HTRI changer Suite 5.0 使用手册.doc

HTRI Xchanger Suite 5.0HTRI Exchanger 使用手册一、 换热器的基础设计知识1、换热器服务类型主要有以下几种：交换器: 在两侧流体间传递热量冷却器：用制冷剂冷却流体一般的制冷剂选用氨、乙烯、丙烯、冷却水或盐水冷凝器：在此单元中，制程蒸汽被全部或部分的转化成液体冷却器：用水或空气冷却，不发生相变化及热的再利用加热器：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过热器：高于蒸汽的饱和蒸汽压进行加热再沸器：提供蒸馏潜热至分流塔的底部蒸汽发生器（废热锅炉）：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蒸馏器：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脱水器：将水蒸气浓缩为水溶液通过蒸发部分水分以浓缩水溶液2、换热器类型l 管壳式换热器(Shell and Tube Exchanger)：有浮头式和固定管板式两种－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；b) 容易使管子腐蚀或者在壳程中容易结垢的介质。

－命名是以TEMA的原则命名；－壳侧类型(对压降和热传递产生重要影响)：E→程数为1，最常用；F→程数为2，需用纵向挡板分流壳侧流体使用范围：壳侧设计压力低于0.69barg，设计温度小于180℃；G分裂流，折流板在中间，把流体分为两股；H→Double 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填充的液体，一般汽化率大于50～100%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；并建议设置纵向隔板，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）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，适用于气体加热、冷却和真空冷凝。

－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) 通常选择选择“B”型作为前封头；(2) 对于水冷却器，当管侧需要定期清洗，且管侧设计压力小于10bar（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”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) 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U-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－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；壳侧和管侧无污垢：B_M 服务于高压：DEUl 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。

l 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2.5Mpa以下，工作温度在-35～200℃l 空冷器(Air cooler)：程序中未加入风扇的相关性能，如功率、风量等 二、IST的应用1、Method modeRating（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、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、设计要求： (1)热交换器中工艺流体为局部冷却（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；IST使用一个微软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： －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； －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； －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； －在窗口最下面有一个状态栏，提示你输入的各种信息3、测量单位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，单位又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 of crosspasses(折流板数目) Tube pitch(换热管倾斜度) Number of tubepasses(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4、流体分配－Fluid Allocation考虑哪个流体放在管侧，哪个流体放在壳侧这非常重要，因为它影响其他许多设计影响因素主要有以下几个：流体压力(Fluid press)：一般而言，高压流体在管侧因为具有高设计压力的壳管式换热器如果把高压流体放在管侧的话，其建造费用将会大大降低流体腐蚀性(Corrosion)：因为抗腐蚀的材料无一例外的都非常昂贵，因此腐蚀性流体要在管侧流动污垢和清洗(Fouling and Cleaning)：在大多数情况下，污垢是一个控制因素因此，它对换热器的设计产生巨大的影响下面的建议将对你有所帮助：流速：数值大较好，对于管侧冷却水，速度大约1.83m/second（6 ft/second），快的流速可以有效抑制污垢的形成；折流板设计：设计好Spacing和切割率，利用双分割折流板来避免壳侧易结垢流体的流速缓慢区的产生聚合污垢对管侧温度特别的敏感，下面的设计可以使清洗变的容易：（1） 一般把最容易结垢的流体在管内流动；（2） 如果利用化学清洗法，把易结垢流体放在壳侧流动；（3） 如果管侧利用机械清洗法，那么利用直的水平安装管；（4） 如果壳侧用高压清洗，那么管安装的倾斜度要大，45°或90°，这样也要求壳侧Diameter较大；（5） 当清洗必须要移动管束时，利用焊接的方式连接管子，因为接头处容易出现泄漏的危险。

6） 当你认为壳侧结垢会很严重时，那就要慎重利用翅片结构管7） 循环冷却水在管侧流动8） 冷却水的污垢热阻在水温超过125℉时应引起注意流体速度(Fluid Viscosity)：大多数情况下，把高黏度流体放在壳侧流动，因为当它流经管束时产生的紊流可以提高热传递系数但是，如果壳侧流体是层流，尤其是翅片结构管，要考虑把它放在管侧流动管侧的组合管由于其直径小可以使流动变为湍流允许压降(Available Pressure Drop)：决定哪个流体放在管侧，哪个流体放在壳侧这样可以充分利用现有的压力降来进行传热IST程序也利用此值来计算管口的尺寸壳侧流体：许多压降在壳和管之间形成的漩涡流产生，这样温度驱动力很小或者不存在 下面的流体用于壳侧：（1）在管侧流体形成层流（在壳侧有可能是湍流） （2）建造要求限制了管束的数量，压降在管侧不能有效利用可以尝试利用足够的折流板来有效利用壳侧的压降； （3）你的设计目标是传递尽可能多的热量，但压降不要太多流体流动导致的管振动会限制你的设计）； (4) 传热膜系数较小的物。