HTRI-學(xué)習(xí)筆記

1、換熱器通用的兩個(gè)模擬軟件功能和模塊1、計(jì)算模式Design設(shè)計(jì)：在軟件中輸入換熱器的工藝參數(shù)，然后由軟件來(lái)計(jì)算需要的熱負(fù)荷，然后計(jì)算其他缺少的幾何結(jié)構(gòu)、熱傳遞系數(shù)和壓力降，在 EDR和HTRI中，Disign的計(jì)算結(jié)果比較粗糙，結(jié)果不可取。Rating校核：校核模塊是人為的在軟件中輸入工藝條件和換熱器的幾何尺寸，由軟件對(duì)該換熱器進(jìn)行熱傳遞系數(shù)和壓力降，并把計(jì)算結(jié)果與需要的熱負(fù)荷進(jìn)行對(duì)比，給出熱負(fù)荷是不足還是超過(guò)。Simulation模擬：該模式的使用條件是給定換熱器冷熱物流的進(jìn)口流量、溫度以及換熱器的幾何尺寸條件，通過(guò)軟件計(jì)算對(duì)換熱器的冷熱物流出口溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，該模塊只適用于裝置初始開(kāi)車(chē)，換熱

2、器 管殼側(cè)污垢不嚴(yán)重的情況下。2、條件輸入 入口溫度、出口溫度：1ST默認(rèn)0.0為未輸入，如果想設(shè)為0C,車(chē)入0.001。入口壓力，必須大于 0。 輸入最大允許壓力降，設(shè)計(jì)模式下會(huì)用到此數(shù)值，用來(lái)計(jì)算管口尺寸。挽邙蠡上力降要短宜表?yè)]作壓力PiNTPi i壓力牌APfNfPflj口一口,"里壓）P 100 -b.下同)P£0,07 - 1 0。必1.0'3.Q3由 T.00 0*025 Cooling water fouling : （1）Use water type model :只用于管側(cè)水為冷流體。（2）Use generalized watermodel ：如

3、果你選擇了此項(xiàng)，IST利用輸入的酸度、總堿度、鈣硬度和總不溶固體量來(lái)估算熱阻值。四個(gè)參數(shù)的限制范圍如下表：ParameterRangeUnitAcidity5-10pHTotal alkalinity0.1-1000ppm of CaCOiCalcium hardness0.1-900ppm of CaCOiTotal dissolved solids0.1 -6000ppmFouling layer surface temperature37-150(100 - 300 (nFiBulk fluid temperatureW-93 (50-200) (nFiFluid velocity0.1

4、52-7.3 0 5-24)m/sec (ft;sec)-1 -Name:輸入case的一些描述性的東西;一Methods :包括三個(gè)方面的內(nèi)容：（1）Single Phase Friction Factor（摩擦因數(shù)），它包括殼側(cè)和管側(cè)，有兩種選擇，分別是 Commercial和Smooth,對(duì)碳鋼換熱管，一般選擇 Commercial;對(duì)于銅管或者不銹鋼管，當(dāng)管內(nèi)走不易結(jié)垢的流體時(shí)，選才S Smooth較好。（2）Condensation（冷凝）：選擇物料是否冷凝，如果冷凝，采用哪種計(jì)算方法。Boiling（沸騰）：選擇物料是否沸騰，如果沸騰，采用哪種計(jì)算方法。Safety（安全性）：可以

5、設(shè)置冷熱流體和傳熱系數(shù)的安全系數(shù)。-User-Defined Method :用戶定義計(jì)算沸騰流體的方法一 Vibration（振動(dòng)）：對(duì)換熱管的振動(dòng)進(jìn)行設(shè)置。管殼結(jié)構(gòu)、管程參數(shù)的選擇與匹配1、封頭選型管殼式換熱器（Shell and Tube Exchanger）:主要應(yīng)用的有浮頭式和固定管板式兩種前封頭1、前封頭的類(lèi)型對(duì)壓降和熱傳遞沒(méi)有影響，通常選擇選擇“ B”型 作為前封頭；對(duì)于水冷卻器，當(dāng)管側(cè)需要定期清洗，且管側(cè)設(shè)計(jì)壓力小于10bar （g）時(shí)，前封頭可選擇“ A”型；對(duì)高壓換熱器前封頭宜選擇D型；B比A經(jīng)濟(jì)。2、選型指導(dǎo)：殼側(cè)和管側(cè)有污垢： AS;管側(cè)無(wú)污垢：BU;殼側(cè)無(wú) 污垢：NN

6、;殼側(cè)和管側(cè)無(wú)污垢：BM服務(wù)于高壓：DEU;從價(jià)格上來(lái)說(shuō)： BU< DEU < NN < BM < AS 。3、當(dāng)管側(cè)或殼側(cè)的腐蝕裕度為3.0mm時(shí)，首選A型；后封頭（型式會(huì)對(duì)壓降和熱傳遞產(chǎn)生影響）1、對(duì)于固定管板式，宜選擇“ M”型作為后封頭；這種換熱器類(lèi)型 應(yīng)用于無(wú)需對(duì)殼程進(jìn)行機(jī)械清洗及檢查但可用化學(xué)清洗的情況；2、L、M、N（固定管板式）應(yīng)用在無(wú)需對(duì)殼側(cè)進(jìn)行機(jī)械清洗或檢查； 或者殼側(cè)可進(jìn)行化學(xué)清洗的場(chǎng)合；M或N比L經(jīng)濟(jì)。3、U-Tube：管外側(cè)可用機(jī)械清洗，不能應(yīng)用在管側(cè)污垢較大的情U-Tube ;況，立式再沸器不可選用浮頭式1、工藝條件允許時(shí)，優(yōu)先選用固定管板式

