固定管板式换热器在现代工业领域有着广泛的应用,因为此类换热器结构相对稳定、可靠性更强,也更易于操作,当然由于一系列的原因,致使此类换热器使用寿命缩短的现象也屡见不鲜,影响其使用寿命的原因主要来源于两个方面:1,换热器工作过程中因管、壳程发生热交换而导致的热应力;2,因壳程流体流动而造成的振动破坏。正是因为以上现象的存在,使得换热器寿命缩短,因此,针对实际工况下换热器失效、疲劳等的研究,对于提高换热器使用寿命减少经济成本来说,迫在眉睫且极具意义。本文研究对象为某石化公司固定管板式盐水—粗丙醇换热器,并针对以上两方面的问题,采用相应方法进行了针对性的研究。1.针对热交换引起的热应力破坏:运用热流固耦合的方法,采用Fluent软件对换热器内管、壳程流场特性进行了数值模拟,并将得到的压力、温度数据通过耦合面传递至结构分析之中,并作为载荷施加在换热器模型上,从而得到换热器不同载荷下的应力分析结果,并将其与换热器破坏位置相比较,得出了温度载荷所造成的应力破坏要比压力载荷所造成的应力破坏大的结论,且温度载荷所造成的应力集中与实际中换热器疲劳失效位置吻合,验证了模拟方法的合理性,且从热应力破坏的角度为换热器的延寿提供了理论依据。2.本文还以管束的漩涡脱落为基础,通过两种方法对漩涡脱落模式下换热管束的应力状态进行了分析。首先,通过振动模态分析进一步对换热管束的振动进行了研究,根据壳程流场模拟结果,结合换热管所受约束的不同之处,将换热管分为三类,分别进行研究,结果表明A类和C类管容易受到漩涡脱落的影响,从而发生共振现象,此两类管应力容易达到疲劳极限并发生破坏。再之,对换热管束进行了圆柱绕流的模拟,并在此基础上对流场中单管进行双向耦合应力分析,将结果与上一步分析中的结果对比,而且差别较小,验证了两种分析结果的准确性的同时也证明了两种研究方法的可行性,并从管束流致振动破坏的角度为换热器延寿工作提供理论依据。以上分析表明,该类型换热器失效的主要原因是由热交换引起的热应力和流体诱导下的管束振动,且通过这方面的研究,为换热器的延寿工作提供了理论依据。