本課題主要研究原穩(wěn)站用油油管殼式換熱器的三維數(shù)值模擬，換熱器以含砂作為內(nèi)部換熱介質(zhì)，考慮換熱面結(jié)垢和泄漏的影響，建立管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的傳熱模型，借助軟件對(duì)換熱器溫度場(chǎng)、流場(chǎng)分布進(jìn)行模擬，分析結(jié)垢厚度、泄漏口尺寸、泄漏口位置、泄漏口數(shù)量對(duì)換熱器傳熱性能的影響，創(chuàng)新點(diǎn)如下：基于流體力學(xué)和傳熱學(xué)的流動(dòng)和傳熱基本公式，建立了管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用此模型解決了管殼式換熱器結(jié)垢及泄漏的理論預(yù)測(cè)分析。由于此模型的物理過(guò)程存在相變，導(dǎo)致模擬變得更加復(fù)雜，因而計(jì)算中采用了簡(jiǎn)單的各向同性假設(shè)和一方程模型，并將其與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果吻合較好。

不銹鋼冷凝器主要研究?jī)?nèi)容包括以下三部分：管壁污垢對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律研宄；換熱面泄漏對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律研究；基于管殼式換熱器進(jìn)出口動(dòng)態(tài)參數(shù)一溫度、壓力等，對(duì)管殼式換熱器內(nèi)部故障進(jìn)行診斷評(píng)價(jià)研宄。后面兩套網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果相差小于60%綜合考慮計(jì)算精度與計(jì)算花費(fèi)，選取第二套網(wǎng)格:終網(wǎng)格數(shù)量為1,952,621個(gè)。本課題結(jié)合大慶油田分公司某大隊(duì)原穩(wěn)站用管殼式換熱器的運(yùn)行特點(diǎn)，針對(duì)含砂油含砂油換熱器這一特殊介質(zhì)，借助軟件，在充分利用已有基本理論和研宄成果的基礎(chǔ)上，對(duì)管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏進(jìn)行了流動(dòng)傳熱的數(shù)值模擬，分析結(jié)垢和泄漏對(duì)換熱器流動(dòng)傳熱性響，研宄結(jié)論對(duì)利用換熱器熱工參數(shù)檢測(cè)管壁結(jié)垢和泄漏具有一定的理論用。

換熱器是油田化工和其他許多工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用工藝設(shè)備，其中管殼式換熱器在石油化工行業(yè)中應(yīng)用尤為廣泛。而管殼式換熱器成本較高，其熱工性能決定著后期運(yùn)行成本。(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。為此，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者對(duì)其流動(dòng)傳熱進(jìn)行了大量的研究。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(guò)程和油田節(jié)能減排的落實(shí)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(huì)對(duì)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。為消除換熱器結(jié)據(jù)和泄漏造成的損失，油田管理部門每年都對(duì)換熱器進(jìn)行清洗、堵漏作業(yè)，但目前尚無(wú)有效手段快速地評(píng)價(jià)換熱器的結(jié)塘和泄漏情況，導(dǎo)致需要針對(duì)每一臺(tái)換熱器進(jìn)行處理，造成管理成本的增加。而管殼式換熱器的流動(dòng)傳熱特性是評(píng)價(jià)其結(jié)塘、池漏的關(guān)鍵，也是進(jìn)行有效預(yù)測(cè)的前提條件。

對(duì)于管殼式換熱器的流動(dòng)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(duì)管殼式換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了符合實(shí)際的換熱器流動(dòng)傳熱性能;    

(2)通過(guò)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(guò)分析換熱器管程和殼程進(jìn)出口溫度變化來(lái)判斷換熱器是否泄漏的方法;側(cè)重分析其泄漏時(shí)殼程的流體流動(dòng)的流型。     

(3)運(yùn)用熱力學(xué)能耗分析法，分析管殼式換熱器中污垢的厚度對(duì)換熱強(qiáng)度、流動(dòng)壓降及其有效能損失的影響。但是，管殼式換熱器結(jié)垢對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)換熱性能影響的研究相對(duì)較少。    國(guó)內(nèi)外己有的研究，缺乏對(duì)管殼式換熱器管程流體流動(dòng)傳熱的數(shù)值模擬研究，并且在換熱器的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)換熱器當(dāng)前運(yùn)行效果的診斷分析不明確。

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。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。分析換熱器的物理模型，對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，分別對(duì)換熱器的管側(cè)和殼側(cè)的溫度場(chǎng)進(jìn)行分析，研宄傳熱管束內(nèi)部的傳熱過(guò)程，同時(shí)分析換熱器殼側(cè)不同位置處的換熱情況。最終導(dǎo)致?lián)Q熱管程出口溫度升高，殼程出口溫度降低。采用換熱器的傳熱系數(shù)作為換熱器換熱效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)對(duì)比各組結(jié)坂工況的換熱器傳熱性能。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。這說(shuō)明：隨著換熱面結(jié)塘厚度旳增加，換熱器的傳熱性能降低。且隨著結(jié)拒厚度的增加，換熱器傳熱性能的這種降低趨勢(shì)越發(fā)平緩。