7、，但下述兩種情況使用 浮頭式：a）殼體和管子的溫度差超過(guò) 30度，或者冷流體進(jìn)口和熱流體進(jìn) 口溫度差超過(guò)110度；b）容易使管子腐蝕或者在殼程中容易結(jié)垢的介質(zhì)。2、對(duì)于浮頭式，應(yīng)選擇“ S”型作為后封頭。浮頭式換熱器的殼徑應(yīng)大于DN300。管側(cè)和殼側(cè)都可進(jìn)行機(jī)械清洗，但需要較多工時(shí)卸除管束；3、可抽換式浮頭（后端浮頭型T）:管束與殼之間的空間相對(duì)較大，因此所給定的殼尺寸中含有的管數(shù)比其他構(gòu)造的型式要少，管側(cè)和殼側(cè)皆可機(jī)械清洗。2、殼體選型（對(duì)壓降和熱傳遞產(chǎn)生重要影響）TT1PHS.E型及F型可選折流板形式最多， 流道最長(zhǎng)，最適用于單相流 體；當(dāng)換熱器內(nèi)發(fā)生溫度交叉，需要兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的多管程換

8、熱器 串聯(lián)才能滿足要求時(shí)，為減少串聯(lián)換熱器的臺(tái)數(shù)，可選擇“F”型；G型及H型多適用有相變流體，多用于臥式熱虹吸再沸器或冷凝器；并建議設(shè)置縱向隔板，有利于防止輕組分飛濺、排除不凝氣、 流體均布、加強(qiáng)混合；G型（分流）殼體較 F型殼體更受歡迎，因?yàn)?G型溫度校正 因子與F型相當(dāng)，但殼程壓降比F型小很多；若壓降還不能滿足， 可考 慮H型；X型殼體壓降最小，適用于氣體加熱、冷卻和真空冷凝。TEMA中E殼程經(jīng)驗(yàn)定位為垂直（垂直主要有幾種情況：簡(jiǎn)化的換熱器模型垂直管側(cè)熱虹吸防止相分離的進(jìn)料/出料換熱器當(dāng)要求過(guò)冷時(shí)管側(cè)冷凝），其余的常定位為水平；當(dāng)溫度差校正系數(shù)小于 0.8時(shí)，應(yīng)采用多殼程。但由于殼程隔板在

9、制造、安裝和檢修方面都很 困難，故一般不采用，常用的方法是將幾個(gè)換熱器串連使用，以代替多殼程。3、換熱管選型（參考標(biāo)準(zhǔn)、材料選擇，規(guī)格型號(hào)）換熱管直徑與管間距的選擇一般管外徑為 25.4mm或19mm ,壁厚2.77mm或2.1mm ;19mm的管子應(yīng)用于以下情況：（a）管側(cè)流體的污垢系數(shù)w 0.00034m2K / W; （b）水做冷卻介質(zhì)走管內(nèi)；（c）污垢沒(méi)有嚴(yán)格要求；25mm的管適用于以下情況：（a）管側(cè)流體的污垢系數(shù) 0.00034m2K / W; （b）出-3 -于工藝設(shè)計(jì)考慮，如換熱器的允許壓降較小時(shí)。管長(zhǎng)管長(zhǎng)L和殼內(nèi)徑ID的比例應(yīng)適當(dāng)，一般 L/ID=46, 一般首選長(zhǎng)6m或3m

10、。管子材料從管子材料下拉列表中選擇，或者輸入管材的密度、導(dǎo)電性和彈性模數(shù)、最大無(wú)支持跨度。這些數(shù) 據(jù)在計(jì)算熱阻、振動(dòng)和重量估算時(shí)要用到。當(dāng)管內(nèi)外流體均為腐蝕性流體時(shí)，采用雙金屬管。表1-1。管壁金熱阻推薦債材質(zhì)普忤導(dǎo)患后數(shù) m * K j _19nim M 2mm城 2.喊用D (MKXJ480, OtXK崎摘惴瑁43. 50 OCXMH2口 000064不情倒N00. 00»15Tube thermal conductivity :指定管材料的熱傳導(dǎo)性。當(dāng)你的管材不在1ST提供的材料庫(kù)中時(shí)， 就需要輸入此值。Taper angle-錐形度：只應(yīng)用在管側(cè)逆流冷凝模擬中，設(shè)置管子底部的

11、錐度。這一角度水平測(cè)量，其 值范圍075。Tubepass Arrangement panel:換熱器管束中管程的設(shè)置和通路的寬度設(shè)置。在此面板中，出現(xiàn)對(duì)稱 排列開(kāi)關(guān)。Number of parallel passlanes ：設(shè)定平行于交叉流的管通路的數(shù)量。對(duì)無(wú)折流板換熱器，這里設(shè)置： 水平殼程：垂直管通路的數(shù)量；垂直殼程：平行于殼側(cè)管入口中心線的管通路的數(shù)量。4、管子布置及分層設(shè)置Tube若無(wú)給定數(shù)值，則排列方式選30度。排列角度：30、45、60和90度。其中30度最常用，固定管板式換熱器大都是30度布置（除再沸器外）；浮頭式換熱器多采用 30度和60度排列方式；正方形（90度）和旋轉(zhuǎn)正

