HTRI-学习笔记

-1-换热器通用的两个模拟软件功能和模块1、计算模式Design设计：在软件中输入换热器的工艺参数，然后由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，在EDR和HTRI中，Disign的计算结果比较粗糙，结果不可取。Rating校核：校核模块是人为的在软件中输入工艺条件和换热器的几何尺寸，由软件对该换热器进行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：该模式的使用条件是给定换热器冷热物流的进口流量、温度以及换热器的几何尺寸条件，通过软件计算对换热器的冷热物流出口温度进行预测，该模块只适用于装置初始开车，换热器管壳侧污垢不严重的情况下。2、条件输入①入口温度、出口温度：IST默认0.0为未输入，如果想设为0℃，输入0.001。②入口压力，必须大于0。③输入最大允许压力降，设计模式下会用到此数值，用来计算管口尺寸。④Coolingwaterfouling：(1)Usewatertypemodel：只用于管侧水为冷流体。(2)Usegeneralizedwatermodel：如果你选择了此项，IST利用输入的酸度、总碱度、钙硬度和总不溶固体量来估算热阻值。四个参数的限制范围如下表：-2-－Name：输入case的一些描述性的东西；－Methods：包括三个方面的内容：(1)SinglePhaseFrictionFactor(摩擦因数)，它包括壳侧和管侧，有两种选择，分别是Commercial和Smooth，对碳钢换热管，一般选择Commercial；对于铜管或者不锈钢管，当管内走不易结垢的流体时，选择Smooth较好。(2)Condensation(冷凝)：选择物料是否冷凝，如果冷凝，采用哪种计算方法。(3)Boiling(沸腾)：选择物料是否沸腾，如果沸腾，采用哪种计算方法。－Safety(安全性)：可以设置冷热流体和传热系数的安全系数。－User-DefinedMethod：用户定义计算沸腾流体的方法－Vibration(振动)：对换热管的振动进行设置。管壳结构、管程参数的选择与匹配1、封头选型管壳式换热器(ShellandTubeExchanger)：主要应用的有浮头式和固定管板式两种。①前封头1、前封头的类型对压降和热传递没有影响，通常选择选择“B”型作为前封头；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；对高压换热器前封头宜选择D型；B比A经济。2、选型指导：壳侧和管侧有污垢：AS；管侧无污垢：BU；壳侧无污垢：NN；壳侧和管侧无污垢：BM服务于高压：DEU；从价格上来说：BUDEUNNBMAS。3、当管侧或壳侧的腐蚀裕度为3.0mm时，首选A型；②后封头（型式会对压降和热传递产生影响）1、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；2、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；M或N比L经济。3、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，立式再沸器不可选用U-Tube；-3-③浮头式1、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。2、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；3、可抽换式浮头（后端浮头型T）：管束与壳之间的空间相对较大，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。2、壳体选型(对压降和热传递产生重要影响)①E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；②G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；③G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；④X型壳体压降最小，适用于气体加热、冷却和真空冷凝。⑤TEMA中E壳程经验定位为垂直（垂直主要有几种情况：①简化的换热器模型②垂直管侧热虹吸③防止相分离的进料/出料换热器④当要求过冷时管侧冷凝），其余的常定位为水平；⑥当温度差校正系数小于0.8时，应采用多壳程。但由于壳程隔板在制造、安装和检修方面都很困难，故一般不采用，常用的方法是将几个换热器串连使用，以代替多壳程。3、换热管选型（参考标准、材料选择，规格型号）①换热管直径与管间距的选择一般管外径为25.4mm或19mm，壁厚2.77mm或2.1mm；19mm的管子应用于以下情况：(a)管侧流体的污垢系数≤0.00034m2K/W；(b)水做冷却介质走管内；(c)污垢没有严格要求；25mm的管适用于以下情况：(a)管侧流体的污垢系数≥0.00034m2K/W；(b)出-4-于工艺设计考虑，如换热器的允许压降较小时。②管长管长L和壳内径ID的比例应适当，一般L/ID＝4～6，一般首选长6m或3m。③管子材料从管子材料下拉列表中选择，或者输入管材的密度、导电性和弹性模数、最大无支持跨度。这些数据在计算热阻、振动和重量估算时要用到。当管内外流体均为腐蚀性流体时，采用双金属管。Tubethermalconductivity：指定管材料的热传导性。当你的管材不在IST提供的材料库中时，就需要输入此值。Taperangle-锥形度：只应用在管侧逆流冷凝模拟中，设置管子底部的锥度。这一角度水平测量，其值范围0～75。TubepassArrangementpanel：换热器管束中管程的设置和通路的宽度设置。在此面板中，出现对称排列开关。