管殼式冷凝器常用指南「譽金機械」

管殼式換熱器作為重要的換熱設備，在石油化工生產領域廣泛應用，其換熱性能對這些領域的工藝流程影響較大。目前，油田三次采油中大量應用新型聚合物，導致管殼式換熱器結垢明顯增多，造成換熱熱阻增加、換熱性能降低；并且，污垢中腐蝕性介質腐蝕金屬管壁，導致其穿孔，即形成管殼式換熱器泄漏、致使物料污染。由于此模型的物理過程存在相變，導致模擬變得更加復雜，因而計算中采用了簡單的各向同性假設和一方程模型，并將其與試驗結果進行對比，結果吻合較好。快速有效識別管殼式換熱器結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，而管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性是開發相關技術的關鍵所在。獲取管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性，對基于熱工參數檢測管殼式換熱器的結垢和泄漏的相關技術發展具有重要意義。本文以管殼式換熱器結垢和泄漏的傳熱特性為研宄目標，對管殼式換熱器結垢及泄漏模型、求解方法，管殼式換熱器結垢及泄漏預測模型，現場試驗方法進行了研宄。

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。共三套網格:換熱器整體均為四面體，終網格數量為1,521,014個。

管殼式冷凝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。后面兩套網格計算結果相差小于60%綜合考慮計算精度與計算花費，選取第二套網格:終網格數量為1,952,621個。

管殼式冷凝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。在本課題中，根據大慶油田分公司產量，原穩站管殼式換熱器殼程入口速度在之間，根據物性和模型尺寸，計算得出換熱器殼程的雷諾數之間，所以換熱器殼程內部流動為層流，多相流模型選為混合模型，混合物模型可用于兩相流或多相流（流體或顆粒）。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。