HTRI Xchanger Suite 5.0
目 录
一、 换热器的基础设计知识 --------------------------------------------------------------------------- - 2 -
1.1 换热器的分类 ------------------------------------------------------------------------------------ - 2 - 1.2换热器类型 ---------------------------------------------------------------------------------------- - 3 - 1.3换热器壳型及封头选取小结 ------------------------------------------------------------------- - 3 - 二、IST HTRI的应用 --------------------------------------------------------------------------------- - 5 -
2.1 方法类型(Method mode) ---------------------------------------------------------------------- - 5 - 2.2设计要求： ---------------------------------------------------------------------------------------- - 6 - 2.3测量单位设臵 ------------------------------------------------------------------------------------- - 6 - 2.4流体分配－Fluid Allocation ------------------------------------------------------------------- - 7 - 2. 5 HTRI主功能按钮 ------------------------------------------------------------------------------- - 8 -
2. 5. 1 Input --------------------------------------------------------------------------------------- - 8 - 2.5.2 Report ----------------------------------------------------------------------------------- - 22 - 2.5.3 Graphs ------------------------------------------------------------------------------------- - 22 - 2.5.4 Drawings ---------------------------------------------------------------------------------- - 22 - 2.5.5 Shells-in-Series --------------------------------------------------------------------------- - 22 -
三、输出结论 ---------------------------------------------------------------------------------------------- - 22 -
3.1一般结论 ------------------------------------------------------------------------------------------ - 23 -
3.1.1 总传热系数(裕量)不足的调节措施 ------------------------------------------------- - 23 - 3.1.2 壳程流速过高的调节措施 ------------------------------------------------------------ - 24 -
四、其他类型的换热器 --------------------------------------------------------------------------------- - 26 -
4.1再沸器(Reboiler) -------------------------------------------------------------------------------- - 26 - 五、换热器的系统设计 --------------------------------------------------------------------------------- - 27 -
5.1换热器的温度测量和控制方案 --------------------------------------------------------------- - 27 - 5.2换热器系统设计要求 --------------------------------------------------------------------------- - 29 - 5.3 蒸发器系统设计 -------------------------------------------------------------------------------- - 30 - 5.4 再沸器系统设计 -------------------------------------------------------------------------------- - 32 - 5.5 冷凝器系统设计 -------------------------------------------------------------------------------- - 35 - 5. 6 空冷系统设计 ---------------------------------------------------------------------------------- - 38 -
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HTRI Exchanger 使用手册
一、 换热器的基础设计知识
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、括板薄膜式、离心薄膜式 (5)其他型式：板壳式、热管 2．按换热器服务类型分类：
(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，制程蒸汽被全部或部分的转化成液体。 (4)冷却器(Cooler)：用水或空气冷却，不发生相变化及热的再利用。
(5)加热器(Heater)：增加热函，通常没有相变化，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行加热。
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(7)再沸器(Reboiler)：提供蒸馏潜热至分流塔的底部。
(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。通常为满足制程需要后多余的热量。
(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部分水分以浓缩水溶液。 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。 －命名是以TEMA的原则命名；
－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。为避免折流板太厚，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50～100%。通常液体的高液位要浸没过换热管，需有液位控制；
X→Cross Flow 交叉流，要求壳侧压降和流速非常低，因此可降低换热管振动的可能性，但
流量分布不均匀(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
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；
(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、排除不凝气、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；
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(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) 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；
(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行机
械清洗及检查但可用化学清洗的情况；
(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
侧都可进行机械清洗，但需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，管束外表面可用机械清洗的方法。U型管的结构不适用于污垢系数较大的情
况，立式再沸器不可选用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 服务于高压：DEU
－从价格上来说：B_U< DEU < N_N < B_M < A_S.
? 套管式换热器/翅片管式换热器(Jacketed pipe/Hairpin Exchanger)：套管式换热器的优点
是结构简单，能耐高压；缺点是单位传热面积的金属消耗量大，管子接头多，检修和清洗不方便。
? 板式换热器(Plate and Frame Exchanger)：核心部件是金属板片，分为平板式、螺旋板式、
板翅式和热板式四种。优点是结构紧凑，组装灵活，具有较高的传热效率，有利于维修和清洗；缺点是处理量小，操作压力和温度受密封垫片材料性能限制而不宜过高，一般工作压力在2.5Mpa以下，工作温度在-35～200℃。
? 空冷器(Air cooler)：程序中未加入风扇的相关性能，如功率、风量等。 －后封头
(1)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；
(2)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；
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