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-HTRIXchangerSuite6.0用户使用手册（ShellandTubeExchanger）(Xist）编制单位：洛阳石油化工工程公司编制：校审：1当用户打开一个HTRI输入数据文件或者新建一个HTRI输入数据文件时，出现在屏幕上的是InputSummary。这个简要输入界面只包括工艺条件和几何参数的一部分数据，不包括冷热流体的物性数据部分。因此，将InputSummary输入完成后还不能进行计算，必须完成冷、热流体物性数据的输入，才能进行工况计算。在输入过程中，带红框的输入项是必需的，如果没有数据，是不能进行工况计算的。下面按照每类数据对各输入项详细加以介绍。CaseMode：计算类型HTRIXchangerSuite软件包中的管壳式换热器（ShellandTubeExchanger）部分具有三种计算功能，分别为Rating（核算）、Simulation（模拟）和Design（设计）。缺省的计算类型为核算模式。核算是对给定几何参数的换热器，根据提供的工艺条件确定换热器负荷。模拟是对给定几何条件的换热器，在较少的工艺条件下，计算换热器的性能，其昀终结果是换热器所能达到的昀大热负荷。核算与模拟的唯一差别在于提供的工艺条件不同。对核算模式需提供足够的工艺条件，以确定换热器负荷；对模拟模式程序计算换热器性能，得出换热器所能达到的昀大负荷。设计模式中定义了换热器的大多数的几何结构和足够的工艺条件后，软件来计算需要的热负荷。然后计算其他缺少的几何结构、热传递系数和压力降。这一程序可以设计壳体类型、壳体直径、管长、折流板间距、折流板类型、管径和管心距。设计过程是交互式的，由用户来控制每一个几何参数的允许范围。一般设计计算时先选择Designmode以确定初步优选方案，继而选择Ratingmode整壳和管的直径、折流板数(Crosspasses)、折流板间距(Spacing)、换热管数目(Tubecount)、折流板切口(Bafflecut)等参数细部计算及微调以符合设计要求。Geometry：几何参数当用户选择几何参数时，出现此部分的简要输入。对简要输入不作说明，参见以下各输入项的详细介绍。Geometry→→shell：壳程部分TEMAType（TEMA类型）：分别指定前端头盖（管箱）、壳体和后端头盖型式。前端头盖型式有A、B、C、D和N；壳体型式分为E、F、G、H、J、K和X；后端头盖型式有L、M、N、P、S、T、U和W，参见图1。前端头盖型式对传热和压力降无影响，但壳体型式和后端头盖型式对传热和压力降有影响。2图1前端头盖、壳体和后端头盖型式图Shellinsidediameter（壳体内径）：输入壳体内径值，对设计工况不需要。注意：输入值必须小于25400mm(1000in)。对Kettle重沸器，是指壳体脖子处的直径，而不是釜的直径，参见图5。3MultipeShells（多台设备）：此部分有两个输入项。①Numberofshellsinparallel（并联台数）：给定并联台数，并联设备的几何参数是完全相同的。在计算时将总量除以并联台数得到单台设备的流率，然后以此值为基准对单台设备进行计算，但输出结果中的热负荷、换热面积等均为总的值。②Numberofshellsinseries（串联台数）：给定串联台数，输入值可以为1～10之间的任何整数值。注意：在计算多台设备串联时，出现“Shells-in-SeriesView”视图，显示计算过程的中间状态。缺省情况下所有串联设备几何参数均相同，用户可以计算不同几何参数的设备串联。ShellOrientation（壳体方位）：规定设备的安装方位，有卧式、立式和倾斜(倾斜角度为1～20度)三种选择，参见图2。卧式适用于所有壳体类型；立式适用于TEMAE型，对J,X型壳体要求壳程流体为单相，对F,G和H型壳体要求两侧流体均为单相，对K型壳体不允许采用立式；倾斜适用于所有壳体，但当管内为介质冷凝时必须采用单管程且壳程为单相流体。缺省为卧式安装。