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管壳式换热器作为重要的换热设备，在石油化工生产领域广泛应用，其换热性能对这些领域的工艺流程影响较大。目前，油田三次采油中大量应用新型聚合物，导致管壳式换热器结垢明显增多，造成换热热阻增加、换热性能降低；四种针对换热器焊缝泄漏的检漏技术，分别为:碳黑一煤油渗透法、荧光检验法、着色探伤法、石灰一煤油渗透法，相比较而言，碳黑一煤油渗透法比传统的检漏方法具有简便、快捷、费用低等优点，对贯穿性缺陷的焊缝检查速度快，效果好。并且，污垢中腐蚀性介质腐蚀金属管壁，导致其穿孔，即形成管壳式换热器泄漏、致使物料污染。快速有效识别管壳式换热器结垢和泄漏故障是缩短维修周期、降低更换换热管件的基本保障，而管壳式换热器结垢和泄漏的传热特性是开发相关技术的关键所在。获取管壳式换热器结垢和泄漏的传热特性，对基于热工参数检测管壳式换热器的结垢和泄漏的相关技术发展具有重要意义。本文以管壳式换热器结垢和泄漏的传热特性为研宄目标，对管壳式换热器结垢及泄漏模型、求解方法，管壳式换热器结垢及泄漏预测模型，现场试验方法进行了研宄。

换热器是油田化工和其他许多工业部门广泛应用的一种通用工艺设备，其中管壳式换热器在石油化工行业中应用尤为广泛。而管壳式换热器成本较高，其热工性能决定着后期运行成本。为此，国内外众多学者对其流动传热进行了大量的研究。大庆油田拥有大量的管壳式换热器，其性能直接影响的处理过程和油田节能减排的落实程度，而随着含水率增加，换热器结据率明显，易造成其壁面的结塘甚至堵塞，并且由于污拒会对换热器材料腐蚀，容易导致壁面穿孔造成物料泄漏和损失，甚至产生隐患。为消除换热器结据和泄漏造成的损失，油田管理部门每年都对换热器进行清洗、堵漏作业，但目前尚无有效手段快速地评价换热器的结塘和泄漏情况，导致需要针对每一台换热器进行处理，造成管理成本的增加。而管壳式换热器的流动传热特性是评价其结塘、池漏的关键，也是进行有效预测的前提条件。对管壳式换热器强化管外传热进行了数值模拟研宄，提出并分析了一种新型的传热强化元件——旋流片作为管壳式换热器管隙间支撑物的传热强化机理。

誉金机械运用CFD数值模拟方法，借助FLUENT数值模拟软件对管壳式换热器的三维模型进行模拟，通过对换热器结垢和泄漏时的速度场、温度场等分析，得出泄漏和结垢对换热器流动传热性能的影响，为下一步利用热工参数评价换热器结垢和泄漏提供理论依据。后面两套网格计算结果相差小于60%综合考虑计算精度与计算花费，选取第二套网格:终网格数量为1,952,621个。主要内容如下:

1.管壁污垢对管壳式换热器流动传热性能的影响规律研究。

(1)考虑管壁污垢传热的影响，建立管壳式换热器的三维流动传热模型;

(2)研究油田原稳站用油一油管壳式换热器运行过程中，含砂对换热器壳程流场分布的影响，研究壳程流场内的含砂量分布情况;

(3)研究结垢厚度对管壳式换热器流动传热性能的影响规律。

2.管壳式换热器内部换热面泄漏对换热器流动传热性能的影响规律研究。

(1)建立管壳式换热器换热面泄漏的三维流动传热物理模型:

(2)研究泄漏口尺寸对管壳式换热器流动传热性能的影响规律;

(3)研究泄漏口位置沿换热器管长方向变化对管壳式换热器流动传热性能的影响规律;

(4)研究泄漏口所在换热管沿换热器管径方向变化对管壳式换热器流动传热性能的影响规律;

(5)研究泄漏口数量对管壳式换热器流动传热性能的影响规律。

潍坊誉金机械对原稳站油行山管壳式换热器实体模型进行简化建模，同时兼顾课题研究的准确性和经济性。

(1)建模时保留了折流板，考虑折流板对壳程流体流动和传热的影响。

(2)对于传热管壁和折流板的处理采用了FLUEN丁中的薄壁模型，在后续的边界条件设置时可以设定一个给定的壁厚，这样减少了网格数量。

(3)管束的_l几封头和下封头没有参与整个换热器的传热和流动，不影响数值计算的结果，因此在建模时将上封头和下封头进行简化处理。 在对换热器结构进行建模时，考虑换热器入日和出口部分对于一换热器壳程整体流动特性的影响。由于单弓形折流板管壳式换热器是复杂几何体，网格划分需要采用分块划分的方法，将整个模型划分成入口段、出口段和壳程三部分，进行网格划分。网格为非结构化网格，采用划分的四面体和金字塔网格。砂子体积分布的位置选取结果为沿换热器管长方向的四个截面，其中，z=-0。