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。快速有效識別管殼式換熱器結(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發(fā)相關(guān)技術(shù)的關(guān)鍵所在。當(dāng)換熱器傳熱進(jìn)行一段時間后換熱器內(nèi)的殼側(cè)溫度會達(dá)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。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。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)測模型，現(xiàn)場試驗方法進(jìn)行了研宄。

建立了一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，用于預(yù)測套管式換熱器內(nèi)流體的流動及傳熱特性的數(shù)學(xué)模型，包括計算流體力學(xué)模型和計算傳熱學(xué)模型。其中，計算傳熱學(xué)模型中的瑞流擴(kuò)散系數(shù)是利用溫度方差和溫度方差耗散率來求解，而不是利用通常采用的數(shù)假設(shè)值或?qū)嶒灉y定值來求解。分析換熱器的物理模型，對模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，分別對換熱器的管側(cè)和殼側(cè)的溫度場進(jìn)行分析，研宄傳熱管束內(nèi)部的傳熱過程，同時分析換熱器殼側(cè)不同位置處的換熱情況。在實驗基礎(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。對換熱器的出口平均溫度進(jìn)行分析，分析出口平均溫度與設(shè)計溫度之間的誤差，評價換熱器的換熱性能。對換熱器殼側(cè)的速度場進(jìn)行研究，分析換熱器的結(jié)構(gòu)對自然循環(huán)的影響，并提出相關(guān)的意見對換熱器進(jìn)行優(yōu)化分析。

國內(nèi)外己有的研究，對于管殼式換熱器內(nèi)漏問題的數(shù)值模擬研究相對較少。通過對換熱器工況進(jìn)行模擬計算，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)上提出了通過分析換熱器管程和殼程溫度變化來判斷換熱器泄漏及泄漏程度的方法。四種針對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)的檢漏方法具有簡便、快捷、費用低等優(yōu)點，對貫穿性缺陷的焊縫檢查速度快，效果好。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(luò)的污垢預(yù)測模型，對篩選出的160組數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，與BP網(wǎng)絡(luò)相比，該網(wǎng)絡(luò)預(yù)測污垢熱阻的收斂速度和精度都優(yōu)于BP網(wǎng)絡(luò)。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、水流速度過低以及垢下腐蝕等并終導(dǎo)致泄漏。并針對各導(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，并提出了針對換熱器不同泄漏介質(zhì)的性質(zhì)來確定檢漏方法。2mm的流動能很好的帶動砂流動，導(dǎo)致?lián)Q熱器整個砂的體積分布較均勻，整個殼程的含砂量都較小，接近入2類石油。國內(nèi)外己有的研究，對于管殼式換熱器內(nèi)漏問題的數(shù)值模擬研究相對較少。

換熱器內(nèi)砂沉積對結(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，對管殼式換熱器殼程流場進(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，沙子的粒徑根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)大約在0.2mm-O.}mm之間。采用多孔介質(zhì)模型，對電廠蒸汽冷凝器的工作特性進(jìn)行了數(shù)值模擬計算。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，對管殼式換熱器的殼程流場進(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熱器管長方向的四個截面，其中，z=-0.7n:為管殼式換熱器殼程出I:l處的一個截而，z二一0.39m與z=0.016m為靠近管殼式換熱器折流板的一個截面，z=0.7m為管殼式換熱器殼程入I-I處的一個截面。