




国内外己有的研究,对于管壳式换热器内漏问题的数值模拟研究相对较少。通过对换热器工况进行模拟计算,分析了泄漏情况下换热器温度参数的变化情况,在此基础上提出了通过分析换热器管程和壳程温度变化来判断换热器泄漏及泄漏程度的方法。对换热器壳侧的速度场进行研究,分析换热器的结构对自然循环的影响,并提出相关的意见对换热器进行优化分析。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。系统中的热媒/水换热器容易出现水质不合格、操作不当而引起管道水击、水流速度过低以及垢下腐蚀等并终导致泄漏。并针对各导致泄漏的原因给出了相应的解决措施。
西安交通大学采用逐步放开流路的方法,应用空气一水两相混合物研究了泄漏与旁路对壳侧流型及流型转变特性的影响。分析了换热器内部不同介质泄漏的判断方法,并提出了针对换热器不同泄漏介质的性质来确定检漏方法。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。国内外己有的研究,对于管壳式换热器内漏问题的数值模拟研究相对较少。
采用的模型为大庆油田***原稳站生产用油一油管壳式换热器,内部流通介质为,内部含有细沙等杂质,这些杂质也是导致换热器内部结垢的主要因素。对于管壳式换热器,换热管直径相对很小,数量众多,容易发生堵塞和结垢,而且对换热管的清洗和更换十分困难,管壳式换热器管程内部的流通介质为比较清洁的流体。(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。综合油一油管壳式换热器此特点,本课题着重研究换热器壳程侧的结垢。
根据大庆油田***原稳站油一油管壳式换热器实体结构尺寸,该换热器内部结构极为复杂,折流板、换热管数量众多,换热管直径0.032m,壳程直径1.4m,换热器长度为1 Om。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。换热器体积巨大,换热管直径与换热器长度的比值小,利用CFD前处理软件对其进行网格处理困难,网格数量太多,对计算机配置的要求非常高。
在换热器整个壳程,固体砂子的体积分布整体比较均匀,为了数值模拟的方便,本课题忽略大粒径固体砂局部沉积对其浓度分布的影响,将管壳式换热器壳程内部的结垢视为均匀结垢。以实验装置中的3处壁温、污管的出入口温度、污管中流体的流速和污管热阻为输入,建立基于径向基***网络的污垢预测模型,对筛选出的160组数据进行预测,与BP网络相比,该网络预测污垢热阻的收敛速度和精度都优于BP网络。油油管壳式换热器运行一段时间后,壳程侧表面会形成表面污塘层,由以上分析可知,认为其为均构。
本课题着重研究管壳式换热器管壁结据对其传热性能的影响,且在实际生产过程中,中含砂率很低,所以在换热器传热性能的影响研究中忽略了换热器内液固两相流的影响,后续的数值模拟研宄中采用单相流模拟。对于单弓形折流板管壳式换热器不同结据厚度的影响分析,鉴于本文所采用的物理模型特征,换热管当量结坂厚度较小,为保证污据层网格质量,模拟对计算机的要求非常高。由于受到检修周期及有效检测手段的限制,换热器在运行过程缺乏对运行状态的准确把握,换热器不良运行状态以及运行故障主要有以下几种情况:压降增大:造成原因主要包括:介质不洁净或颗粒杂物太多,使板片或管束结塘或流道堵塞。而当量均拒只为分析结坂对换热器传热性能的影响,本课题忽略结坂对换热器内部流场的影响,只考虑结塘对换热面传热性能的影响。