換熱器是油田化工和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，其中管殼式換熱器在石油化工行業(yè)中應(yīng)用尤為廣泛。單弓形折流板管殼式換熱器物理模型復(fù)雜，因此選用適應(yīng)性強(qiáng)的正四面體和金字塔形非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，使用GAMBIT劃分網(wǎng)格。而管殼式換熱器成本較高，其熱工性能決定著后期運(yùn)行成本。為此，國內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)其流動(dòng)傳熱進(jìn)行了大量的研究。大慶油田擁有大量的管殼式換熱器，其性能直接影響的處理過程和油田節(jié)能減排的落實(shí)程度，而隨著含水率增加，換熱器結(jié)據(jù)率明顯，易造成其壁面的結(jié)塘甚至堵塞，并且由于污拒會(huì)對(duì)換熱器材料腐蝕，容易導(dǎo)致壁面穿孔造成物料泄漏和損失，甚至產(chǎn)生隱患。為消除換熱器結(jié)據(jù)和泄漏造成的損失，油田管理部門每年都對(duì)換熱器進(jìn)行清洗、堵漏作業(yè)，但目前尚無有效手段快速地評(píng)價(jià)換熱器的結(jié)塘和泄漏情況，導(dǎo)致需要針對(duì)每一臺(tái)換熱器進(jìn)行處理，造成管理成本的增加。而管殼式換熱器的流動(dòng)傳熱特性是評(píng)價(jià)其結(jié)塘、池漏的關(guān)鍵，也是進(jìn)行有效預(yù)測(cè)的前提條件。

無論出現(xiàn)哪種管殼式冷凝器故障，都會(huì)降低換熱器的換熱效率，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。殼程為沙子和的兩相流動(dòng)，沙子的粒徑根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)大約在0。近年來，粗加工裝置換熱器內(nèi)漏、結(jié)塘堵塞問題越來越突出，尤其換熱器，已嚴(yán)重影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。目前，原穩(wěn)站管殼式換熱器運(yùn)行效果多人為經(jīng)驗(yàn)判斷，不能及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)運(yùn)行效果、存在問題進(jìn)行診斷。因此，換熱器在線檢測(cè)技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用是提高粗加工裝置運(yùn)行安全性的手段之一。本課題通過研究油田用管殼式換熱器內(nèi)部結(jié)塘及泄漏問題，建立換熱器運(yùn)行傳熱與流動(dòng)數(shù)學(xué)模型，分析換熱器管壁結(jié)拒及泄漏對(duì)換熱器換熱流動(dòng)特性的影響，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行參數(shù)，對(duì)換熱器的換熱性能指標(biāo)進(jìn)行算例分析，從而對(duì)換熱器設(shè)備檢修與維護(hù)提供參考，同時(shí)可為油田用管殼式換熱器的改造與設(shè)計(jì)提供借鑒思想。

譽(yù)金機(jī)械運(yùn)用CFD數(shù)值模擬方法，借助FLUENT數(shù)值模擬軟件對(duì)管殼式換熱器的三維模型進(jìn)行模擬，通過對(duì)換熱器結(jié)垢和泄漏時(shí)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)等分析，得出泄漏和結(jié)垢對(duì)換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響，為下一步利用熱工參數(shù)評(píng)價(jià)換熱器結(jié)垢和泄漏提供理論依據(jù)。采用多孔介質(zhì)模型，對(duì)電廠蒸汽冷凝器的工作特性進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。主要內(nèi)容如下:    

1.管壁污垢對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律研究。    

(1)考慮管壁污垢?jìng)鳠岬挠绊?，建立管殼式換熱器的三維流動(dòng)傳熱模型;

(2)研究油田原穩(wěn)站用油一油管殼式換熱器運(yùn)行過程中，含砂對(duì)換熱器殼程流場(chǎng)分布的影響，研究殼程流場(chǎng)內(nèi)的含砂量分布情況;     

(3)研究結(jié)垢厚度對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律。

2.管殼式換熱器內(nèi)部換熱面泄漏對(duì)換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律研究。      

(1)建立管殼式換熱器換熱面泄漏的三維流動(dòng)傳熱物理模型:    

(2)研究泄漏口尺寸對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律;    

(3)研究泄漏口位置沿?fù)Q熱器管長方向變化對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律;      

(4)研究泄漏口所在換熱管沿?fù)Q熱器管徑方向變化對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律;    

(5)研究泄漏口數(shù)量對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律。

管殼式換熱器運(yùn)行過程中的速度矢量分布，在換熱器運(yùn)行過程中，換熱器殼程入口段的速度矢量值在0.4m/s;川頁著折流板走向，換熱器殼程內(nèi)砂的速度矢量值在0.6m/s至2m/s之間變化，在折流板上方的砂速度;在折流板逆向換熱器殼程內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)方向的背部，固體砂的速度矢量值，大約為0. I m/s。由于換熱面污據(jù)的存在，增大了換熱面的導(dǎo)熱熱阻，減小了其導(dǎo)熱系數(shù)，使管殼程的傳熱系數(shù)降低，從而影響了換熱器的換熱性能。這是由于折流板的阻擋作用，降低了砂的速度。當(dāng)砂粒徑較大更容易在速度降低區(qū)域形成砂沉積，衛(wèi)比砂粒徑0.2m m時(shí)更為明顯。當(dāng)砂粒徑為0.4mm，換熱器運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，管殼式換熱器殼程入u處的含砂率較高，大約在so%左右，殼程整體砂體積變化范圍在5%-20%之間，由于本次分析的砂粒徑較大，為0.4mm，故在殼程折流板根部有少量砂沉積，但沉積區(qū)占整個(gè)殼程的體積分?jǐn)?shù)低于5%。