無論出現(xiàn)哪種冷凝器制造廠家故障，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(yán)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(zhǔn)確地對運行效果、存在問題進(jìn)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(biāo)進(jìn)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。換熱器體積巨大，換熱管直徑與換熱器長度的比值小，利用CFD前處理軟件對其進(jìn)行網(wǎng)格處理困難，網(wǎng)格數(shù)量太多，對計算機配置的要求非常高。

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(jìn)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(jìn)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。Ozkaya和Aradag等人[4]利用CFD軟件數(shù)值模擬研究了V字形密封板式換熱器的流動傳熱特性，模擬不同進(jìn)出口溫度和質(zhì)量流率的工況，得到了換熱器冷端和熱端的出口溫度和壓降，基于實驗數(shù)據(jù)，分析了不同努塞爾數(shù)和摩擦系數(shù)的相關(guān)性。

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(jìn)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(jìn)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)。采用計算流體軟件對連續(xù)型螺旋折流板換熱器的流動傳熱特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，對連續(xù)型螺旋折流板換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化分析研究。

用TS模型和多模型組合預(yù)測冷凝器污垢。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)。早在上世紀(jì)六十年代就有學(xué)者首先提出污垢熱阻隨時間的變化是沉積率與剝蝕率之差這一結(jié)垢模型，將污垢熱阻隨時間的變化關(guān)系歸納為線性污垢模型、冪律污垢模型、降律污垢模型、漸近污垢增長模型，而且己有基于上述方法制成的儀器儀表，對污垢清洗具有重要的指導(dǎo)作用。但是，管殼式換熱器結(jié)垢對其內(nèi)部流動換熱性能影響的研究相對較少。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。

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(yán)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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。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?jǐn)?shù)低于5%。