم در دمای آب 35 درجه سلسیوس برابر 16 درصد است. از طرفی کمترین درصد بهبود انتقال حرارت برای نوار مارپیچی کلاسیک با ساختار اول در دمای 60 درجه سلسیوس 82/3 درصد به دست آمده است. این نتایج می تواند برای افزایش بازده انتقال حرارت و کاهش هزینه ها در این مبدل ها موثر و کاربردی باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Miansari M., Valipour  M.A., Arasteh H., Toghraie D., Energy and Exergy Analysis and Optimization of Helically Grooved Shell and Tube Heat Exchangers by Using Taguchi Experimental DesignJournal of Thermal Analysis and Calorimetry, 139(5): 3151-3164 (2020).
[2] بزرگان ن.، میری م.، وحیدی­نیا ف.، کاربرد نانو سیال آب آلومینا گاما در مبدل گرمایی پوسته و لوله در غلظت های حجمی گوناگون، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 35(2): 139 تا 149 (1395).
 [3] Maghrabie H.M., Attalla M., Fawaz H.E., Khalil M., Impingement/Effusion Cooling of Electronic Components with Cross-flow, Applied Thermal Engineering, 151: 199-213 (2019).
[4] Hosseini S.M., Safaei M.R., Estelle P., Jafarnia S.H., Heat Transfer of Water-based Carbon Nanotube Nanofluids in the Shell and Tube Cooling Heat Exchangers of the Gasoline Product of the Residue Fluid Catalytic Cracking Unit,  Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 140(1): 351-362 (2020).
 [5] Omidi M., Darzi A.A.R., Farhadi M., Turbulent Heat Transfer and Fluid Flow of Alumina Nanofluid Inside Three-lobed Twisted Tube, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 137(4): 1451-1462 (2019).
[6] Omidi M., Farhadi M., Jafari M., A Comprehensive Review on Double Pipe Heat Exchangers, Applied Thermal Engineering., 110: 1075-1090 (2017).
[7] Bergles A.E., Techniques to Augment Heat Transfer, Handbook of Heat Transfer Applications. McGraw-Hill, New York, 3–1–3–80 (1985).
[8] Hosseinian A., Meghdadi Isfahani A.H., Experimental Study of Heat Transfer Enhancement due
to the Surface Vibrations in a Flexible Double Pipe Heat Exchanger
, Heat Mass Transfer., 54: 1113–1120 (2018).
[9] Gorjaei  A.R., Shahidian A., Heat Transfer Enhancement in a Curved Tube by Using Twisted Tape Insert and Turbulent Nanofluid Flow, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 137: 1059-1068 (2019).
[10] Tafarroj M.M., Zarabian-Ghaeini G., Esfahani J.A., Kim  K.C., Multi-Purpose Prediction of the Various Edge Cut Twisted Tape Insert Characteristics: Multilayer Perceptron Network Modeling, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, 145: 2005-2020 (2021).
[13] پهلوانزاده ح.، روشن ضمیر ح.، مظفری، س.ح.، بررسی تأثیر به کارگیری افزاینده­ های انتقال حرارت بر ضریب انتقال حرارت در جریان دوفازی آب – هوا در الگوی حبابی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 30(1): 53 تا 62 (1390).
[14] Sarma P.K., Kishore P.S., Rao V.D., Subrahmanyam T., A Combined Approach to Predict Friction Coefficients and Convective Heat Transfer Characteristics in A Tube with Twisted Tape Inserts for a Wide Range of Re and Pr, International Journal of Thermal Sciences, 44: 393-398 (2005).
[15] Li L., Yang M., Zhang Y., Numerical Study of Periodically Fully-developed Convection in Channels with Periodically Grooved Parts, International Journal of Heat and Mass Transfer, 51: 3057-3065 (2008).
[16] Eiamsa-Ard S., Rattanawong S., Promvonge P., Turbulent Convection in Round Tube Equipped with Propeller Type Swirl Generators, International Communications in Heat and Mass Transfer, 36: 357-364 (2009).
[17] Eiamsa-Ard S., Nuntadusit, C., Promvonge P., Effect of Twin Delta-Winged Twisted-Tape on Thermal Performance of Heat Exchanger Tube, Heat transfer engineering, 34: 1278-1288 (2013)
[18] Eiamsa-ard S., Wongcharee K., Kunnarak K., Kumar M., Chuwattabakul V., Heat Transfer Enhancement of TiO2-Water Nanofluid Flow in Dimpled Tube with Twisted Tape Insert, Heat and Mass Transfer, 55: 2987-3001 (2019).
[19] Rahimi M., Shabanian S R., Alsairafi A A., Experimental and CFD Studies on Heat Transfer and Friction Factor Characteristics of a Tube Equipped with Modified Twisted Tape Inserts, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 48: 762-770 (2009).
[20] Murugesan P., Mayilsamy  K., Suresh S., Srinivasan P S S., Heat transfer and pressure drop characteristics in a circular tube fitted with and without V-cut twisted tape insert, International Communications in Heat and Mass Transfer, 38(3): 329-334 (2011).
[21] Prasad P.D., Gupta A., Deepak K., Investigation of Trapezoidal-Cut Twisted Tape Insert in a Double Pipe U-Tube Heat Exchanger Using Al2O3/Water Nanofluid, Procedia Materials Science, 10: 50-63 (2015).
[22] Yu C.L., Ren Z.W., Zeng M., Ji M.D., Parameters Optimization of a Parallel-Flow Heat Exchanger with a New Type of Anti-Vibration Hexagon Clamping Baffle and Coiled Wire Using Taguchi Method, Journal of Zhejiang University - Science A: Applied Physics & Engineering, 19: 676-690 (2018).
[23] Kurnia J.C., Chaedir B.A., Sasmito A.P., Laminar Convective Heat Transfer in Helical Tube with Twisted Tape Insert, International Journal of Heat and Mass Transfer, 50: 119309 (2020)
[24] Arjmandi H., Amiri P., Saffari Pour M., Geometric Optimization of a Double Pipe Heat Exchanger with Combined Vortex Generator and Twisted Tape: A CFD and Response Surface Methodology (RSM) Study, Thermal Science and Engineering Progress, 18: 100514 (2020).
[25] Kola P.V.K.V., Pisipaty S.K., Mendu S.S., Ghosh R., Optimization of Performance Parameters of a Double Pipe Heat Exchanger with Cut Twisted Tapes using CFD and RSM, Chemical Engineering and Processing-Process Intensification, 163: 108362 (2021).
[26] Ranjith., Shaji K., Numerical Analysis on a Double Pipe Heat Exchanger with Twisted Tape Induced Swirl Flow on Both Sides, Procedia Technology, 24: 436-443 (2016).
[27] Salari S., Goudarzi K., Heat Transfer Enhancement and Fuel Consumption Reduction in Heaters of CGS Gas Stations, Case studies in thermal engineering, 10: 641-649 (2020).
[28] Ranjbar B., Jafarbeigi E., Kazemi M‏., Studying and Simulating Gas Hydrate Formation Procedure in Kamyaran CGS Pressure Reduction Station‏, International Journal of Advanced Biotechnology and Research (IJBR), 5: 1030-1036 (2016).‏