管殼式換熱器作為重要的換熱設(shè)備，在石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其換熱性能對(duì)這些領(lǐng)域的工藝流程影響較大。目前，油田三次采油中大量應(yīng)用新型聚合物，導(dǎo)致管殼式換熱器結(jié)垢明顯增多，造成換熱熱阻增加、換熱性能降低；并且，污垢中腐蝕性介質(zhì)腐蝕金屬管壁，導(dǎo)致其穿孔，即形成管殼式換熱器泄漏、致使物料污染?？焖儆行ёR(shí)別管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏故障是縮短維修周期、降低更換換熱管件的基本保障，而管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱特性是開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)的關(guān)鍵所在。獲取管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱特性，對(duì)基于熱工參數(shù)檢測(cè)管殼式換熱器的結(jié)垢和泄漏的相關(guān)技術(shù)發(fā)展具有重要意義。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(guò)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。本文以管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱特性為研宄目標(biāo)，對(duì)管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏模型、求解方法，管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏預(yù)測(cè)模型，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方法進(jìn)行了研宄。

一種管殼式換熱器殼程單相流動(dòng)和傳熱的三維模擬方法，用體積多孔度、表面滲透度、分布阻力和分布熱源來(lái)考慮殼程復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)造成的流道縮小和流動(dòng)阻力、傳熱效應(yīng)，通過(guò)數(shù)值求解平均的流體質(zhì)量、動(dòng)量、能量守恒方程，得到殼程流動(dòng)和換熱的分布。對(duì)上述提到的三維數(shù)值模擬方法也有過(guò)類(lèi)似的研究。   實(shí)驗(yàn)方法研究了空氣在具有3種不同管徑19,25. 32mm的波紋管內(nèi)的流動(dòng)與換熱特性。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%。管外壁采用電加熱，來(lái)模擬均勻熱流條件，測(cè)得了不同工況下各種管徑的平均對(duì)流換熱系數(shù)和阻力系數(shù)，擬合出了所測(cè)的參數(shù)范圍內(nèi)的阻力和換熱實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，并比較了相同管徑的波紋管和光管的換熱效果。

國(guó)內(nèi)外己有的研究，對(duì)于管殼式換熱器內(nèi)漏問(wèn)題的數(shù)值模擬研究相對(duì)較少。通過(guò)對(duì)換熱器工況進(jìn)行模擬計(jì)算，分析了泄漏情況下?lián)Q熱器溫度參數(shù)的變化情況，在此基礎(chǔ)上提出了通過(guò)分析換熱器管程和殼程溫度變化來(lái)判斷換熱器泄漏及泄漏程度的方法。四種針對(duì)換熱器焊縫泄漏的檢漏技術(shù)，分別為:碳黑一煤油滲透法、熒光檢驗(yàn)法、著色探傷法、石灰一煤油滲透法，相比較而言，碳黑一煤油滲透法比傳統(tǒng)的檢漏方法具有簡(jiǎn)便、快捷、費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)貫穿性缺陷的焊縫檢查速度快，效果好。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。系統(tǒng)中的熱媒/水換熱器容易出現(xiàn)水質(zhì)不合格、操作不當(dāng)而引起管道水擊、水流速度過(guò)低以及垢下腐蝕等并終導(dǎo)致泄漏。并針對(duì)各導(dǎo)致泄漏的原因給出了相應(yīng)的解決措施。

西安交通大學(xué)采用逐步放開(kāi)流路的方法，應(yīng)用空氣一水兩相混合物研究了泄漏與旁路對(duì)殼側(cè)流型及流型轉(zhuǎn)變特性的影響。分析了換熱器內(nèi)部不同介質(zhì)泄漏的判斷方法，并提出了針對(duì)換熱器不同泄漏介質(zhì)的性質(zhì)來(lái)確定檢漏方法。還有很多管殼式和板式換熱器經(jīng)常發(fā)生滲漏，尤其是介質(zhì)為循環(huán)水或水和高溫油類(lèi)的碳鋼換熱器，泄漏頻繁，給生產(chǎn)帶來(lái)極大的安全隱患。國(guó)內(nèi)外己有的研究，對(duì)于管殼式換熱器內(nèi)漏問(wèn)題的數(shù)值模擬研究相對(duì)較少。

換熱器內(nèi)砂沉積對(duì)結(jié)垢位置的影響    

換熱器內(nèi)管壁結(jié)垢主要受其液體介質(zhì)含砂濃度的影響，對(duì)管殼式換熱器殼程流場(chǎng)進(jìn)行了液一固兩相流數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結(jié)果分析，確定換熱器的主要砂沉積位置。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0.2mm-O.}mm之間。本次研究選用沙子粒徑為0.2mm和0.4tn m，沙子的體積分?jǐn)?shù)選為10%，殼程進(jìn)口流速為0.7m/s，對(duì)管殼式換熱器的殼程流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。砂子體積分布的位置選取結(jié)果為沿?fù)Q熱器管長(zhǎng)方向的四個(gè)截面，其中，z=-0.7n:為管殼式換熱器殼程出I:l處的一個(gè)截而，z二一0.39m與z=0.016m為靠近管殼式換熱器折流板的一個(gè)截面，z=0.7m為管殼式換熱器殼程入I-I處的一個(gè)截面。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(wèn)題進(jìn)行診斷。