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。建立了一種復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型，用于預(yù)測套管式換熱器內(nèi)流體的流動及傳熱特性的數(shù)學(xué)模型，包括計算流體力學(xué)模型和計算傳熱學(xué)模型。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。

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。由于受到檢修周期及有效檢測手段的限制，換熱器在運行過程缺乏對運行狀態(tài)的準(zhǔn)確把握，換熱器不良運行狀態(tài)以及運行故障主要有以下幾種情況：壓降增大：造成原因主要包括：介質(zhì)不潔凈或顆粒雜物太多，使板片或管束結(jié)塘或流道堵塞。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)。

基于進出口動態(tài)參數(shù)的管殼式換熱器內(nèi)部故障診斷預(yù)測研究。      

(1)基于進出口動態(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價模型，給出評價模型的求解方式;    

(2)基于分公司某大隊管殼式換熱器運行過程中的進出口動態(tài)參數(shù)，分析換熱器內(nèi)部運行狀況，利用管殼式換熱器結(jié)垢和泄漏的理論預(yù)測模型進吝分析，給出預(yù)測模型應(yīng)用誤差。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、存在問題進行診斷。    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，對計算機配置要求較高，采用CFD前處理軟件很難對現(xiàn)場實際模型進行網(wǎng)格劃分，為便于研究分析，本課題在研究的過程中，對現(xiàn)場實際換熱器進行模型簡化處理。    

本文主要研究管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規(guī)律?？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?？紤]管壁污垢傳熱的影響，將污垢當(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、混合模型的動量方程、第二相的體積分?jǐn)?shù)方程、相對(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，基于交錯網(wǎng)格的SIMPLE算法解決速度壓力藕合問題，研究中砂對換熱器殼程流場的影響，并分析結(jié)垢厚度對管殼式換熱器管程、殼程出口溫度和傳熱系數(shù)等參數(shù)的影響。

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。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換熱器進行清洗、堵漏作業(yè)，但目前尚無有效手段快速地評價換熱器的結(jié)塘和泄漏情況，導(dǎo)致需要針對每一臺換熱器進行處理，造成管理成本的增加。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。

管殼式換熱器運行過程中的速度矢量分布，在換熱器運行過程中，換熱器殼程入口段的速度矢量值在0.5m/s;順著折流板走向，換熱器殼程內(nèi)砂的速度矢量值相比較大，在I m/s至1.4m/s之問變化，在折流板!幾方的砂速度;在折流板逆向換熱器殼程內(nèi)介質(zhì)流動方向的背部，固體砂的速度矢暈值，人約為0.1m/s這是由T一折流板的阻擋作川，降低一r砂的速度當(dāng)砂粒徑較大，質(zhì)較大時，砂容易在速度降低區(qū)域形成砂分沉積。在實驗基礎(chǔ)上，采用周期性單元流道模型數(shù)值模擬了旋流片產(chǎn)生的衰減性自旋流的流動和傳熱特性，并采用分段綜合因子分析了傳熱強化的機理。砂粒徑0.2mm時，管殼式換熱器模擬運行達(dá)到穩(wěn)定的情沉下，換熱器殼程內(nèi)沿?fù)Q熱器管民方向各個截而的砂體積分情況。山于此時管殼式換熱器殼程內(nèi)部流通介質(zhì)含的砂粒徑非常小，為0.2mm的流動能很好的帶動砂流動，導(dǎo)致?lián)Q熱器整個砂的體積分布較均勻，整個殼程的含砂量都較小，接近入2類石油。