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1、htri手册HTRI Xchanger Suite 5. 0HTRI Exchanger 使用手册一、换热器的基础设计知识1. 1换热器的分类1 .按作用原理和实现传热的方式分类(1)混合式换热器；(2)蓄热式换热器；(3)间壁式换热器其中间壁式换热器按传热面的形状和结构分类：(1)管壳式：固定管板式、浮头式、填料函式、U型管式(2)板式：板翅式、平板式、螺旋板式(3)管式：空冷器、套管式、喷淋管式、箱管式 (4)液膜式：升降膜式、括板薄膜 式、离心薄膜式(5)其他型式：板壳式、热管2.按换热器服务类型分类：(1)交换器(Exchanger):在两侧流体间传递热量。(2)冷却器(Chiller
2、)：用制冷剂冷却流体。制冷剂有氨(Ammonia)、乙烯、丙烯、冷 却水(Chilled water)或盐水(brine)。 (3)冷凝器(Condenser)：在此单元中，制程蒸汽 被全部或部分的转化成液体。(4)冷却器(Cooler)：用水或空气冷却，不发生相变化及热 的再利用。(5)加热器(Heater)：增加热函，通常没有相变化，用如Dowtherm或热油作为热媒加 热流体, (6)过热器(Superheater)：高于蒸汽的饱和蒸汽压进行加热。(7)再沸器 (Reboiler)：提供蒸饰潜热至分流塔的底部。-1 -HTRI Xchanger Suite 5.0(8)蒸汽发生器(Ste
3、am generator)(废热锅炉(waste heat boiler)：用产生的蒸 汽带走热流体中的热量。通常为满足制程需要后多余的热量。(9)蒸储器(Vaporizer)：是一种将液体转化为蒸汽的交换器，通常限于除水以外的液 体。(10)脱水器(Evaporator)：将水蒸气浓缩为水溶液通过蒸发部分水分以浓缩水溶液。 1. 2换热器类型？管壳式换热器(Shell and Tube Exchanger)：主要应用的有浮头式和固定管板式两种。一应用：工艺条件允许时，优先选用固定管板式，但下述两种情况使用浮头式：a)壳体和管子的温度差超过30度，或者冷流体进口和热流体进口温度差超过110度;
4、 b)容易使管子腐蚀或者在壳程中容易结垢的介质。一命名是以TEMA的原则命名；一壳侧类型(对压降和热传递产生重要影响)：E一程数为1,最常用；F一程数为2,需用纵向挡板分流壳侧流体。为避免折流板太厚，壳侧设计压力低于 lOpsi,最好小于等于5psi (0. 35Kg/cm2G),设计温度小于180；压降较大，为E壳程的8倍。G分裂流，折流板在中间，把流体分为两股；HDouble split Flow双分裂流J-*Divided flow分流，一进二出，无折流板，应用于冷凝过程中用来降低压降， 压降值是E型的1/8： K-Kettle Reboiler再沸器，一般是热虹吸，常用于蒸发壳侧中 所
5、填充的液体，一般汽化率大于50100也通常液体的高液位要浸没过换热管，需有液位控制：X-Cross Flow交叉流，要求壳侧压降和流速非常低，因此可降低换热管振动的可能 性，但流量分布不均匀(在壳侧入口处)是最大的一个问题。1. 3换热器壳型及封头选取小结(1)E型及F型可选折流板形式最多，流道最长，最适用于单相流体：当换热器内发生 温度交叉，需要两台或两台以上的多管程换热器串联才能满足要求时，为减少串联换热器的台数，可选择“F”型；(2)G型及H型多适用有相变流体，多用于卧式热虹吸再沸器或冷凝器；并建议设OZ 纵向隔板，有利于防止轻组分飞溅、排除不凝气、流体均布、加强混合：(3)G型(分流)
6、壳体较F型壳体更受欢迎，因为G型温度校正因子与F型相当，但 壳程压降比F型小很多；若压降还不能满足，可考虑H型:(4)X型壳体压降最小，适用了气体加热、冷却和真空冷凝。一封头选择(前封头的类型对压降和热传递没有影响，但后封头的型式会对压降和热 传递产生影响)：(1)通常选择型作为前封头；- 2 -HTRI Xchanger Suite 5. 0(2)对于水冷却器，当管侧需要定期清洗，旦管侧设计压力小于lObar (g)时，前封 头可选择“A”型；(3)对于固定管板式，宜选择“M”型作为后封头：这种换热器类型 应用于无需对壳程进行机械清洗及检查但可用化学清洗的情况；(4)对于浮头式，应选择“S”
7、型作为后封头。浮头式换热器的壳径应大于DN300。管 侧和壳侧都可进行机械清洗，但需要较多工时卸除管束：(5)对于外填料式浮头“P”和外密封式浮头“W”型的换热器不能在中国设计和制造; (6)对高压换热器前封头宜选择D型：7 7) U型管式，管束外表面可用机械清洗的方法。U型管的结构不适用于污垢系数较 大的情况，立式再沸器不可选用l-Tube：(8)可抽换式浮头(后端浮头型T)：管束与壳之间的空间(Clearance)相对较大，因 此所给定的壳尺寸中含有的管数比其他构造的型式要少，管侧和壳侧皆可机械清洗。一选型指导：壳侧和管侧有污垢：A_S：管侧无污垢：B_U：壳侧无污垢:N_N：壳侧和管侧无
