HTRI管壳式换热器设计基础教程

所需积分/C币:50 2018-08-11 17:47:16 1.44MB PDF
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是HTRI入门得极好资料,简单明了。先大致介绍了这个软件的基本情况,之后用一个例子详细叙述了软件的使用方法
换热器的基础设计知识 换热器的分类 按作用原琲和实现传热的方式可分三大类:即混合式换热器、蓄热式换热器、间壁式 换热器,其中问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、括板溥膜式、离心薄膜式 (5)其他型式:板壳式、热管 2.换热器设计标准: 中国:GB151《管壳式换热器》 美国:TEMA TEMA--Tubular Exchanger Manufacturers Association(管式交换器制造商协会), TMA标准就是该协会下属的技术委员会编制的一本关于列管式换热器设计、制造和检验的 标准,是目前世界上使用最广泛的列管式换热器标准。 3、列管式换热器的结构: 图于 两2函是吧 参面 作0》5 后巧生 2aa07 0 (春0看看 ?手引 直 作形生 D?妻兽0e 00a0nn0o18 画西西垂 毒咨音 E形司 西西叠萨鲁 开 中中 355 92 D 之过 35 西移 信 壳体 封头 管于 折流板管板 1)壳体类型: 壳体型式 IEMA标准 ONE PASS SHELL DOUBLE SPLIT ROW 壳体型式 TwO PASS SHELL DIVIDED: FLOW WTH LONGITUDINAL葛AFRL8 K SPLfT FLOW KETTLE TYPE: REBCMILER CROSS FLOW E:单程壳体F:带纵向挡板的双程壳体 G:分流壳体 H:双分流壳体J:无隔板分流壳体X:交叉流 K:釜式再鴻器 ●E型壳体是标准形式,最常用 ●G和H型通常用于水平热虹吸式再沸器(精馏塔使用) 如果釆用E型壳体不能满足可允许的压降,可采用J型和Ⅹ型壳体 当需要多壳体和可移动式管束时,可采用F型壳体 K只能用于再沸器 )前封头类型 端管箱形式 TEMA标准 PRONT ENI 新 TATHHNARY HEAD TYP 用U 習碳可掷饰头電一饰 端 平薑懈 管 箱 形 式 B ●A型是标准封头,用于管程流体较脏的情况 B型用于管程流体较干净的情况,由于这种封头较便宜和简单,所以尽可能多的使用 C型是可移动的壳体,用于管程危险液体,管束较重或者壳体需要频繁淸洗的情况 ●N型,壳体固定,用于壳程危险液体 D型主要用于高压环境 3)后封头类型 后端形式 TEMA标准 后端形式 REAR ENI HEAD TYPES FIXED TUBESHEEL L EIKE N STATIONARY HEAD NIXED TUBES框E LIKE A STAINNARY HEAD M TSLDE P▲ RED FLOATIN4GHE线D HIXED TUBESHEET IKE " B STATIONAR丫HEAD 填料函式浮头 后端形式 TEMA标准 后端形式 钩圈式浮头 三三三 上U FLOATENG HEAD WITH BACKING DEVICE U-TUBE BUNDLE m中F2 年三三 PULL THROUGH FLOATING HEAD NALEY5EAL国 Ns: IUEBESHE再 可抽式浮头 后封头类型一般分为三类 固定管板式(L、M、N)壳体一挡板问隙较小 U型管——设计简单但清洗困难壳体一挡板间隙较小 ●浮头式(P、S、T、W)—最常用的是S型 如果温降低于50℃,且壳程压力不高,则使用固定管板式换热器,否则使用其他类 型以满足热膨胀的要求。与S型相比,T型结构简单,但是壳体较大并且管束和壳体之间 问隙较大。P和W型很少使用,W型换热器没有通道挡板,因此它们的通道数只能限定在 4、壳侧流路分析 ●●960 e动 A v●F》q 15 自|已的 B oTb A HTRI程序在计算结果中对壳侧各流路给出了较详细的分析,可以参考下表中给 B,C,E,F流的推荐值 流路A—一折流板管孔和管子之间的泄漏流路; 流路B—一错流流路; 流路C—一管束外围和壳内壁之问的旁流流路: 流路E—一折流板与壳内壁之间的泄漏流路; 流路F—一管程分程隔板处的中间穿流流路。 流路名称流股分率( 说明 0.6(湍流,Re>300) B错流 04(层流,Re>30)B流路对传热有利,其值应尽量大。 C,F值最好不超过0.1,为满足这一条件,可使 用密封装置。对浮头式或小壳径壳体的换热器,如 果C值较大,应使用密封装置。对U型管或管程 旁流 0.1 数较多的换热器,通常F值会较大,应考虑在管 程分程隔板处使用密封装置(如密封埜或密封杄) 或改变管了排列方式和折流板圆缺位置。 应尽量减少泄漏,但当污垢系数超过0.0008 mhC/kcal If,由于污垢可能会将管了和折流板管 A泄漏流 0.15 孔之间的间隙堵塞,因此,A值较人也无妨,但此 时对壳侧压力损失应留有余量,最好计算一下。一 但间隙被堵塞,壳侧压降为多大。 E泄漏流 E值会造成温度剖面的变形,如果E值大于0.15, 0.05 可使用双圆缺折流板 应最大限度地加大B- stream(错流),减少泄漏流。 设计实例 下面通过一个实例来详细说明如何运用HTRⅠ进行设计计算(软件版本为HTRI Xchanger Suite5.0)。 、设计任务和设计条件 某生产过程中,从反应器出来的混合气体与进料物流进行换热,换热后的混合气体 用循环冷却水将其从110℃进一步冷却到60℃,之后进入吸收塔吸收其中的可溶组分。已 知混合气体的流量为227801kgh,压力为69MPa,循环冷却水的压力为04MPa,循环水 入口温度29℃,出口温度39℃,试设计一台列管式换热器,完成生产任务 、确定设计方案 1选择换热器的类型 两流体温度变化情况:热流体进口温度110℃,出口温度60℃;冷流体进口温度29℃ 出口温度39℃,考虑到该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大,初步确定选用浮以式换热 器 2流程安排 从两物流的操作压力看,应使混合气体走管程,冷却水走壳程。但由于循环冷却水易 结垢,若流速太低,将会加快污垢增长速度,使换热器的热流量下降,所以从总体考虑, 应使循环水走管程,混合气体走壳程 三、确定物性数据 定性温度:对于一般气体和水等低粘度液体,其定性温度可取进出口温度的平均值。 表管程与壳程的定性温度及相关物性 管程(i) 壳程(o) 定性温度(℃) (39+29)/2=34C =(110+60)2=85℃ 密度p() 994.3 90 定压比热容C 4.174 3.297 ℃) 热导率λ(℃) 0.624 0.0279 粘度p 0.742 0.015 四、软件计算 打开HTRI,在File菜单下选择“ New Shell and Tube Exchanger”界面如下图 I File Edit view Input Tools window Hep 叫副自澎回8叫甽弩? A回回回 Ea xist-[] untitled- Input Summary 日團 Inpi it Summary Case M ado C S- muation Desi泓 日 Pinin 日 Process Exchanger servic americ Shell ard Iu?. 曰 Hct Flu d Properties =.yE Cold Fluid Properties Process Cordi tio Flor 3at t≤h-L 日 Design 曰-1 Cantrol Weight fraction TEM typc hal ta: ckret HisL 5 OC For help. press F1 首先设定Case的单位制 1.单击 2.在打开的对话框中选择SI单位制 Select data units Dlat a units set ancel Modify 界面上显示红色方框的地方基木都是必填的,下面开始输入数据。 换热器几何尺寸和流体性质 1、 Case mode HTRI50中 Case mode共有三个选项 Rating:校核 Simulation:模拟 Design:设计 ●恔核计算:即当换热器的传热面积已定,某些运行参数也已知时,去核算另一些 运行参数及传热量。 ●设计计算:即当已知传热量和热冷流体的某些基本运行参数的条件下,运行程序 初步决定共换热面积和结构尺寸。 ●模拟计算:已知换热器的几何尺寸、入口条件和出口条件的估计值,考察换热器 能否满足规定的热负荷 比较常用的是设计和校核,实际上这两种计算的基木原理是一致的,在计算中一般是 先根据设计计算初步选定结构尺寸,然后再用校核方式对选定结构尺寸进行核査,所以 Case mode先选 Design 2、 Process conditions Process conditions中需要输入流休流量、气相分率、出口温度、进口压力、污垢热阻。 工艺流休(被处理物料)的用量和进、出口温度是由工艺要求所规定的;另一种 流休即加热剂或冷却剂的进凵温度,一般由来源而定,出凵温度有的设计条件中会给出, 如果没有给可自己选定,流量一般不用输。 ●对于气相分率,纯液相输0,纯气相输1,如果是气液混合物则需要计算出气相分 率。气相分率用于确定有无相变,对结果影响很大 ●管两侧流休的污垢热阻可由《化工原理》教材或相关标准查到 注意:输入 Process conditions中的数据之前先要在 Shell geometry中选择热流休走管 程还是壳程 3、 Shell geometry TEMA type按照前边讲过的内容选择 Orientation选默认的 horizontal(水平) 4、 Baffle Geometry lype: single segmental单弓形折流板 Orientation:折流板圆缺面方向臣式容器弓形折流板的圆缺面可以水平或垂直装配。 水平装配,可造成流体的强烈扰动,传热效果好,·般无相变传热均采用这种排列方式 垂直装配主要用于卧式冷凝器、再沸器或流体中带冇圊体颗粒的情况,这种排列方法冇利 于冷凝器中不凝气体和冷凝液的排放。 本例选择水平方向。 ut(折流板圆缺高度占壳体內径的比例)按教材上规定的10%-40%,常见的是20% 和25 5、 Tube geometr Iype选默认的 Plain(光滑管)。 管长、管外径、管壁厚、管程数都有相关标准,注意要输入整数,可以先输入,到后 边再调整 Pitch(管间距):对于管外径l%mm的管了,间距25mm;外径25mm的管子,问距 mm o 排列角度:正三角形排列,角度为60°;转角正三角形排列30°;正方形排列,角度 为90°;转角正方形排列45°,最常用的是30°和90

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