HTRI6.0手册 HTRI Xchanger Suite 5.0HTRI Exchanger 运用手册一、 换热器的根底设计学问 1.1 换热器的分类1．按作用原理和实现传热的方式分类 (1)混合式换热器；(2)蓄热式换热器；〔3〕间壁式换热器 其中间壁式换热器按传热面的形态和构造分类： (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、括板薄膜式、离心薄膜式 (5)其他型式：板壳式、热管 2．按换热器效劳类型分类： (1)交换器(Exchanger): 在两侧流体间传递热量2)冷却器(Chiller)：用制冷剂冷却流体制冷剂有氨(Ammonia)、乙烯、丙烯、冷却水(Chilled water)或盐水(brine) (3)冷凝器(Condenser)：在此单元中，制程蒸汽被全部或局部的转化成液体 (4)冷却器(Cooler)：用水或空气冷却，不发生相改变及热的再利用5)加热器(Heater)：增加热函，通常没有相改变，用如Dowtherm或热油作为热媒加热流体。
(6)过热器(Superheater)：高于蒸汽的饱和蒸汽压进展加热 (7)再沸器(Reboiler)：供应蒸馏潜热至分流塔的底部 - 1 -HTRI Xchanger Suite 5.0(8)蒸汽发生器(Steam generator)〔废热锅炉(waste heat boiler)〕：用产生的蒸汽带走热流体中的热量通常为满足制程须要后多余的热量9)蒸馏器(Vaporizer)：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 (10)脱水器(Evaporator)：将水蒸气浓缩为水溶液通过蒸发局部水分以浓缩水溶液 1.2换热器类型 ?管壳式换热器(Shell and Tube Exchanger)：主要应用的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，但下述两种状况运用浮头式：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) 简单使管子腐蚀或者在壳程中简单结垢的介质 －命名是以TEMA的原那么命名；－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为幸免折流板太厚，壳侧设计压力低于10psi，最好小于等于5psi(0.35Kg/cm2G)，设计温度小于180℃；压降较大，为E壳程的8倍。
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50～101%通常液体的高液位要浸没过换热管，需有液位限制；X→Cross Flow 穿插流，要求壳侧压降和流速特别低，因此可降低换热管振动的可能性，但流量分布不匀称(在壳侧入口处)是最大的一个问题 1.3换热器壳型及封头选取小结(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穿插，须要两台或两台以上的多管程换热器串联才能满意要求时，为削减串联换热器的台数，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；并建议设臵纵向隔板，有利于防止轻组分飞溅、解除不凝气、流体均布、加强混合；(3)G 型〔分流〕壳体较 F 型壳体更受欢送，因为G型温度校正因子与F型相当,但壳程压降比F型小许多；假设压降还不能满意，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 -HTRI Xchanger Suite 5.0(2) 对于水冷却器，当管侧须要定期清洗，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展机械清洗及检查但可用化学清洗的状况；(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管侧和壳侧都可进展机械清洗，但须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，管束外外表可用机械清洗的方法U型管的构造不适用于污垢系数较大的状况，立式再沸器不行选用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 效劳于高压：DEU－从价格上来说：B_U1.0 >0.5 气体 5.0~30 3.0~15 管材 钢管 钢管 最低流速(m/s) 0.6～0.9 0.6～0.9 - 9 -最高流速(m/s) 3.0 3.7 相宜流速(m/s) HTRI Xchanger Suite 5.0循环水(处理的) 海水 海水 钢管 含铜镍的管 铝铜管 0.6～0.9 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 0.75 500~101 1.1 101~35 1.5 35~1 1.8 0.6，E<0.15， A最好小于0.1，但最大不超过0.2。