8、污垢：B_M 服务于高压：DEU一从价格上来说：B_U DEU N_N B_M A_S. ?套管式换热器/翅片管式换热器(Jacketed pipe/Hairpin Exchanger)：套管式换热器 的优点是结构简单，能耐高压：缺点是单位传热面积的金属消耗量大，管子接头多，检修 和清洗不方便。？板式换热器(Plate and Frame Exchanger)：核心部件是金属板片，分为平板式、螺 旋板式、板翅式和热板式四种。优点是结构紧凑，组装灵活，具有较高的传热效率，有利 于维修和清洗；缺点是处理量小，操作压力和温度受密封垫片材料性能限制而不宜过高， 一般工作压力在2. 3Mpa以下，工作温
9、度在-35200。?空冷器(Air cooler)：程序中未加入风扇的相关性能，如功率、风量等。一后封头(1)L、M、N(固定管板式)应用在无需对壳侧进行机械清洗或检查：或者壳侧可进行化 学清洗的场合；(2)U-Tube：管外侧可用机械清洗，不能应用在管侧污垢较大的情况：(3)T type (Pull-through floating head)：管束和壳之间的距离相对较大,因此在 同壳径的情况下排布的管子数比其他的要少；(4)S type (Split-ring floating head)：壳侧和管侧都可进行机械清洗,但需要人 工把管束抽出。-3 -HTRI Xchanger Suite
10、5.0二、1ST HTRI的应用2. 1方法类型(Method mode)Rating (核算)定义了换热器类型和足够的工艺条件后，软件来计算热传递系数和压力降，并把计算 结果与需要的热负荷进行对比，给出热负荷是不足还是超过。Simulation (模拟)：定义了换热器类型和比Rating更少的工艺条件后，软件来计 算热传递系数、压力降和热负荷。给出的热负荷是最大操作热负荷。Design (设计)定义了换热器的大多数的几何结构和足够的工艺条件后，软件来计算需要的热负荷， 然后计算其他缺少的几何结构、热传递系数和压力降。这一程序可以设计壳体类型、壳体 直径、管长、管间距、折流板间距、折流板类型、
11、管径和管心距。设计过程是交互式的， 由用户来控制每一个几何参数的允许范围。热虹吸再沸器：软件计算进口管道和出口管 道的压降。釜式再沸器：软件计算釜体直径和内部的再循环速率。注意：一般做设计计算时先选择Design mode以确定初步优选方案，继而选择 Simulation 及 Rating mode,调-4 -HTRI Xchanger Suite 5.0整壳和管的直径、折流板数(Crosspasses)、折流板间距(Spacing)、换热管数目 (Tubecount),折流板切口(Baffle cut)等参数细部计算及微调以符合设计要求。2. 2设计要求：(1)热交换器中工艺流体为局部冷却(
12、subcooling)时，使用的类型为dam baffle：(2) crosspass (折流板数目)在换热器为卧式的情形下一般为奇数个，若为立式无特别 要求但习惯用奇数个：(3) Input Summary-control-safety下有一些系数在相应的情况下 需填入数值以校正结果：(4)若换热器为浮动头或者U形管，则需在Input Summary-Geometry-Optional下选 择相应的项目为Yes ；(5) Design mode 下 run 程序时，Input-Geometry-tubes 下的tubecount处选择Rigorous tubecount更保险；1ST使用一个
13、微软Windows界面来引导 你进行换热器的核算工作。关于界面怎么使用的信息，有以下几种方式可以获得：一即时信息：把鼠标指针放在激活的需要输入的区域，按F1键获得帮助： 一所有 需要输入的地方都用红色的框表示出来，这样可以帮助你避免漏掉什么：一当你输入的 数据超出正常范围时，所输入的数据以红色表示，提示你输入有误： 一在窗口最下面有 一个状态栏，提示你输入的各种信息。2. 3测量单位设。Z操作界面上所有的单位标签都是活动的，可以利用它们来改变输入项目的单位。方法 如下：(1)单击输入界面上的单位，出现一个对话框(2)从对话框中选择你需要的单位，单击下面的三个按钮的一个:Convert：把单位和
14、输入的数据同时转换：Set Units：只转换单位，不改变输入值; Cancel：退出对话框，不作任何转换。这种单位转换是暂时的，如果你关闭软件后再次进入时，单位乂恢复到默认值。在开始一个模拟之前，要想一下在下面的区域要输入什么内容，并注意软件的默认值 与你想要的一致：Fluid allocation （流体分配）Tube layout angle（管排列角度）Baffle type （折流板类型）Tube wall thickness （换热管厚度） TEMA shell style （壳类型）Tube diameter（换热管直径）Number ofcrosspasses（折流通道数目）Tube pitch（换热管倾斜度）Number oftubepasses （管程）Tube length （换热管管长）Shell diameter （壳径）Tube type （plain or low-finned）除了上述的换热器的几何参数外，还要输入工艺条件 和物流的性质。上述的底划线表示的项目在“Design”条件下可以为空。2. 4 流体分配一Fluid Allocation一般而言，下列情况介质走管程：（1）腐蚀性介质，可降低对壳侧材料的要求：一 5 一感谢您的阅读，祝您生活愉快。