12、方形（45度）布 置形式用于殼側(cè)為黏性流體的情況，適用于當(dāng)進(jìn)行機(jī)械清洗時(shí)需移動(dòng)管束的情況。45度多用于殼程單相層流、易結(jié)垢、冷凝工況； 90度可使殼程氣相更好逸出。30。/60°排管：在相同殼體內(nèi)比其他排管方式可多排15%管子，但殼程無(wú)法機(jī)械清洗。相同管心距和流量下，殼程傳熱膜系數(shù)（h0）和壓降降低的順序?yàn)椋?0。45。60。90。要注意換熱管的排列角度是由流過(guò)管子的流體決定的，而不是完 全由管束的定位方向決定。三角形布置有利于殼程物流的湍流；正方形和旋轉(zhuǎn)正方形布置有利于清洗。設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)需輸入殼程內(nèi)徑，核算和模擬時(shí)殼程內(nèi)徑是唯一需要輸入的殼側(cè)參數(shù)，可根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果輸入。管程允許的值有1、

13、2、3、4、6、8、10、12、14、16,最常用的是1 , 2和4。管程數(shù)Np可按下式計(jì)算:uN pruu-管程內(nèi)流體的適宜速度（m/s）; u -管程內(nèi)流體的實(shí)際速度（m/s）。然后再根據(jù)管側(cè)的流速及壓降進(jìn)行調(diào)整。對(duì)管側(cè)冷凝或單相流，1ST假定第一管程在殼程的最上方；對(duì)于管側(cè)沸騰，1ST假定第一管程在殼程的最底端。這一點(diǎn)在管程布置窗口容易被忽略。最大管程數(shù)殼內(nèi)徑最大管程數(shù)< 2504250 5106510 7608760 102010127012Rigorous Tubecount :指定嚴(yán)格管數(shù)計(jì)算方法，如果你勾選了此項(xiàng)，1ST就會(huì)應(yīng)用此方法計(jì)算，在"Design”時(shí)一定

14、要勾選此項(xiàng)！"Rigorous method ”給出管束中每一根管的位置；評(píng)估管束中處于交叉位置的管子的數(shù)量，如果你選擇了此方法，那么管子排列圖片就不再可用。5、折流板設(shè)置（折流板類(lèi)型、間距、放置以及切口）除了 K型殼程和X型殼程外，其余所有的殼程類(lèi)型都可以使用折流板。折流板類(lèi)型Single-segmental ：最常用的折流板類(lèi)型，能最有效的把壓降轉(zhuǎn)移到熱交換中。Double-segmental ：當(dāng)你利用單折流板無(wú)法滿足壓降限制時(shí)，就可以使用雙折流板方式。Segmental/NTIW :弓形缺口區(qū)（折流板窗口區(qū)）不布管，可保證所有管子都得到全部折流板的支承，一般用在當(dāng)管振動(dòng)破壞需

15、要考慮時(shí)。具備特點(diǎn)：a壓降只有單弓形折流板的 1/3左右；b殼程流動(dòng)均勻且類(lèi)似理想管束、傳熱系數(shù)高、不易結(jié)垢；c窗口區(qū)壓降很小、旁路及泄流量??；d弓形缺口區(qū)不排的管子大約15%25%,可采用較小弓形缺口、提高殼程流速或適當(dāng)調(diào)大殼徑以便維持相同數(shù)量管子。切割方位指切割線與流體流向平行或垂直。對(duì)大多數(shù)模擬，IST會(huì)確定折流板切割方向，使得熱傳遞和壓降達(dá)到最優(yōu)化。當(dāng)殼側(cè)是沸騰流體時(shí)，考慮水平切割；在重力控制流體的流動(dòng)時(shí)，垂-5 -直切割會(huì)引起相分離。如果水平切割，折流板間隔的入口和出口就產(chǎn)生旁路，這樣就降低了設(shè)備的性能。水平切割：（1）少于4管程的U型管換熱器；（2）殼側(cè)是單相流體，且污垢系數(shù)不大于

16、0.00061m2?h?C/kcal;豎直切口: （1）兩相流流體或“ F”型換熱器；（2）除水平切口所要求的換熱器外，均為豎直切口。折流板數(shù)Crosspasses折流板間距Baffle Spacing折流板間距通常不是首選填寫(xiě)項(xiàng)，如需填寫(xiě)，則先參考Design mode下run出的crosspassesf直填入。但如果填寫(xiě)兩個(gè)且不一致的話，軟件以折流板間距為主。入口間距及出口間距需進(jìn)一步定義。折流板間距低于80%的TEMA最大間距可避免換熱管振動(dòng)的問(wèn)題。較好的模擬點(diǎn)是折流板間距是殼內(nèi)徑的40%。折流板間距最小為殼程內(nèi)徑的20%,且不要小于50mm, 一般取值為殼內(nèi)徑的 30%45%。折流板間

