随着油田通过大规模注水开采,采出原油含水率增加,污水回收站对油水混合物处理量剧增。油水混合物主要经过污水站中的重力式污水沉降罐进行油水分离,通过收油槽对分离之后的污油进行收集,由于污油粘度大,流动性差,需要伴热盘管对其加热进行采收。长期以来,污水沉降罐内伴热盘管的设计没有很准确或理想的计算公式和方法,导致在外界环境温度较低等情况下极有可能会造成无法收油等情况。并且在伴热盘管投产一段时间后,受换热介质、污油及外力作用等因素均会出现不同程度的损坏、变形、腐蚀穿孔泄露等问题,导致污水站外输水质下降。因此,本文以传热学理论为研究基础,建立污水沉降罐及伴热盘管热分析模型,通过对伴热盘管进口流速、进口温度等因素的分析,确定污水沉降罐内污油温度变化,并分析在改变以上因素对伴热盘管结构应力状态及疲劳寿命的影响,确定伴热盘管在高传热低应力下的运行参数,并进行传热效率和结构计算,在现场可实施条件下改变伴热盘管固定方式,进而提高伴热盘管的运行寿命。具体开展的研究工作如下:（1）污水沉降罐伴热盘管传热特性及结构强度分析。建立了污水沉降罐液位举升过程和收油过程中温度场分析热耦合有限元模型,通过计算得出了以下结论:在液位举升过程中污水沉降罐内温度场分析时得到收油槽底部温度在0°位置达到最高值332.3K,在210°位置达到温度最小值318.7K,并且随着收油槽高度的增加温度逐渐降低。在收油过程中污水沉降罐内温度场分析时收油槽底部温度范围为317.6K～330.7K;其次是建立了伴热盘管结构耦合模型,根据伴热盘管在污水沉降罐内的固定方式及所受载荷,确定了伴热盘管的受力状态及边界条件进行计算得到以下结论:伴热盘管在第五圈盘管与出水汇管连接处达到最大应力值,数值为431MPa,对各圈盘管进行强度校核结果均符合强度要求。对伴热盘管最大应力点进行疲劳寿命分析得到疲劳寿命次数为18900次。（2）污水沉降罐伴热盘管传热特性的影响分析。通过对污水沉降罐运行参数、外界环境等因素进行计算。结果表明:进口温度由52℃升高至62℃时收油槽下端温度升高了5.89℃～9.1℃。在改变伴热盘管进口流速以后,第五圈和第六圈盘管温度升高幅度较大。在外界环境温度由-24℃升高到24℃时收油槽低端温度升高了0.6℃～5.1℃。在增加保温层厚度之后,沉降罐180°位置处的污油温度升高了10.7℃～23.7℃。改变管径之后收油槽底部温度增加了5℃～6.7℃。（3）污水沉降罐伴热盘管结构应力与疲劳寿命影响分析。对污水沉降罐运行参数、外界环境等因素进行强度分析与疲劳寿命计算后得到如下结论:在降低伴热盘管进口温度以后,伴热盘管最大应力数值会有所下降,疲劳寿命次数会有所增加。在增加进口流量以后,伴热盘管的最大应力数值变化较小,在进口流速为3m/s和2m/s分别对应的疲劳寿命次数为18830次和18960次。在外界环境温度由0℃增加至24℃以后伴热盘管的应力数值略有增加,疲劳寿命次数由19180次减小到19040次。在增加保温层之后伴热盘管的最大应力数值减小,疲劳寿命次数为19200次与无保温层的18900次相比会有增加。在改变管径以后伴热盘管最大应力有所增加,经过疲劳计算后得到管径为60mm和89mm的疲劳寿命次数分别为18850次和18480次。（4）基于高传热低应力的污水沉降罐伴热盘管结构改进。根据优选出的最优运行参数及伴热盘管结构尺寸,进行伴热盘管改进后传热效率分析得到:在优化以后罐壁处污油温度明显升高,此外收油槽下端温度也升高了0.5℃～6.5℃。同时根据改进后参数进行伴热盘管低应力的改进分析,通过改变固定方式得到:伴热盘管应力从435.7MPa降低到311.9MPa,疲劳寿命次数由18990次增加至34550次。本文通过对污水沉降罐运行参数等因素进行计算,并分析伴热盘管的传热效率以及结构应力状态和疲劳寿命后提出如下建议:首先是伴热盘管可以在满足条件的情况下提高进口流速,进口温度和增加污水沉降罐的保温层,在满足生产的前提下对第四和第五圈伴热盘管环向转动进行限制,通过以上方法可以有效增加污水沉降罐的收油效率并且增加伴热盘管使用寿命。