Skip to main content
SUPERVISOR
Masoud Haghshenas fard,S.Mohammad Ghoreshi
مسعود حق شناس فرد (استاد مشاور) سیدمحمد قریشی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Arman Hajisharifi
آرمان حاجی شریفی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Modeling and Optimization of fouling in heat exchanger by CFD
Heat exchangers are an important part of industrial processes that provide a significant amount of the entire energy system. One of the main problems in the use of heat exchangers is the formation of fouling during their utilization. Fouling production in heat exchangers significantly reduces heat transfer and reduces the efficiency of these devices. Also, increasing the thermal resistance and increasing the pressure drop in the heat exchanger are other problems caused by the formation of fouling. Generally, the formation of fouling is a phenomenon that limits and reduces the efficiency of heat exchangers. Today, with the advancement of technology and due to extensive research on the fouling phenomenon in heat exchangers, researchers have developed several methods to control sediment formation, to slow down and delay it. One of the effective and low cost methods for slowing down fouling growth and increasing the time of operation of heat exchangers is to identify effective factors in fouling formation and optimized operating conditions to reduce fouling yield. Modeling of fouling growth is one of the least costly methods for identifying the factors affecting fouling growth. On the other hand, the existence of different mechanisms for the formation of fouling has caused the modeling of this phenomenon to be difficult. Therefore, in most studies on fouling modeling, a mechanism is considered as the dominant mechanism. In this thesis, the fouling process was investigated in one of the heat exchangers of Isfahan refinery to study more accurately fouling formation. To determine the type and mechanism of formation of fouling, the precipitate formed on the side of the heat exchanger tubes was sampled. The type and mechanism of fouling were determined by experiment. Then, using the CFD method, using the fluent 16.2 software and coding capability (UDF), the sedimentation process was modeled by the mechanism. The formation of fouling with its physical properties on the surface of the heat transfer, the variability of the thickness of the fouling layer along the flow path of the fluid, as well as the fouling removal term, distinguishes the modeling from other modeling. To validate the model, the model was implemented for a laboratory case and the results of the modeling were compared with the experimental results and it was observed that the modeling results are in good agreement with the experimental results. After assuring the accuracy of the model, the effect of different operating conditions on the fouling formation rate was investigated. Finally, by using statistical methods and using Minitab software, while obtaining optimal conditions for fouling formation, the model was implemented for fouling in the heat exchanger of Isfahan refinery.
مبدل های حرارتی بخش مهمی از فرایند های صنعتی می باشند که مقدار قابل توجهی از کل انرژی سیستم را تأمین می نمایند. یکی از مشکلات اساسی در استفاده از مبدل های حرارتی تشکیل رسوب در طول زمان بهره برداری از آن‌هاست. تولید رسوب در مبدل های حرارتی به میزان قابل‌توجهی باعث کاهش سطح انتقال حرارت و در نتیجه کاهش راندمان این دستگاه ها می شود. همچنین افزایش مقاومت حرارتی و افزایش افت فشار در مبدل های حرارتی از دیگر مشکلات به وجود آمده حاصل از تشکیل رسوب است. به‌طورکلی تشکیل رسوب پدیده ای است که باعث محدودیت و کاهش بازدهی مبدل های حرارتی می شود. امروزه با پیشرفت فنّاوری و با توجه به تحقیقات گسترده ای که بر روی پدیده رسوب گیری در مبدل های حرارتی صورت گرفته است، محققان به روش های متعددی برای کنترل تشکیل رسوب، کند کردن و به تعویق انداختن آن دست یافته اند. یکی از روش های کارآمد و کم هزینه جهت کند کردن رشد رسوب و افزایش زمان کاردهی مبدل حرارتی، شناسایی عوامل مؤثر در تشکیل رسوب و بهینه نمودن شرایط عملیاتی مبدل در راستای کاهش رسوب است. مدلسازی روند رشد رسوب یکی از کم هزینه ترین روش ها جهت شناسایی عوامل تأثیرگذار بر رشد رسوب است. از طرفی وجود مکانیزم های مختلف برای تشکیل رسوب، مدلسازی این پدیده را با مشکل مواجه کرده است. به همین خاطر در اکثر مطالعات انجام گرفته بر روی مدلسازی رسوب یک مکانیزم به عنوان مکانیزم غالب در نظر گرفته شده است. در این پایان نامه جهت مطالعه هرچه دقیق تر تشکیل رسوب، فرایند رسوب گذاری در مبدلE128 پالایشگاه اصفهان مورد بررسی قرار گرفت. جهت اطلاع از نوع و مکانیزم تشکیل رسوب از رسوب تشکیل‌شده در سمت لوله های مبدل مذکور نمونه‌برداری شد. سپس با انجام آزمایش‌ها و بررسی های انجام‌گرفته با بدست آمدن درصد وزنی 42 درصد برای سولفات کلسیم موجود در نمونه رسوب، این نمک به عنوان جنس رسوب و تبلور به عنوان مکانیزم غالب در تشکیل رسوب در نظر گرفته شد. سپس با استفاده از روش CFD به کمک نرم افزار fluent 16.2 و قابلیت کدنویسی (UDF) در این نرم افزار فرایند رسوب گذاری با مکانیزم بدست آمده مدلسازی شد. ایجاد رسوب با خواص مربوطه به صورت فیزیکی بر روی سطح انتقال حرارت، متغیر بودن ضخامت لایه رسوب در طول مسیر جریان سیال و همچنین در نظر گرفتن ترم حذف رسوب، مدلسازی مذکور را از سایر مدلسازی ها متمایز کرده است. جهت بررسی صحت مدل، مدل بدست آمده برای یک مورد آزمایشگاهی پیاده سازی شد و نتایج بدست آمده از مدلسازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه گردید و مشاهده شد که نتایج مدلسازی با نتایج آزمایشگاهی از تطابق خوبی برخوردار است به طوری که میزان خطای محاسبه شده برای مدل، با دو روش خطایابی 10 و 15 درصد بدست آمد. پس از اطمینان از صحت مدل با بدست آوردن تأثیر شرایط عملیاتی مختلف بر روی نرخ تشکیل رسوب، شرایط بهینه مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت با استفاده از روش های آماری و به کمک نرم افزار Minitab مدل بدست آمده برای تشکیل رسوب، برای مبدل حرارتی پالایشگاه اصفهان پیاده سازی شد. کلمات کلیدی: مدلسازی، بهینه سازی، رسوب، مبدل های حرارتی، CFD، توابع UDF

ارتقاء امنیت وب با وف بومی