17、距可以是不等距的，選中“Baffle Spacing"下的"variable”復(fù)選框，就可以在"Variable BaffleSpacing”面板中輸入需要的間距。折流板數(shù)：換熱器為臥式的情形下一般為奇數(shù)個(gè)，若為立式無(wú)特別要求但習(xí)慣用奇數(shù)個(gè)；Cut切割高度/Window area輸入的值超過(guò)最大值一 IST忽略此值并設(shè)置折流板切割的最佳值。單弓的CUT通常是1535%Adjust baffle cut -對(duì)于單弓型折流板，需要調(diào)整切割線的位置。Program set -程序默認(rèn)為切割線在兩排管子間的中線。No adjustment -不做調(diào)整，計(jì)算值在哪就切哪。n

18、 tube c/l -在管子的中心線，即將管孔一分為二。Betweenrows - 切割線在兩排管子間的中線。折流板厚度thickness公稱殼徑折渣楊?lèi)緈mmm中間無(wú)支靖向距.以黃寸為其礎(chǔ)，旗為后為非簽610及以下610- 914914- 12191219-1524超 1524152 - 356326.49.595381 - 7114B6.40.55.512.7737-9656.4759.512715.9991 15249.512715915.91549-2409512J15.9194 <.1 19 JThickness at tube hole -對(duì)于非鉆孔，而是沖孔的制造工藝來(lái)說(shuō)

19、，管口位置的厚度與折流板整體厚度不一致。默認(rèn)為一致，這個(gè)值A(chǔ)型流產(chǎn)生明顯影響。Usederesonating baffles -設(shè)置防聲振隔板，選 Yes的效果是，將忽略聲振動(dòng)，一般一塊設(shè)置在0.45直徑處，第二塊設(shè)置在 0.18直徑處，這些地方的管子需要手動(dòng)刪除。除了管窗內(nèi)不排管以外，流體的錯(cuò)流速度和在管窗內(nèi)的流動(dòng)速度不應(yīng)相差太大，流體在X-flow和Window內(nèi)的速度大并且越接近越好。6、管嘴定義在此可以定義殼側(cè)和管側(cè)管口的尺寸、數(shù)量、位置和型式。管嘴尺寸 Nozzle IDs （inlet and outlet ）Nozzle的尺寸要小于等于 50%Shell ID ,通常Nozzle

20、最小尺寸為2"。如果你輸入了一個(gè)允許壓降的最大值，IST利用允許壓降的12.5%來(lái)定義蒸氣和兩相管口的尺寸。每一個(gè)液相管口的尺寸定義利用了5%的允許壓降；如果你未輸入最大允許壓降，IST利用允許最大流速（聲速的20%）的25%來(lái)定義蒸氣和兩相管口的尺寸，每一個(gè)液相管口的尺寸定義利用0.5psi（3.447kPa）的壓降；Nozzle Sizes:如果IST計(jì)算管口尺寸的話，用以下表中的數(shù)據(jù)： 殼側(cè)管口最大尺寸：一殼程：ID=90%的殼程ID;二殼程：ID = 80%的殼程ID; 管側(cè)管口最大尺寸：隨著管程數(shù)量的不同而占?xì)こ蘄D的百分比不同。具體的比例如表二所示。表二:管程數(shù)12346

21、810121416%殼ID90807050474441383532管嘴位置Number at each position （inlet and outlet）：軟件默認(rèn)值為 1。一在處理兩相流時(shí)，要指定一個(gè)液相管 出口來(lái)排出液體。Shellside nozzle locations （與U型管或殼側(cè)縱向定位相關(guān)）：殼側(cè)管口位置的默認(rèn)值由 工藝條件確定。-對(duì)水平和傾斜殼程要指定入口管的位置：Top一默認(rèn)當(dāng)殼側(cè)為單相流或冷凝流體時(shí)、Bottom 一默認(rèn)當(dāng)殼側(cè)為沸騰流體時(shí)、Side。殼側(cè)為豎直時(shí)，默認(rèn)入口管位置在前封頭。指定與入口管位置相關(guān)的殼側(cè)出口管位置：有三個(gè)選擇，分別是Program deci

22、des、Same side as inlet、Opposite from inlet 。一般IST把水平殼側(cè)冷凝的出口管位置放在底部，把水平殼側(cè)沸騰的出口管放在頂部，軟件的默認(rèn)值是Program decides。 U型管，如果已知入口管在前封頭，那要考慮出口管的位置；反之亦然。管側(cè)入口管類(lèi)型：Radial （IST默認(rèn)值）、Axial、Axial with distributor （分流器）。如果你指定管入口和/或出口環(huán)型分流器，那么它的所有的三維參數(shù)都需要輸入。環(huán)形分流器影響殼側(cè)壓降，從而會(huì)增加冷 凝器和再沸器的負(fù)荷。8、防沖結(jié)構(gòu)設(shè)定需要設(shè)置的情形a）非腐蝕性流體：V2 2232kg/m s

23、2 1500lb / ft seC ;腐蝕性流體：V2 740; b）定義了殼側(cè)冷凝；c）定義了殼側(cè)沸騰并且入口管V2 744。防沖板的類(lèi)型圓盤(pán)（設(shè)置它的直徑、厚度、防沖高度 ）、方形盤(pán)（長(zhǎng)度、寬度、防沖高度）和棒格柵型（排數(shù)、直徑） 。-對(duì)于管側(cè)流體，下面幾種情況也應(yīng)做特別考慮，以減少流體對(duì)管子末端的磨蝕：a） 對(duì)于氣體和蒸汽，入口處的PV2超過(guò)7000kg/（m.s 2）；b） 對(duì)于液體，入口處的p V2超過(guò)9000kg/（m.s 2）。10、其他設(shè)定流體走向：一般而言，下列情況介質(zhì)走管程：（1）腐蝕性介質(zhì)，可降低對(duì)殼側(cè)材料的要求；（2）毒性介質(zhì)，泄漏的幾率小；（3）易結(jié)垢的介質(zhì)，便于清洗

24、和清掃；（4）高壓流體，可減小對(duì)殼體的機(jī)械強(qiáng)度的要求；（5）高溫介質(zhì)，可改變材質(zhì)，滿足介質(zhì)要求；（6）如果殼側(cè)流體是曾流，可放管側(cè)，看能否達(dá)到湍流；（7）循環(huán)冷卻水在管側(cè)流動(dòng)。聚合污垢對(duì)管側(cè)溫度特別的敏感，下面的設(shè)計(jì)可以使清洗變的容易：（1） 一般把最容易結(jié)垢的流體在管內(nèi)流動(dòng)；（2）如果利用化學(xué)清洗法，把易結(jié)垢流體放在殼側(cè)流動(dòng)；（3）如果管側(cè)利用機(jī)械清洗法，那么利用直的水平安裝管；（4）如果殼側(cè)用高壓清洗，那么管布置采用45°或90。，這樣也要求殼側(cè)直徑較大； （5）冷卻水的污垢熱阻在水溫超過(guò) 52c時(shí)應(yīng)引起注意。對(duì)壓力降有特定要求的物料要走管程，因其傳熱系數(shù)和壓降計(jì)算誤差較小。下面

25、的流體用于殼側(cè)：（1）在管側(cè)流體形成層流（在殼側(cè)有可能是湍流）；（2）建造要求限制了管束的數(shù)量，壓降在管側(cè)不能有效利用，嘗試?yán)米銐虻恼哿靼鍋?lái)有效利用殼側(cè)的壓降；（3）設(shè)計(jì)目標(biāo)是傳遞盡可能多的熱量，但壓降不要太多。（流體流動(dòng)導(dǎo)致的管振動(dòng)會(huì)限制你的設(shè)計(jì)）；如傳熱膜系數(shù)較小的物流（如氣體）應(yīng)走殼程，這樣易于提高傳熱膜系數(shù)；（4）飽和蒸汽及被冷卻的流體走殼程；（5）高黏度流體。六、冷凝器常見(jiàn)冷凝器結(jié)構(gòu)冷凝器選型指南管側(cè)冷凝殼側(cè)冷凝工藝條件水平垂直方向水平方向垂直方向方向向下流向上流錯(cuò)流折流向下流向上流單組份好好尚好一不好好好好尚好一不好-8 -多組份好好尚好一不好不好好好尚好一不好含不凝氣好好不好尚

26、好好尚好不用過(guò)冷氣不好好不用不好不好尚好不用壓力降高好好不用尚好好好不用低尚好好尚好好尚好尚好尚好冷卻劑液體好好好好好好好氣體好好好好好好沸騰好好好不好不好好好當(dāng)冷凝器的冷凝溫度高于環(huán)境溫度15°C20 C或更高時(shí)，考慮使用空冷器。七、再沸器常規(guī)再沸器設(shè)計(jì)蒸發(fā)器的類(lèi)型及特點(diǎn)類(lèi)型沸騰模型特點(diǎn)(1)內(nèi)置式殼側(cè)池內(nèi)沸騰不需要?dú)んw和接管，因此設(shè)備造價(jià)低。由于是塔內(nèi)置的形式，管束長(zhǎng)度受蒸儲(chǔ)塔 直徑限制，故尺寸有限。換熱面積大，換熱率低，易結(jié)垢。(2)釜式殼側(cè)池內(nèi)沸騰盡管需要有較大的殼徑來(lái)分離氣體和液體，但因管線系統(tǒng)簡(jiǎn)單，設(shè)備造價(jià)并不高。 容易維修和清洗，容易操作和控制。但換熱面積大、換熱率低，

27、易結(jié)垢，用短粗 管束時(shí)蒸汽會(huì)覆蓋換熱管。(3)臥式熱虹吸 式殼側(cè)沸騰為獲得好的流體分布，通常使用多個(gè)接管，這樣造成了管線系統(tǒng)的復(fù)雜，提高了 設(shè)備價(jià)。有較高的換熱率，容易維修和清洗，可控制性好，不易結(jié)垢。(4)立式熱虹吸 式管側(cè)沸騰設(shè)備被直接安裝在塔旁由于管線系統(tǒng)簡(jiǎn)單，故設(shè)備造價(jià)低。換熱率很大，不易結(jié)垢， 占地面積小，可用于真空和低壓系統(tǒng)。為獲得好的循環(huán)，可能需要比較高的塔裙 高度。管長(zhǎng)通常受塔裙高度、傳熱面積的限制。維修和清洗困難，不能用于有過(guò) 流量和突然脈動(dòng)可能的系統(tǒng)，當(dāng)沸點(diǎn)有較高的提升時(shí)會(huì)使蒸汽的發(fā)生率較低。(5)強(qiáng)制循環(huán)式殼側(cè)或管側(cè)沸騰用泵使液體流動(dòng)并進(jìn)行循環(huán)。它可以維持很高的循環(huán)率，因