如果B流型小于0.6，那是因为折流板间距(Baffle Spacing)太小，需要增加其值；C流型一般要小于0.1，可增加铅封带(sealing strips)来降低其值；可试着调试crosspasses(折流板数)值；F=0或接近0，若F值过大，可调整管程中管子的排列方式(tubepass arrangement)，使F 流体改变流动形式以满足要求；(2)在右下角“Velocities，ft/sec”中，假如折流板是Segmental baffles，那么Crossflow和Window较大值与较小值的比值要在1.0～1.5之间，最好接近1；假如折流板是NTIW baffle，那么Window/Cross＝2～3假设不满意要求可试着调试baffle cut值，但最大不得超过45％baffle cut值最好在17％～35％，baffle spacing值最好在20％～101％Shell ID - 21 -HTRI Xchanger Suite 5.0(3)第13行中EMTD＝MTD×Δ×(F/G/H)，其中：MTD－冷热流体间的平均温度差；MTD＝ ?t2??t1?tln2Δ－漏液和旁路(Bypass)流的温度修正系数，其值必需要大于0.8，否那么计算结果不正确； ?t1(F/G/H)－F、G和H壳程热传递修正系数，其余的壳程型式此值为1.0。
(4)Overdesign对不易结垢流体其值≦5％；对易结垢流体5％≦Overdesign≦10％ (5)换热管内液体流速应当为1～3m/s，气体流速应当为9～30m/s (6)对于蒸发工况，压降约为0.1bar，其他工况约为0.2～0.68bar BTU-British Thermal Unit，1BTU=1.055kJ，1kcal＝3.9683BTU四、其他类型的换热器4.1再沸器(Reboiler)分为kettle式和热虹吸式(Thermosiphon)两种 (1)Kettle式：Shell Geometry中选择K型壳程 ID中输入釜径 在Reboiler的Bundle diameter中输 入釜体小头端的直径 指定冷流体在壳侧，同时在process中指定冷流体为沸腾相(Boiling) 输入冷热流体的性质和工艺参数，起先模拟 (2)Thermosiphon式：也有两种，水平热虹吸和垂直热虹吸 水平热虹吸：壳程水平定位 Reboiler的Reboiler type中选择Forced Flow Reboiler 假如指定了 须要的静压头(Required liquid static)，程序就会通过不断调整冷流体流速和出口蒸汽分率反复计算来到达 - 22 -HTRI Xchanger Suite 5.0你指定的值。
当指定静压头后，最好把换热器的热负荷输入(假如确定)，因为假如不输入，会大大增加程序运行的时间；假如未指定须要的静压头，程序会自动计算出一个值来满意工艺条件的须要 指定入口和出口热虹吸管的尺寸 指定工艺条件和物流的物性参数，对于真空热虹吸，要么指定冷流体在各种压力下的热释放曲线，要么利用Program-Calculated option因为在低压时，压力对气液平衡的影响特别大 起先模拟，结果报告会给出热虹吸管压降 垂直热虹吸：参数设臵同水平热虹吸，唯一的不同是把壳程定位为垂直 五、换热器的系统设计5.1换热器的温度测量和限制方案1. 对平常不须要检测温度，只有开车时才测温处，管道上设臵温度计套管〔TW〕即可，须要时再装入温度计，如下列图 注：图中冷却水管不能完全切断，冷却水侧不需设膨胀用平安阀，但应考虑换热管裂开工况(当换热器低 压侧的压力高于高压侧的11/13时需设)；冷却水和物料的出口均设有温度计套管，供测温用 2. 对生产中须要经常测量温度处，可设就地温度计〔TG〕，如下列图 - 23 - HTRI Xchanger Suite 5.0 注：图中的冷却水出、入口设有切断阀，冷却水测须要设臵液体膨胀或换热管裂开用平安阀；冷却水进出口阀前设有防冻旁路(视当地环境温度，假设最低环境温度低于0℃，那么设)，冷却水上切断阀后设有放净阀；冷却水出口管道上的放空阀也可用作检测冷却水中含物料量的取样口。
3. 对生产中须要经常检查温度处，需在限制室设温度指示计(TI)，如下列图 注：(1) 冷却器利用物料出口温度限制冷却水入口的调整阀，以到达限制冷却水量的目的； (2) 冷却水出口的压力限制冷却水出口的切断阀；在换热管裂开时，冷却水侧的压力会急剧上升，为了避 免渗漏的物料进入工厂冷却水系统，该阀切断； - 24 -HTRI Xchanger Suite 5.0 (3) 同样为了幸免物料进入冷却水系统，在冷却水入口处设有止回阀； (4) 冷却器的壳体侧设有液体膨胀泄压或换热管裂开用平安阀 4. 一般就地温度指示计〔TG〕和限制室内的温度指示计〔TI〕二者只设一个，只有对温度限制很重要处(一般指物料侧)才同时设臵就地温度指示计〔TG〕和限制室内的温度指示计〔TI〕或限制室指示、限制计〔TIC〕但此时，温度指示计〔TG〕和〔TI〕一般不在同一测温点测温，而在两个点测温以保证测得的温度具有代表性，如上图对物料出口的温度检测所示5. 可用工艺物料出口温度来限制加热、冷却介质的流量，以限制工艺物料的温。