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。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，還有溫差應力，管板與換熱管連接處極易泄漏，導致?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。(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行簡化處理。

對換熱器進行不同工況分析，研究不同工況下?lián)Q熱器的換熱性能。并編寫換熱器的沸騰用戶自定義（模型，將模型導入軟件。分析換熱器出現(xiàn)沸騰工況下內(nèi)部蒸汽的流動情況，并根據(jù)對模擬結(jié)果的研究提出對換熱器的改進措施。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。換熱器的復雜結(jié)構(gòu)使換熱器局部產(chǎn)生了“傳熱死區(qū)”和“流動死區(qū)”，這些死區(qū)的存在影響了換熱器內(nèi)自然循環(huán)的形成。以實驗裝置中的3處壁溫、污管的出入口溫度、污管中流體的流速和污管熱阻為輸入，建立基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡的污垢預測模型，對篩選出的160組數(shù)據(jù)進行預測，與BP網(wǎng)絡相比，該網(wǎng)絡預測污垢熱阻的收斂速度和精度都優(yōu)于BP網(wǎng)絡。當換熱器傳熱進行一段時間后換熱器內(nèi)的殼側(cè)溫度會達到飽和出現(xiàn)沸騰，沸騰產(chǎn)生的大量蒸汽在換熱器的“尖角”處聚，會對換熱器內(nèi)流體的傳熱和流動特性產(chǎn)生影響。

對于管殼式換熱器的流動傳熱特性，綜合以上，將己有的研究分為三部分:    

(1)利用FLUENT數(shù)值模擬軟件對管殼式換熱器進行數(shù)值模擬，得到了符合實際的換熱器流動傳熱性能;    

(2)通過分析泄漏情況下?lián)Q熱器溫度參數(shù)的變化情況，提出了通過分析換熱器管程和殼程進出口溫度變化來判斷換熱器是否泄漏的方法;側(cè)重分析其泄漏時殼程的流體流動的流型。     

(3)運用熱力學能耗分析法，分析管殼式換熱器中污垢的厚度對換熱強度、流動壓降及其有效能損失的影響。    國內(nèi)外己有的研究，缺乏對管殼式換熱器管程流體流動傳熱的數(shù)值模擬研究，并且在換熱器的實際生產(chǎn)運行過程中，對換熱器當前運行效果的診斷分析不明確。但是由于換熱器大多體積龐大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，模型的網(wǎng)格處理比較復雜，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。

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)。對用于火力發(fā)電廠的換熱器，換熱溫度通常提供高于8000C，為了滿足這一條件，熱交換器應該選區(qū)特殊的材料一一陶瓷，MonteiroDB等人門用CFD模擬來評估雷諾數(shù)在500到1500之間時傳熱因子和摩擦因子，比較了模擬結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)。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)研究泄漏口位置沿換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換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。