28、此結(jié)垢較少。它們也 適用于粘性和固體一潤(rùn)滑液體，沸騰傳熱可以發(fā)生在管內(nèi)也可以在管外，能夠處 理粘性較大的流體。管內(nèi)強(qiáng)制循環(huán)再沸器更適用于結(jié)垢性、粘性和有懸浮粒子的 液體以及低壓系統(tǒng)。在多數(shù)系統(tǒng)中一般適合采用外沸騰管束。另外，循環(huán)率是受 到泵控制的，因此要考慮泵動(dòng)力消耗的費(fèi)用，可以通過(guò)流體的循環(huán)體積、首期投 資和操作費(fèi)用來(lái)優(yōu)化計(jì)算循環(huán)率。在選擇一個(gè)合適的蒸發(fā)器或再沸器時(shí)，除了要考慮前面所說(shuō)的通用規(guī)則外，還應(yīng)考慮下表中所列的 操作壓力、設(shè)計(jì)溫差、污垢系數(shù)及混合液沸騰范圍在內(nèi)的工藝條件。蒸發(fā)器或再沸器選型指南工藝條件再沸器類(lèi)型釜式或內(nèi)置式臥式殼側(cè)熱虹吸式立式管側(cè)熱虹吸式強(qiáng)制流動(dòng)操作壓力常壓可行好的最

29、好可行接近臨界壓力最好-可行冒險(xiǎn)危險(xiǎn)的可行真空最好冒險(xiǎn)危險(xiǎn)的可行設(shè)計(jì)溫差適中可行好的最好可行大最好冒險(xiǎn)好的-危險(xiǎn)的可行小(對(duì)混和物)尚好尚好危險(xiǎn)的不好的操作非常小(純組份)最好尚好不好的操作不好的操作污垢清潔好的好的好的可行中度危險(xiǎn)的好的最好可行嚴(yán)重不好的操作危險(xiǎn)的最好好的非常嚴(yán)重不好的操作不好的操作危險(xiǎn)的最好混合液沸騰范圍純組份好的好的好的可行窄微分物質(zhì)好的好的最好可行寬微分物質(zhì)尚好好的最好可行非常寬的微分物(粘性液)尚好-不好的操作好的-危險(xiǎn)的不好的操作最好B(best):最好;G(good):好的；F(fair): 尚好，但可選更好的；Rd(riskydesign): 危險(xiǎn)的，除非小心設(shè)

30、 計(jì)，但在有些工況下可做其它更好的選擇;R(risky):由于數(shù)據(jù)不充分，冒險(xiǎn) ；P(poor):不好的操作；E:(operable) 可行，但是增加了不必要的費(fèi)用。對(duì)臥式循環(huán)式的蒸發(fā)器或再沸器，為了避免在殼側(cè)兩相流動(dòng)的流體氣-液相分離，推薦使用G型殼體或H型殼體，而當(dāng)使用 E型殼體或J型殼體時(shí)，應(yīng)選擇橫向流動(dòng)，并盡量使管長(zhǎng)與殼徑之比等于5或小于5。熱虹吸再沸器降膜再沸器八、如何通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化避免換熱器管束振動(dòng)如果換熱器設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)生振動(dòng)，可采取的防振措施有：1.降低流速(降低流速的方法有降低殼程流量、增加管間距、改變管束的排列角度、設(shè)置防沖擋板或者導(dǎo)流筒)；2.改變管子的自振頻率(方法有-10

31、 -減小管子跨距一最有效的方法、增大管子彈性模量或者慣性矩、管子間隙處插入板條或者桿狀物一適合于U型管換熱器、折流板缺口處不布管、 減小管子與折流板間隙并加厚管板）；3.設(shè)置消聲隔板（在殼程設(shè)置平行于管子軸線的縱向隔板或多孔板）；4.抑制周期性的漩渦（方法：一是沿管子周向纏繞金屬絲，或沿軸向設(shè)置金屬條可改變流場(chǎng)，抑制或消弱周期性漩渦；二是采用折流桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)的折流板；）。EDR主要從4個(gè)方面對(duì)換熱器進(jìn)行了振動(dòng)分析，包括流體彈性分析、共振分析、振幅及聲振分析、TEMA標(biāo)準(zhǔn)下流體穩(wěn)定性分析，換熱器的設(shè)計(jì)結(jié)果要保證各項(xiàng)分析中振動(dòng)都為No或者Possible,某些特殊情況下也可以為 yes。如U型管換熱

