無(wú)論出現(xiàn)哪種冷凝器生產(chǎn)廠家故障，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(lái)，粗加工裝置換熱器內(nèi)漏、結(jié)塘堵塞問(wèn)題越來(lái)越突出，尤其換熱器，已嚴(yán)重影響裝置的平穩(wěn)運(yùn)行。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。因此，換熱器在線檢測(cè)技術(shù)開(kāi)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。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。本課題通過(guò)研究油田用管殼式換熱器內(nèi)部結(jié)塘及泄漏問(wèn)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(guò)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)。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用周期性單元流道模型數(shù)值模擬了旋流片產(chǎn)生的衰減性自旋流的流動(dòng)和傳熱特性，并采用分段綜合因子分析了傳熱強(qiáng)化的機(jī)理。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(guò)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。

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(duì)于管殼式換熱器，換熱管直徑相對(duì)很小，數(shù)量眾多，容易發(fā)生堵塞和結(jié)垢，而且對(duì)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。在支撐板附近，流體流速變大，形成射流，并且由于支撐板阻擋，在支撐板前面和尾部產(chǎn)生二次流，能有效沖刷管壁，減薄流動(dòng)邊界層，起到強(qiáng)化傳熱作用。綜合油一油管殼式換熱器此特點(diǎn)，本課題著重研究換熱器殼程側(cè)的結(jié)垢。 

根據(jù)大慶油田分公司原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器實(shí)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(zhǎng)度為1 Om。換熱器體積巨大，換熱管直徑與換熱器長(zhǎng)度的比值小，利用CFD前處理軟件對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格處理困難，網(wǎng)格數(shù)量太多，對(duì)計(jì)算機(jī)配置的要求非常高。對(duì)管殼式換熱器強(qiáng)化管外傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬研宄，提出并分析了一種新型的傳熱強(qiáng)化元件——旋流片作為管殼式換熱器管隙間支撐物的傳熱強(qiáng)化機(jī)理。

在換熱器整個(gè)殼程，固體砂子的體積分布整體比較均勻，為了數(shù)值模擬的方便，本課題忽略大粒徑固體砂局部沉積對(duì)其濃度分布的影響，將管殼式換熱器殼程內(nèi)部的結(jié)垢視為均勻結(jié)垢。油油管殼式換熱器運(yùn)行一段時(shí)間后，殼程側(cè)表面會(huì)形成表面污塘層，由以上分析可知，認(rèn)為其為均構(gòu)。隨著污振厚度的增加，換熱器的傳熱系數(shù)降低，這是由于污塘的存在，導(dǎo)致了換熱面的導(dǎo)熱熱阻增加，導(dǎo)熱系數(shù)減小，導(dǎo)致的換熱器傳熱系數(shù)降低，換熱效率減小。

本課題著重研究管殼式換熱器管壁結(jié)據(jù)對(duì)其傳熱性能的影響，且在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，中含砂率很低，所以在換熱器傳熱性能的影響研究中忽略了換熱器內(nèi)液固兩相流的影響，后續(xù)的數(shù)值模擬研宄中采用單相流模擬。對(duì)于單弓形折流板管殼式換熱器不同結(jié)據(jù)厚度的影響分析，鑒于本文所采用的物理模型特征，換熱管當(dāng)量結(jié)坂厚度較小，為保證污據(jù)層網(wǎng)格質(zhì)量，模擬對(duì)計(jì)算機(jī)的要求非常高。而當(dāng)量均拒只為分析結(jié)坂對(duì)換熱器傳熱性能的影響，本課題忽略結(jié)坂對(duì)換熱器內(nèi)部流場(chǎng)的影響，只考慮結(jié)塘對(duì)換熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊憽６?dāng)量均拒只為分析結(jié)坂對(duì)換熱器傳熱性能的影響，本課題忽略結(jié)坂對(duì)換熱器內(nèi)部流場(chǎng)的影響，只考慮結(jié)塘對(duì)換熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊憽?