مدلسازی CFD پیش گرم کن هیدروژن واحد پایلوت ارتقای پس ماندهای نفتی

در این مطالعه پیش گرم کن هیدروژن یک واحد نیمه صنعتی با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی شبیه سازی شده است. با حل معادلات حاکم در دو بخش محتوی پرکن و بدون پرکن، تجزیه و تحلیل هیدرودینامیکی و حرارتی سیستم انجام شده است. نتایج نشان می دهند که طراحی پیش گرمکن برای رساندن دمای هیدروژن تا مقدار مطلوب مناسب نیست و حتما باید بخش بدون هیتر پیش گرمکن، عایق شود. شبیه سازی ها نشان می دهند که رژیم جریانی در پیش گرم کن هیدروژن از نوع آرام است و لذا مقاومت لایه مرزی در انتقال حرارت سطح اهمیت زیادی دارد. البته باید در نظر داشت که چون سیال گاز است و دانسیته و ویسکوزیته کمی دارد، لذا لایه مرزی بسیار نازک می باشد. اثرات احتمالی جابجایی آزاد گرمایی گاز هیدروژن نیز در محاسبات در نظر گرفته شده است؛ زیرا دانسیته گاز با افزایش دما کاهش یافته و در برخی نقاط جریان برگشتی نیز مشاهده می شود. این جریان برگشتی و گرادیان معکوس سبب اختلاط بیش تر جریان و اتلاف حرارتی بیش تر می شود و امری نا مطلوب است. لذا در ادامه تمهیداتی جهت از بین بردن آن ارایه شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که علیرغم وجود محیط پرشده، مقدار افت فشار در سیستم بسیار کم و ناچیز است. جهت بررسی انتقال حرارت، انواع عایق با ضخامت های مختلف بررسی شدند. مشخص گردید، استفاده از عایق پشم شیشه به ضخامت 5 سانتیمتر می تواند دمای هیدروژن خروجی را تا 379 درجه سانتیگراد بالا ببرد که دمای مطلوبی برای شروع واکنش های کاتالیستی است. نتایج نشان داد، در محدوده شدت جریان عملیاتی هیدروژن، استفاده از یک هیتر در انتهای پیش گرم کن کفایت می کند. کاربرد هیترهای اضافی موجب اتلاف انرژی می شود و تاثیری در بالا بردن دمای هیدروژن ندارند.