32、器，當(dāng)其尾端做振動(dòng)分析發(fā)生振動(dòng)時(shí)可以在其尾部U型彎處加支撐來(lái)解決，無(wú)需調(diào)整換熱器結(jié)構(gòu)；對(duì)蒸汽冷凝工況的換熱器來(lái)說(shuō)，如果振動(dòng)分析結(jié)果中出現(xiàn)聲振，該振 動(dòng)可以忽略。流體誘發(fā)振動(dòng)（FIV）最容易產(chǎn)生破壞的區(qū)段a.管束中兩塊折流板間距最大的未支承的中間跨度；b.管束周邊在弓形折流板口區(qū)的管子；c. U形管束的U形彎處；d.殼程進(jìn)口管口下的管子；e.管束旁流和管程分程隔板流道內(nèi)的管子。在改造項(xiàng)目中，有時(shí)相同的殼體設(shè)計(jì)，原本沒(méi)有FIV問(wèn)題，但在僅改變換熱管材質(zhì)后也有可能會(huì)產(chǎn)生FIV問(wèn)題。例如，原設(shè)計(jì)是碳鋼或合金鋼管，更換為薄壁管如鈦管，其剛性減小，因 此需要比原設(shè)計(jì)增加支承板來(lái)避免FIV產(chǎn)生。在改造設(shè)計(jì)或

33、實(shí)際改造中有可能會(huì)遇到此類(lèi)問(wèn)題。a.減小無(wú)支承管跨:調(diào)整折流板間距 或 采用弓形區(qū)不布管. 折流板間距值不小于 1/5的Shell ID ,流體全蒸汽或兩相時(shí)最大值為450mm ;b.設(shè)置U形彎頭支承；c.設(shè)置密封板/條以便增加流阻和限制在臨界截面處的流動(dòng)（如管束旁流區(qū)和分程隔板處 ）；d.減少殼程流量（較少采用，除必要時(shí)）或增大殼徑；a放大殼程進(jìn)口管口；f.設(shè)置殼程進(jìn)口防沖擋板；g.如果允許改變殼體形式，可將E型改為X或J型；h.改用雙弓形折流板；i.避免太大或太小的折流缺口 （因?yàn)樗鼈儠?huì)導(dǎo)致流速分布不均和局部高流速）；j.保持均勻的折流板間距；k.用實(shí)心的管子（在：use tube lay

34、out drawing as）代替原部分管子所在的位置，起到支撐并減 小振動(dòng)的作用；l.增大 nozzle 與 bundle 之間的距離 m,添加 Annular distributor 。-11 -十、換熱器核算在換熱器優(yōu)化時(shí)，主要考慮的是：a.換熱器的是否震動(dòng)；b.換熱器殼程和管程壓降各部位分配是否合理；c.換熱器的傳熱膜系數(shù)是否過(guò)大或者過(guò)小(比較值通過(guò)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)得到)；d.換熱器各部位熱通量是否合理；e.換熱器管殼程流速是否合理。1、校核結(jié)果及優(yōu)化a.首先查看設(shè)計(jì)結(jié)果中 Optimization Path中的結(jié)果，主要查看結(jié)果中的 3個(gè)數(shù)據(jù)，包括換熱器的設(shè) 計(jì)余量、管程壓力降、殼程壓力

35、降。其中換熱器的設(shè)計(jì)余量在15%-25%之間，管程壓力降和殼程壓力降分別為管殼程允許壓力降的 70%-80%之間較為合適。b.其次要查看overall summary中的結(jié)果：1.當(dāng)采用折流板形式的換熱器時(shí)，要使得 baffle xflow和 baffle window兩者的流速基本相同；2.殼側(cè)的壓力降在殼程進(jìn)出口和殼體內(nèi)分布合理；3.管程的壓力降主要集中在管子內(nèi)部比較合適；4.Heat Transfer Parameters中管程和殼程的雷諾數(shù)要在合適的范圍內(nèi)(合適范圍可以查文獻(xiàn)或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得到)。2、管殼式換熱器設(shè)計(jì)要點(diǎn)換熱器的性能參數(shù)a.冷、熱兩流體間熱量平衡：Q req=(WGAT)

36、hot=(WCpAT)coldb.傳熱率方程：Q-t=(A)( ATn)(1Z NR) 2 R=(1/h i)o+(1/h o)o+(R f)o+(R w)oNR-總熱阻 A- 傳熱面 hi、ho-分別為兩流體的傳熱膜系數(shù)Rf-兩流體的污垢熱阻Rw-金屬壁面熱阻A Tm-平均溫度差O-通常換熱計(jì)算以換熱管外表面為基準(zhǔn)C.傳熱率的估算：Q actRQeqd.對(duì)壓力降的限制條件：(A Pi) act W ( A P) allow ( A Po) act W ( A Po) allow總體設(shè)計(jì)尺寸細(xì)長(zhǎng)型的換熱器比短粗型要經(jīng)濟(jì)，通常情況下管長(zhǎng)和殼徑之比為5 10,但有時(shí)根據(jù)實(shí)際需要，長(zhǎng)、徑之比可增到1

37、5或20,但不常見(jiàn)。對(duì)立式熱虹吸再沸器，要控制其長(zhǎng)、徑比在 3 10之內(nèi)。熱阻大小首先根據(jù)流體的物系及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)推斷一下傳熱系數(shù)值是否合理，應(yīng)特別注意管內(nèi)雷諾數(shù)的大小。在層流流動(dòng)(管側(cè)Re<2000，殼側(cè)Re<300)和過(guò)渡區(qū)流動(dòng)中，應(yīng)使用分段計(jì)算的方式(HTFW序無(wú)此功能)，以確保傳熱系數(shù)值計(jì)算的正確。在評(píng)估計(jì)算結(jié)果的同時(shí)，應(yīng)考慮程序計(jì)算的精確度。如果熱阻在管側(cè)和-12 - 殼側(cè)分布平衡，則該設(shè)計(jì)是好的，如果一側(cè)熱阻值過(guò)大，應(yīng)該分析原因，分析管、殼側(cè)冷、熱流體的分 布是否合理，如果是由于某一側(cè)污垢系數(shù)過(guò)大而引起的，則可不必進(jìn)一步修改原設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)余量換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)設(shè)計(jì)余量值的大小

