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本課題主要研究原穩站用油油管殼式換熱器的三維數值模擬，換熱器以含砂作為內部換熱介質，考慮換熱面結垢和泄漏的影響，建立管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱模型，借助軟件對換熱器溫度場、流場分布進行模擬，分析結垢厚度、泄漏口尺寸、泄漏口位置、泄漏口數量對換熱器傳熱性能的影響，創新點如下：基于流體力學和傳熱學的流動和傳熱基本公式，建立了管殼式換熱器結垢和泄漏的理論預測數學模型，運用此模型解決了管殼式換熱器結垢及泄漏的理論預測分析。

換熱器主要研究內容包括以下三部分：管壁污垢對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律研宄；換熱面泄漏對管殼式換熱器流動傳熱性能的影響規律研究；基于管殼式換熱器進出口動態參數一溫度、壓力等，對管殼式換熱器內部故障進行診斷評價研宄。本課題結合大慶油田分公司某大隊原穩站用管殼式換熱器的運行特點，針對含砂油含砂油換熱器這一特殊介質，借助軟件，在充分利用已有基本理論和研宄成果的基礎上，對管殼式換熱器結垢和泄漏進行了流動傳熱的數值模擬，分析結垢和泄漏對換熱器流動傳熱性響，研宄結論對利用換熱器熱工參數檢測管壁結垢和泄漏具有一定的理論用。

換熱器作為油氣礦場初加工裝置主要的傳熱設備，換熱器運行情況的好壞，直接影響裝置的運行效率。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的準確把握，換熱器不良運行狀態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：介質不潔凈或顆粒雜物太多，使板片或管束結塘或流道堵塞；受存在的非凝聚氣體影響；此外還和流體的流動速度有關，介質粘性越強、循環（流動）越慢，則壓降越大。介質內漏：換熱設備內的兩種介質由于某種原因造成高壓側介質向低壓側滲漏。換熱器由于處于受壓力、介質腐燭性、流動磨燭，尤其是固定管板換熱器，還有溫差應力，管板與換熱管連接處極易泄漏，導致換熱器內漏。還有很多管殼式和板式換熱器經常發生滲漏，尤其是介質為循環水或水和高溫油類的碳鋼換熱器，泄漏頻繁，給生產帶來極大的安全隱患。泄漏：造成此原因多為密封塾片老化或者密封墊片材質選用不適，也可能是各夾緊螺桿的螺母松脫以及一些腐蝕性、氧化性很強旳物料長時間沖刷所至。結據：由于換熱器長期使用，在熱交換表面形成一定厚度的污塘或水據，增大了熱阻，從而降低了換熱器的傳熱效率。

換熱器采用有限體積法計算模擬流動傳熱過程的基本理論和方法，揭示了三葉孔板換熱器殼側傳熱強化的物理機制，數值模擬還表明在本次研究范圍之內，改變三葉孔板板距對殼側強化傳熱速率影響不明顯，但對流動阻力和綜合性能的影響較大。瑞流模型對殼程流體流動與傳熱進行了數值研究，分析了三葉孔板換熱器殼程流動與傳熱特性。流經塊支撐板后，流體已充分發展，并且隨著殼程結構周期性變化，傳熱與壓降也呈現周期性變化。在支撐板附近，流體流速變大，形成射流，并且由于支撐板阻擋，在支撐板前面和尾部產生二次流，能有效沖刷管壁，減薄流動邊界層，起到強化傳熱作用。