内容发布更新时间 : 2024/11/15 6:38:43星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
HTRI Xchanger Suite 5.0
(1)Geometry:换热器的类型选择。包括以下几个部分:
-Shell Geometry:确定壳程的几何参数。在Rating和Simulation模式下,壳内径(ID)是唯一需要输入的数据。有三种单位类型:SI:mm MKH:mm US:inch ID项Design mode不需填入壳的内径尺寸,Rating mode时参考Design mode计算后的结果,填入数值并根据结果进行调整(16\以下为pipe,16\以上常以50mm为进阶单位)。换热器的壳径越大,单位传热面积的金属耗量则越低,但注意:壳径不要大于1000 inch(约25米);
壳类型(Shell style)影响热传递和压降。TEMA中E型是最常用的类型,代表单壳程,其他字母代表的作用是用来平衡热传递和压降要求。例如,TEMA标准中X壳程有最小的壳侧压降。
定位(Shell orientation):有两种:
? 水平(Horizontal):最常用的选择,TEMA中E壳程经验定位为垂直,其余的常定
位为水平;
? 垂直(Vertical):应用在以下几个方面
1. 简化的换热器模型; 2. 垂直管侧热虹吸;
3. 许多防止相分离的进料/出料换热器; 4. 当要求过冷时管侧冷凝。
要记住IST不处理壳侧下流沸腾或上流冷凝,两相管侧流体的多管程系统换热管不能垂
直定位。当壳侧为单相流、管侧冷凝且管程为单管程时是允许有倾斜的(倾斜角度1-20度)。利用壳侧的倾斜确保冷凝物的排出。
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。 注意:a)两个单壳程换热器串连→number of shells in series 设臵为2,最好不要超过10; b)2壳程应是根据分流型式,选择壳体型式为F、G或者H类型;
c)numbers of shells in parallel是指多台换热器并联,即将输入物流平均分配到几个换
热器中。程序会平均分配总输入物流到各个换热器,然后利用分割后的流量和Geometry参数来计算单个换热器的性能。但是最后给出的换热面积、热负荷等是所有换热器的总和。
流向(Flow Direction):流体在壳程中的流向与管程中的流体的流向的相对位臵,仅对E
壳程可用,有两项:
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a) Flow in 1st tubepass:Cocurrent→同向;Countercurrent→逆向。一般选择后者,但是当冷却粘度较大流体时,顺流操作比逆流换热要好,因为冷流体可以获得较高的传热系数。
b) Flow in train:仅对两台或以上换热器串连时有用,Cocurrent→同向;Countercurrent→逆向。
-Tubes Geometry:定义换热管几何参数,有管型、管长、管外径(OD,对低翅片管来说,
输入光滑端的管子外径)、管厚(Wall thickness)、管间距(pitch)、管排列角度(Tube layout angle)、管程数(Tubepasses)和管子数(Tubecount)。对于Design Mode,只需输入Pitch和Wall thickness,其他的数据有默认值或者可由IST自行计算。
? 一般利用光滑管(plain),当壳程流体的膜传热系数只有管程的1/3时,需要采用低
翅片管来强化传热(Low-finned),这时IST需要你输入翅片的几何参数。如果你利用低翅片管(Low-finned)来冷凝,要记住较高的翅片密度会影响冷凝持续力,这时IST就会给出一个警告信息。通常低翅片管只适用于污垢系数不大于0.00017m2K/W的介质,且流体对翅片没有磨蚀作用。翅片的直径不应大于其基管直径,在管壳式换热器中不使用高翅片管,但在套管式和多管式套管换热器中可以使用纵向高翅片管。
? 平均管厚(thickness)是必须要输入的,对于低翅片管,输入光滑端管的壁厚。壁厚影
响管侧流动面积,按下拉键可以从壁厚数据库中选择一个合适的壁厚。管厚需要设备专业进行确认。数据单位可以设臵为BWG(Birmingham Wire Gage)。管厚一般选择2.11mm。
? 管间距也是必须要输入的,有三个数据:1.25、1.3333和1.5,根据需要选择一个。 ? 排列角度有4个: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度布臵(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)布臵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。三角形布臵有利于壳程物流的湍流;正方形和旋转正方形布臵有利于清洗。壳侧压降:30°>45°>60°>90°。 ? 两相流多管程: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
