換熱器作為油氣礦場(chǎng)初加工裝置主要的傳熱設(shè)備，換熱器運(yùn)行情況的好壞，直接影響裝置的運(yùn)行效率。由于受到檢修周期及有效檢測(cè)手段的限制，換熱器在運(yùn)行過程缺乏對(duì)運(yùn)行狀態(tài)的準(zhǔn)確把握，換熱器不良運(yùn)行狀態(tài)以及運(yùn)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(dòng)速度有關(guān)，介質(zhì)粘性越強(qiáng)、循環(huán)（流動(dòng)）越慢，則壓降越大。2mm時(shí)，管殼式換熱器模擬運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定的情沉下，換熱器殼程內(nèi)沿?fù)Q熱器管民方向各個(gè)截而的砂體積分情況。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(dòng)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(qiáng)旳物料長(zhǎng)時(shí)間沖刷所至。結(jié)據(jù)：由于換熱器長(zhǎng)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。

無論出現(xiàn)哪種列管式冷凝器故障，都會(huì)降低換熱器的換熱效率，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。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。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。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)。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。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(zhǎng)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。

濰坊譽(yù)金機(jī)械對(duì)原穩(wěn)站油行山管殼式換熱器實(shí)體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化建模，同時(shí)兼顧課題研究的準(zhǔn)確性和經(jīng)濟(jì)性。      

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

(2)對(duì)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(shí)可以設(shè)定一個(gè)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(gè)換熱器的傳熱和流動(dòng)，不影響數(shù)值計(jì)算的結(jié)果，因此在建模時(shí)將上封頭和下封頭進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。    在對(duì)換熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模時(shí)，考慮換熱器入日和出口部分對(duì)于一換熱器殼程整體流動(dòng)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(gè)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。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。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。