38、取決于計(jì)算精度、實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的操作控制等。例如：對(duì)冷卻水換熱器，當(dāng)水流速大于 1.5m/s時(shí)，沒(méi)必要給出過(guò)大的設(shè)計(jì)余量，過(guò)大的余量反而會(huì)造成水流速的 降低。但對(duì)層流和過(guò)渡區(qū)流動(dòng)，由于計(jì)算精度不好，故需要給出較大的設(shè)計(jì)余量，通常需要在考慮了傳 熱阻力值的大小和程序的計(jì)算精度后決定。對(duì)再沸騰器，過(guò)大的設(shè)計(jì)余量反而是無(wú)益的，特別是在設(shè)備 運(yùn)轉(zhuǎn)初期，會(huì)發(fā)生如控制困難等操作問(wèn)題。另外，有些設(shè)計(jì)計(jì)算，為了滿足允許壓降值的限制，可能會(huì) 造成設(shè)計(jì)余量較大，此時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)判定計(jì)算結(jié)果是否正確或?qū)υ试S壓降值的大小作適當(dāng)?shù)恼{(diào) 整。壓降的利用和分布允許壓降必須盡可能加以利用，如果計(jì)算壓降與允許壓降有實(shí)質(zhì)差別

39、，則必須嘗試改變?cè)O(shè)計(jì)參數(shù)。在校核了計(jì)算所得壓降值是否小于允許值之后，應(yīng)對(duì)壓降的分布作進(jìn)一步的校核，這其中包括有進(jìn)、出口接管處壓降、錯(cuò)流和管窗流的壓降，壓力降必須大部分分布在換熱率高的地方，如橫掠管束的錯(cuò)流流動(dòng)處；如果在接管或管窗處的壓降占總壓降的比例較大，應(yīng)考慮增大接管尺寸及折流板間距。一般對(duì)進(jìn)、出口接管的壓降希望控制在總壓降的30%左右。特別對(duì)有軸向接管的換熱器，接管部分的壓降最好控制在總壓降的30%以下，否則會(huì)造成管子進(jìn)口處的偏流。為防止物流對(duì)殼程入口處的管子進(jìn)行沖擊，引起 振動(dòng)和腐蝕，一般均在換熱器殼程進(jìn)口處設(shè)置防沖板或分布器，在計(jì)算壓降時(shí)要有所考慮。另一個(gè)必須 記住的事實(shí)是，允許壓降是

40、人為給定的，所以，如果在設(shè)計(jì)中允許壓降得到了充分利用，而增加一點(diǎn)壓 降會(huì)增加很大的經(jīng)濟(jì)性，則應(yīng)再行設(shè)計(jì)并考慮增加允許壓降的可能性。換熱器壓力濯等者將表.操作壓力壓力降A(chǔ)P(MPa)0健壓)P 100表壓,下同)P ;0 24 1.00.0351.0 3.00 035-Q.1P3.0-8.00.07*0.25解決殼側(cè)壓降大的方法有：1增大殼徑；2選用雙弓折流板；3增大折流板間距；4 2臺(tái)換熱器并聯(lián);5可以試試壓降是不是集中在管嘴，如果管嘴太小，壓降也會(huì)很大。當(dāng)你通過(guò)改變折流板間距來(lái)減小壓-13 -降時(shí)還要考慮最大無(wú)支撐跨距的問(wèn)題，不能無(wú)限的加大;流速需校核管子進(jìn)出口處、殼側(cè)進(jìn)口處和接管內(nèi)的流速。

41、一般來(lái)說(shuō)流體流速在允許壓降范圍內(nèi)應(yīng)盡量選 高一些，以便獲得較大的換熱系數(shù)和較小污垢沉積，但流速過(guò)大會(huì)造成腐蝕并發(fā)生管子振動(dòng)，而流速過(guò)小則管內(nèi)易結(jié)垢。對(duì)冷卻水系統(tǒng)，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)可參考下表中推薦的值(碳鋼管)。« I -2 水的流速哀t管內(nèi)英 嫻n h鼠叱流通 /(in/*)*高流速/( ni/a)誠(chéng)宜彼速/( kh/a)凝姑木0. 6-Ql 910同水(干用的J加甘0. 6-0. 9J.7用玨水工處理的1明瞥Q6 0, 93.7Id -14海水青銅律的管0. 75 -0.910海事帖恨管0/T5 -0 924A1-3常用流體流速范圍網(wǎng)流體種費(fèi)般液體域結(jié)折液體氣 體疏速鞋彈0.5 * j, n> 13-30先科a 1 - is>0. 53-15ft 1 -4 不同站度的液體在換熱器內(nèi)的最大流速閡整體帖厘/1eP*>