無論出現(xiàn)哪種列管式油冷卻器故障，都會降低換熱器的換熱效率，影響系統(tǒng)的正常運行。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，已嚴重影響裝置的平穩(wěn)運行。目前，原穩(wěn)站管殼式換熱器運行效果多人為經(jīng)驗判斷，不能及時準確地對運行效果、存在問題進行診斷。因此，換熱器在線檢測技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用是提高粗加工裝置運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，建立換熱器運行傳熱與流動數(shù)學(xué)模型，分析換熱器管壁結(jié)拒及泄漏對換熱器換熱流動特性的影響，并根據(jù)現(xiàn)場運行參數(shù)，對換熱器的換熱性能指標進行算例分析，從而對換熱器設(shè)備檢修與維護提供參考，同時可為油田用管殼式換熱器的改造與設(shè)計提供借鑒思想。隨著結(jié)塘厚度的增加，換熱器管程出口溫度升高，殼程出口溫度降低。

換熱器管道的缺陷發(fā)生在支撐板附近，已成為鐵磁性換熱管重點監(jiān)測區(qū)域。對換熱管道不同缺陷產(chǎn)生的漏磁信號進行了二維模擬，考慮了靜態(tài)時的支撐板處缺陷深度、缺陷寬度、換熱器管道壁厚、檢測儀器低速運動，以及缺陷相對于支撐板處在不同的位置對檢測儀器輸出信號的影響，給出了漏磁場磁感強度隨以上參數(shù)變化的曲線。對同軸徑向熱管換熱器殼程進行模擬計算，分析煙，速度、溫度及局部對流換熱系數(shù)沿殼程的變化規(guī)律，并尋求換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化值。列管式油冷卻器采用有限體積法計算模擬流動傳熱過程的基本理論和方法，揭示了三葉孔板換熱器殼側(cè)傳熱強化的物理機制，數(shù)值模擬還表明在本次研究范圍之內(nèi)，改變?nèi)~孔板板距對殼側(cè)強化傳熱速率影響不明顯，但對流動阻力和綜合性能的影響較大。

得到徑向熱管換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)：橫向管距為縱向管距為翅片高度不應(yīng)高于，翅片間距為。對單弓形折流板式換熱器的結(jié)構(gòu)進行合理簡化，利用參數(shù)化建模方法建立了管殼式換熱器的參數(shù)化模型，將定壁溫假設(shè)方法與同時考慮殼程和管程流體的兩流程禍合計算方法的模擬結(jié)果進行對比，結(jié)果表明：同時考慮殼側(cè)和管側(cè)流體流動與傳熱，更有助于揭示換熱器局部溫度場變化的實際情況，模擬結(jié)果與實際情況吻合較好，能夠為管殼式換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計提供更好的參考依據(jù)。大慶油田擁有大量的管殼式換熱器，其性能直接影響的處理過程和油田節(jié)能減排的落實程度，而隨著含水率增加，換熱器結(jié)據(jù)率明顯，易造成其壁面的結(jié)塘甚至堵塞，并且由于污拒會對換熱器材料腐蝕，容易導(dǎo)致壁面穿孔造成物料泄漏和損失，甚至產(chǎn)生隱患。

單弓形折流板管殼式換熱器物理模型復(fù)雜，因此選用適應(yīng)性強的正四面體和金字塔形非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，使用GAMBIT劃分網(wǎng)格。網(wǎng)格的數(shù)量直接決定了計算速度和精度。網(wǎng)格過少，將不到流場的流動特性;網(wǎng)格過多，一方面會嚴重消耗計算機資源，另一方面大量的數(shù)值耗散積累會影響計算結(jié)果的正確性。所以進行網(wǎng)格的獨立性驗證時十分必要的。以一個單弓形折流板管殼式換熱器模型為例進行網(wǎng)格獨立性驗證。共三套網(wǎng)格:換熱器整體均為四面體，終網(wǎng)格數(shù)量為1,521,014個;殼程為四面體網(wǎng)格，管程及殼程進出口管為六面體網(wǎng)格，終網(wǎng)格數(shù)量為I ,952,621個;由面到體依次畫網(wǎng)格，終網(wǎng)格數(shù)量為2,175,849個。后面兩套網(wǎng)格計算結(jié)果相差小于60%綜合考慮計算精度與計算花費，選取第二套網(wǎng)格:終網(wǎng)格數(shù)量為1,952,621個。一種管殼式換熱器殼程單相流動和傳熱的三維模擬方法，用體積多孔度、表面滲透度、分布阻力和分布熱源來考慮殼程復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)造成的流道縮小和流動阻力、傳熱效應(yīng)，通過數(shù)值求解平均的流體質(zhì)量、動量、能量守恒方程，得到殼程流動和換熱的分布。

在換熱器整個殼程，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行一段時間后，殼程側(cè)表面會形成表面污塘層，由以上分析可知，認為其為均構(gòu)。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。

本課題著重研究管殼式換熱器管壁結(jié)據(jù)對其傳熱性能的影響，且在實際生產(chǎn)過程中，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，模擬對計算機的要求非常高。而當(dāng)量均拒只為分析結(jié)坂對換熱器傳熱性能的影響，本課題忽略結(jié)坂對換熱器內(nèi)部流場的影響，只考慮結(jié)塘對換熱面?zhèn)鳠嵝阅艿挠绊?。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)。