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。由于受到檢修周期及有效檢測手段的限制，換熱器在運行過程缺乏對運行狀態(tài)的準(zhǔn)確把握，換熱器不良運行狀態(tài)以及運行故障主要有以下幾種情況：壓降增大：造成原因主要包括：介質(zhì)不潔凈或顆粒雜物太多，使板片或管束結(jié)塘或流道堵塞；受存在的非凝聚氣體影響；此外還和流體的流動速度有關(guān)，介質(zhì)粘性越強、循環(huán)（流動）越慢，則壓降越大。由于此模型的物理過程存在相變，導(dǎo)致模擬變得更加復(fù)雜，因而計算中采用了簡單的各向同性假設(shè)和一方程模型，并將其與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果吻合較好。介質(zhì)內(nèi)漏：換熱設(shè)備內(nèi)的兩種介質(zhì)由于某種原因造成高壓側(cè)介質(zhì)向低壓側(cè)滲漏。換熱器由于處于受壓力、介質(zhì)腐燭性、流動磨燭，尤其是固定管板換熱器，還有溫差應(yīng)力，管板與換熱管連接處極易泄漏，導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)漏。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)水或水和高溫油類的碳鋼換熱器，泄漏頻繁，給生產(chǎn)帶來極大的安全隱患。泄漏：造成此原因多為密封塾片老化或者密封墊片材質(zhì)選用不適，也可能是各夾緊螺桿的螺母松脫以及一些腐蝕性、氧化性很強旳物料長時間沖刷所至。結(jié)據(jù)：由于換熱器長期使用，在熱交換表面形成一定厚度的污塘或水據(jù)，增大了熱阻，從而降低了換熱器的傳熱效率。

譽金機械運用CFD數(shù)值模擬方法，借助FLUENT數(shù)值模擬軟件對管殼式換熱器的三維模型進(jìn)行模擬，通過對換熱器結(jié)垢和泄漏時的速度場、溫度場等分析，得出泄漏和結(jié)垢對換熱器流動傳熱性能的影響，為下一步利用熱工參數(shù)評價換熱器結(jié)垢和泄漏提供理論依據(jù)。但是由于換熱器大多體積龐大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模型的網(wǎng)格處理比較復(fù)雜，且對計算機的配置要求高，前人的研究分為兩種，首先是利用多孔介質(zhì)模型，或者模擬換熱器理想模型。主要內(nèi)容如下:    

1.管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律研究。    

(1)考慮管壁污垢傳熱的影響，建立管殼式換熱器的三維流動傳熱模型;

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

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

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

(1)建立管殼式換熱器換熱面泄漏的三維流動傳熱物理模型:    

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

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

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

濰坊譽金機械對原穩(wěn)站油行山管殼式換熱器實體模型進(jìn)行簡化建模，同時兼顧課題研究的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟性。      

(1)建模時保留了折流板，考慮折流板對殼程流體流動和傳熱的影響。      

(2)對于傳熱管壁和折流板的處理采用了FLUEN丁中的薄壁模型，在后續(xù)的邊界條件設(shè)置時可以設(shè)定一個給定的壁厚，這樣減少了網(wǎng)格數(shù)量。      

(3)管束的_l幾封頭和下封頭沒有參與整個換熱器的傳熱和流動，不影響數(shù)值計算的結(jié)果，因此在建模時將上封頭和下封頭進(jìn)行簡化處理。獲取管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱特性，對基于熱工參數(shù)檢測管殼式換熱器的結(jié)垢和泄漏的相關(guān)技術(shù)發(fā)展具有重要意義。    在對換熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模時，考慮換熱器入日和出口部分對于一換熱器殼程整體流動特性的影響。由于單弓形折流板管殼式換熱器是復(fù)雜幾何體，網(wǎng)格劃分需要采用分塊劃分的方法，將整個模型劃分成入口段、出口段和殼程三部分，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格為非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，采用劃分的四面體和金字塔網(wǎng)格。

管殼式換熱器運行過程中的速度矢量分布，在換熱器運行過程中，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)流動方向的背部，固體砂的速度矢量值，大約為0. I m/s。通過對模擬結(jié)果的分析可知，研究的自然循環(huán)換熱器能及時有效排出堆芯余熱，雖然模擬值和設(shè)計值之間有一定誤差，但是誤差很小不影響對換熱器模擬結(jié)果的分析。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時更為明顯。當(dāng)砂粒徑為0.4mm，換熱器運行穩(wěn)定時，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)占整個殼程的體積分?jǐn)?shù)低于5%。