Numberofparallelpasslanes：设定平行于交叉流的管通路的数量。对无折流板换热器，这里设置：水平壳程：垂直管通路的数量；垂直壳程：平行于壳侧管入口中心线的管通路的数量。4、管子布置及分层设置①Tube若无给定数值，则排列方式选30度。②排列角度：30、45、60和90度。其中30度最常用，固定管板式换热器大都是30度布置（除再沸器外）；浮头式换热器多采用30度和60度排列方式；正方形（90度）和旋转正方形（45度）布置形式用于壳侧为黏性流体的情况，适用于当进行机械清洗时需移动管束的情况。45度多用于壳程单相层流、易结垢、冷凝工况；90度可使壳程气相更好逸出。30°/60°排管：在相同壳体内比其他排管方式可多排15%管子，但壳程无法机械清洗。相同管心距和流量下，壳程传热膜系数（h0）和压降降低的顺序为：30°＞45°＞60°＞90°。要注意换热管的排列角度是由流过管子的流体决定的，而不是完全由管束的定位方向决定。三角形布置有利于壳程物流的湍流；正方形和旋转正方形布置有利于清洗。③设计时无需输入壳程内径，核算和模拟时壳程内径是唯一需要输入的壳侧参数，可根据设计结果-5-输入。④管程允许的值有1、2、3、4、6、8、10、12、14、16，最常用的是1，2和4。管程数Np可按下式计算：'puuN＝u-管程内流体的适宜速度(m/s)；'u-管程内流体的实际速度(m/s)。然后再根据管侧的流速及压降进行调整。⑤对管侧冷凝或单相流，IST假定第一管程在壳程的最上方；对于管侧沸腾，IST假定第一管程在壳程的最底端。这一点在管程布置窗口容易被忽略。最大管程数壳内径最大管程数250425051065107608760102010127012⑥RigorousTubecount：指定严格管数计算方法，如果你勾选了此项，IST就会应用此方法计算，在“Design”时一定要勾选此项！“Rigorousmethod”给出管束中每一根管的位置；评估管束中处于交叉位置的管子的数量，如果你选择了此方法，那么管子排列图片就不再可用。5、折流板设置（折流板类型、间距、放置以及切口）除了K型壳程和X型壳程外，其余所有的壳程类型都可以使用折流板。①折流板类型Single-segmental：最常用的折流板类型，能最有效的把压降转移到热交换中。Double-segmental：当你利用单折流板无法满足压降限制时，就可以使用双折流板方式。Segmental/NTIW：弓形缺口区（折流板窗口区）不布管，可保证所有管子都得到全部折流板的支承，一般用在当管振动破坏需要考虑时。具备特点：a压降只有单弓形折流板的1/3左右；b壳程流动均匀且类似理想管束、传热系数高、不易结垢；c窗口区压降很小、旁路及泄流量小；d弓形缺口区不排的管子大约15%~25%，可采用较小弓形缺口、提高壳程流速或适当调大壳径以便维持相同数量管子。②切割方位指切割线与流体流向平行或垂直。对大多数模拟，IST会确定折流板切割方向，使得热传递和压降达到最优化。当壳侧是沸腾流体时，考虑水平切割；在重力控制流体的流动时，垂-6-直切割会引起相分离。如果水平切割，折流板间隔的入口和出口就产生旁路，这样就降低了设备的性能。水平切割：（1）少于4管程的U型管换热器；（2）壳侧是单相流体，且污垢系数不大于0.00061m2•h•℃/kcal；竖直切口：（1）两相流流体或“F”型换热器；（2）除水平切口所要求的换热器外，均为竖直切口。③折流板数Crosspasses/折流板间距BaffleSpacing折流板间距通常不是首选填写项，如需填写，则先参考Designmode下run出的crosspasses值填入。但如果填写两个且不一致的话，软件以折流板间距为主。入口间距及出口间距需进一步定义。折流板间距低于80％的TEMA最大间距可避免换热管振动的问题。较好的模拟点是折流板间距是壳内径的40％。折流板间距最小为壳程内径的20％，且不要小于50mm，一般取值为壳内径的30％－45％。折流板间距可以是不等距的，选中“BaffleSpacing”下的“variable”复选框，就可以在“VariableBaffleSpacing”面板中输入需要的间距。折流板数：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；④Cut切割高度/Windowarea输入的值超过最大值→IST忽略此值并设置折流板切割的最佳值。单弓的CUT通常是15～35%。Adjustbafflecut–对于单弓型折流板，需要调整切割线的位置。Programset–程序默认为切割线在两排管子间的中线。Noadjustment–不做调整，计算值在哪就切哪。ntubec/l–在管子的中心线，即将管孔一分为二。Betweenrows-切割线在两排管子间的中线。⑤折流板厚度thicknessThicknessattubehole–对于非钻孔，而是冲孔的制造工艺来说，管口位置的厚度与折流板整体厚度不一致。默认为一致，这个值A型流产生明显影响。Usederesonatingbaffles–设置防声振隔板，选Yes的效果是，将忽略声振动，一般一块设置在0.45直径处，第二块设置在0.18直径处，这些地方的管子需要手动删除。除了管窗内不排管以外，流体的错流速度和在管窗内的流动速度不应相差太大，流体在X－flow和Window内的速度大并且越接近越好。-7-6、管嘴定义在此可以定义壳侧和管侧管口的尺寸、数量、位置和型式。①管嘴尺寸NozzleIDs（inletandoutlet）Nozzle的尺寸要小于等于50%ShellID，通常Nozzle最小尺寸为2。如果你输入了一个允许压降的最大值，IST利用允许压降的12.5％来定义蒸气和两相管口的尺寸。每一个液相管口的尺寸定义利用了5％的允许压降；如果你未输入最大允许压降，IST利用允许最大流速(声速的20％)的25％来定义蒸气