基于進出口動態(tài)參數(shù)的管殼式換熱器內(nèi)部故障診斷預(yù)測研究。      

(1)基于進出口動態(tài)參數(shù)，建立管殼式換熱器結(jié)垢厚度和泄漏量的理論評價模型，給出評價模型的求解方式;    

(2)基于分公司某大隊管殼式換熱器運行過程中的進出口動態(tài)參數(shù)，分析換熱器內(nèi)部運行狀況，利用管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測模型進吝分析，給出預(yù)測模型應(yīng)用誤差。    油田原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸大，采用數(shù)值模擬研究時，對計算機配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對現(xiàn)場實際模型進行網(wǎng)格劃分，為便于研究分析，本課題在研究的過程中，對現(xiàn)場實際換熱器進行模型簡化處理。后面兩套網(wǎng)格計算結(jié)果相差小于60%綜合考慮計算精度與計算花費，選取第二套網(wǎng)格:終網(wǎng)格數(shù)量為1,952,621個。    

本文主要研究管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律?？紤]管壁污垢傳熱的影響，將污垢當(dāng)量到管殼式換熱器的換熱管壁，建立管殼式換熱器的三維流動傳熱模型。在此基礎(chǔ)上，建立了管殼式換熱器內(nèi)兩相流(油一砂)數(shù)學(xué)模型一混合模型，包括質(zhì)量守恒方程、混合模型的動量方程、第二相的體積分?jǐn)?shù)方程、相對(滑流)速度和漂移速度方程，采用有限體積法離散模型，使用穩(wěn)態(tài)、隱式、分離式求解器，基于交錯網(wǎng)格的SIMPLE算法解決速度壓力藕合問題，研究中砂對換熱器殼程流場的影響，并分析結(jié)垢厚度對管殼式換熱器管程、殼程出口溫度和傳熱系數(shù)等參數(shù)的影響。采用單相水為工質(zhì)，對扁管殼式換熱器進行了大量的實驗研究，分析管程流量，殼程流量等因素對其傳熱和阻力性能的影響。

采用的模型為大慶油田分公司原穩(wěn)站生產(chǎn)用油一油管殼式換熱器，內(nèi)部流通介質(zhì)為，內(nèi)部含有細(xì)沙等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)也是導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)部結(jié)垢的主要因素。對于管殼式換熱器，換熱管直徑相對很小，數(shù)量眾多，容易發(fā)生堵塞和結(jié)垢，而且對換熱管的清洗和更換十分困難，管殼式換熱器管程內(nèi)部的流通介質(zhì)為比較清潔的流體。綜合油一油管殼式換熱器此特點，本課題著重研究換熱器殼程側(cè)的結(jié)垢。換熱器作為油氣礦場初加工裝置主要的傳熱設(shè)備，換熱器運行情況的好壞，直接影響裝置的運行效率。 

根據(jù)大慶油田分公司原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器實體結(jié)構(gòu)尺寸，該換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，折流板、換熱管數(shù)量眾多，換熱管直徑0.032m，殼程直徑1.4m，換熱器長度為1 Om。換熱器體積巨大，換熱管直徑與換熱器長度的比值小，利用CFD前處理軟件對其進行網(wǎng)格處理困難，網(wǎng)格數(shù)量太多，對計算機配置的要求非常高。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。

冷凝器制造廠家邊界條件：入口為速度入口邊界，出口為壓力出口邊界，。對于沒有定義的邊界面軟件默認(rèn)為墻體邊界。在本課題中，根據(jù)大慶油田分公司產(chǎn)量，原穩(wěn)站管殼式換熱器殼程入口速度在之間，根據(jù)物性和模型尺寸，計算得出換熱器殼程的雷諾數(shù)之間，所以換熱器殼程內(nèi)部流動為層流，多相流模型選為混合模型，混合物模型可用于兩相流或多相流（流體或顆粒）。采用有限體積法，使用分離式求解器，穩(wěn)態(tài)隱式格式求解；速度壓力稱合方式采用基于交錯網(wǎng)格的算法；流通介質(zhì)為含砂，物性參數(shù)為等效溫度下的常量；假設(shè)入口來流的速度均勾分布，忽略重力影響，殼體壁面和折流板采用不可滲透、無滑移絕熱邊界。使用速度入口和壓力出口邊界，采用層流的模型；瑞流模型對殼程流體流動與傳熱進行了數(shù)值研究，分析了三葉孔板換熱器殼程流動與傳熱特性。選用二階迎風(fēng)格式。