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。對(duì)用于火力發(fā)電廠的換熱器，換熱溫度通常提供高于8000C，為了滿足這一條件，熱交換器應(yīng)該選區(qū)特殊的材料一一陶瓷，MonteiroDB等人門用CFD模擬來(lái)評(píng)估雷諾數(shù)在500到1500之間時(shí)傳熱因子和摩擦因子，比較了模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。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。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。

建立了一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，用于預(yù)測(cè)套管式換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)及傳熱特性的數(shù)學(xué)模型，包括計(jì)算流體力學(xué)模型和計(jì)算傳熱學(xué)模型。以實(shí)驗(yàn)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(cè)模型，對(duì)篩選出的160組數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，與BP網(wǎng)絡(luò)相比，該網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)污垢熱阻的收斂速度和精度都優(yōu)于BP網(wǎng)絡(luò)。其中，計(jì)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(lái)求解，而不是利用通常采用的數(shù)假設(shè)值或?qū)嶒?yàn)測(cè)定值來(lái)求解。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。對(duì)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(jì)溫度之間的誤差，評(píng)價(jià)換熱器的換熱性能。對(duì)換熱器殼側(cè)的速度場(chǎng)進(jìn)行研究，分析換熱器的結(jié)構(gòu)對(duì)自然循環(huán)的影響，并提出相關(guān)的意見對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化分析。

基于進(jìn)出口動(dòng)態(tài)參數(shù)的管殼式換熱器內(nèi)部故障診斷預(yù)測(cè)研究。      

(1)基于進(jìn)出口動(dòng)態(tài)參數(shù)，建立管殼式換熱器結(jié)垢厚度和泄漏量的理論評(píng)價(jià)模型，給出評(píng)價(jià)模型的求解方式;    

(2)基于分公司某大隊(duì)管殼式換熱器運(yùn)行過(guò)程中的進(jìn)出口動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析換熱器內(nèi)部運(yùn)行狀況，利用管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測(cè)模型進(jìn)吝分析，給出預(yù)測(cè)模型應(yīng)用誤差。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(qiáng)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。    油田原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸大，采用數(shù)值模擬研究時(shí)，對(duì)計(jì)算機(jī)配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，為便于研究分析，本課題在研究的過(guò)程中，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際換熱器進(jìn)行模型簡(jiǎn)化處理。    

本文主要研究管壁污垢對(duì)管殼式換熱器流動(dòng)傳熱性能的影響規(guī)律。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)?？紤]管壁污垢?jìng)鳠岬挠绊?，將污垢?dāng)量到管殼式換熱器的換熱管壁，建立管殼式換熱器的三維流動(dòng)傳熱模型。在此基礎(chǔ)上，建立了管殼式換熱器內(nèi)兩相流(油一砂)數(shù)學(xué)模型一混合模型，包括質(zhì)量守恒方程、混合模型的動(dòng)量方程、第二相的體積分?jǐn)?shù)方程、相對(duì)(滑流)速度和漂移速度方程，采用有限體積法離散模型，使用穩(wěn)態(tài)、隱式、分離式求解器，基于交錯(cuò)網(wǎng)格的SIMPLE算法解決速度壓力藕合問(wèn)題，研究中砂對(duì)換熱器殼程流場(chǎng)的影響，并分析結(jié)垢厚度對(duì)管殼式換熱器管程、殼程出口溫度和傳熱系數(shù)等參數(shù)的影響。