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?？焖儆行ёR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。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。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。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，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)場試驗方法進行了研宄。

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。對上述提到的三維數(shù)值模擬方法也有過類似的研究。   實驗方法研究了空氣在具有3種不同管徑19,25. 32mm的波紋管內(nèi)的流動與換熱特性。4mm，故在殼程折流板根部有少量砂沉積，但沉積區(qū)占整個殼程的體積分數(shù)低于5%。管外壁采用電加熱，來模擬均勻熱流條件，測得了不同工況下各種管徑的平均對流換熱系數(shù)和阻力系數(shù)，擬合出了所測的參數(shù)范圍內(nèi)的阻力和換熱實驗關(guān)聯(lián)式，并比較了相同管徑的波紋管和光管的換熱效果。

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。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。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。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。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。本次研究選用沙子粒徑為0.2mm和0.4tn m，沙子的體積分數(shù)選為10%，殼程進口流速為0.7m/s，對管殼式換熱器的殼程流場進行數(shù)值模擬。砂子體積分布的位置選取結(jié)果為沿換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。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。