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侧沸腾,IST假定第一管程在壳程的最底端。这一点在管程布臵窗口容易被忽略!! ? Tube material: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。
? Type:指定换热管类型,有两种:光滑管(plain)和低翅片管(low-finned)。 ? Tube OD-管外径:输入管外径。对于低翅片管,输入光滑端管子的外径。下拉键
中列出了标准管径,可以从中选取。19mm的管子应用:水走管侧的冷却器、较小传热面积的换热器、管侧污垢热阻小于0.00041HrM2℃/Kcal。对于易结垢的物料,采用25mm的管子,或者管侧再沸,或者管侧污垢热阻大于等于0.00041HrM2℃/Kcal;对于有气液两相流的物料,要选用较大的管径,如再沸器、锅炉等多采用32mm的管子;对于直接火加热的采用76mm的管径。
? Tubepasses-管程:指定换热器的管程,当换热器的换热面积较大而管子又不能很长
时,为了提高流体在馆内的流速,须将管子分程。IST允许的值有1、2、3、4、6、8、10、12、14、16,最常用的是1,2和4。程数过多,导致管程流动阻力加大,动力能耗增大,同时多程会使平均温差下降,设计时应权衡考虑。管程数Np可按
Np=下式计算:
u'u;u-管程内流体的适宜速度(m/s);-管程内流体的实际速度(m/s)。
u'然后再根据管侧的流速及压降进行调整。
? Tubecount-管子数:指定换热器管子数。对U型管来说,管子数指的是管板上的管
孔数。先参考Design mode下run出的数值填入(将计算数值打九折后取偶数根),然后再根据结果进行调整。 ? 管束的最大可移动重量为20吨。
管壳式换热器中常用的流速范围
流体的种类 流速 m/s 管程 壳程 一般流体 0.5~3.0 0.2~1.5 易结垢流体 >1.0 >0.5 气体 5.0~30 3.0~15 水的流速表(管内)
类别 凝结水 河水(干净的) 循环水(处理
管材 钢管 钢管 钢管 最低流速(m/s) 最高流速(m/s) 适宜流速(m/s) 0.6~0.9 0.6~0.9 0.6~0.9 - 11 -
3.0 3.7 3.7 1.8~2.4 HTRI Xchanger Suite 5.0
的) 海水 海水 含铜镍的管 铝铜管 0.75~0.9 0.75~0.9 不同黏度流体的常用流速
黏度/cP Vmax/m/s >1500 0.6 1500~500 0.75 500~100 1.1 100~35 1.5 35~1 1.8 <1 2.4 3.0 2.4 ? Length-管长:系列标准钢管长度有:1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9和
12m。TEMA标准管长:96、120、144、196、240inch(2438、3048、3658、4978、6096mm)。对于管子无支撑跨距超过上述规定值的0.8倍时,应在管束间设臵支持板。对U型管来说,管长指的是管口到U型弯曲部分的切线之间的距离,它包括了所有管板的厚度。另外,管长L和壳内径ID的比例应适当,一般L/ID=4~6。无相变换热时,管子长,传热系数增加,管程数少,压降低;但是过长会给制造带来麻烦,首选3048mm和6096mm。 ? 换热管直径与管间距的选择: 管外径d 0/mm 管中心间距(pitch)/mm Pitch Ratop 10 14 14 19 16 22 1.375 19 25 1.316 25 32 1.280 32 40 1.250 38 48 1.263 注:16mm应用于进出料换热器,操作介质较干净,目前使用较少;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) 出于工艺设计考虑,如换热器的允许压降较小时。32mm和38mm的管子只是出于工艺设计考虑,如换热器的允许压降较小时。32mm和38mm的管子只是出于工艺考虑,如换热器的允许压降较小时,目前使用较少。
Tube若无给定数值,则一般首选长6m或3m,管外径25.4mm或19mm,壁厚
2.77mm或2.1mm,排列方式选30度。
? Rigorous Tubecount: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! 1. “Rigorous method”给出管束中每一根管的位臵;
2. “Rigorous method”评估管束中处于交叉位臵的管子的数量,如果你选择了此方
法,那么管子排列图片就不再可用。
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