图2设备安装方位图注意：Xist要求沸腾流体向上流动，冷凝流体向下流动，对管内降膜蒸发和回流冷凝也是允许的。Flowdirection（流动方向）：有两个输入项，一个是针对一台设备内冷热流体在第一管程的流动方向，另一个是针对多台设备串联时冷热流体进出换热器的流动方向。①Flowin1sttubepass（第一管程的流动方向）：规定第一管程相对于壳程的流动方向，可以为顺流和逆流，此项只适合于E型壳体，参见图3。缺省为逆流。注意：此项影响壳程入口的位置，对传热和压力降及温差的影响很小。Xist假定管程流体均从前端头盖（管箱）进入换热器，此项的改变意味着壳程入口嘴子位置的改变。如果改变了此选项的值，Xist将改变壳程入口嘴子位置，使两者保持一致。②flowintrain（串联系列的流动方向）：规定串联系列中热流体相对冷流体的流动方向，此项只有两台以上换热器串联时才有意义。Xist假定热流体从串联系列的第一台进入，顺流时冷流体也从第一台进入，逆流时冷流体从串联系列的昀后一台换热器进入。有并流和逆流两个选项，参见图4，缺省值为逆流。注意：此项与“第一管程的流动方向（Flowin1sttubepass）”无关。4（a）第一管程顺流（b）第一管程逆流图3流动方向示意图（a）串联系列中的顺流（b）串联系列中的逆流图4串联系列流动方向示意图HotFluidLocation（热流体位置）：规定热流体走管程还是走管外（壳程）。缺省值为热流体走壳程。影响热流体位置的因素有压力(如果没有特殊的要求，较高压力的流体应该安排走管程，因为这样安排使制造成本低得多)、腐蚀(有腐蚀性的流体走管程，因为防腐材料价格昂贵)、结垢和清垢(在很多场合结垢热阻往往是换热器的主要控制因素。HTRI推荐管程冷却水的流速应在1.8m/s左右，高速流动可防止污垢的生成。在设计折流板时，采用合理的折流板间距与缺圆高度，同时为防止壳程流体结垢，可采用双弓板、三弓板、窗口不布管等结构来减小壳程的滞留区。聚合结垢与壁温关系密切。清垢建议：①一般来说，易结垢的流体走管程；②如果采用化学清洗，易结垢流体走壳程；③假如机械清垢应采用直管；④壳程高压水清垢，应采用大的管心距和45°和90°管子排列形式，这种排列形式的缺点是所需壳径增大；⑤假如壳程结垢严重谨慎使用螺纹管)、流体粘度(大多数情况下高粘流体走壳程有利于提高壳程的传热。但是如果高粘流体在壳程处于层流状态，尤其是采用螺纹管时，在这种情况下应改为走管程。)、允许压力降(管程能有效利用压力降产生昀大的温差推动力，因此传热和压力降都是控制因素的流体走管程，有很大压力降的流体走管程)。注意：当改变热流体位置时，用户并不需要修改其它参数。工艺条件、物性和其5它参数将自动转换到相应的流体。Geometry→→reboiler：重沸器部分ReboilerData（重沸器数据）：此部分共有7个输入项。①Reboilertype（重沸器类型）：规定重沸器类型，有三种选择，其一是“NoPipingSpecified（没有管线规定）”，即普通的管壳式换热器；其二是“ThermosiphonReboiler（热虹吸重沸器）”，需要输入入口和出口管线数据。如果未给定需要的静压头，Xist根据规定的流率和汽相分率计算正常循环时需要的液体推动力。反之，如果给定了需要的液体静压头（Requiredliquidstatichead），Xist通过改变沸腾流体的流率和出口汽相分率来满足给定的值。为了满足热负荷要求，可能需要改变热载体流率；其三是“ForcedFlowReoiler（强制流动重沸器）”，需要输入入口和出口管线数据。②Bundlediameter（管束直径）：规定壳体中管束直径，此项只对K型重沸器有效，参见图5。壳径和管束直径只需要输入一个，Xist根据管束至壳体的间隙计算另一个值。注意：假如壳径、管束直径和管束至壳体的间隙都输入，程序采用壳径减间隙得到管束直径值，覆盖输入的管束直径。图5Kettle重沸器壳径、管束直径和釜直径示意③Kettlediameter（釜的直径）：规定釜式重沸器釜的内径，此项只对釜式重沸器有效。注意：程序计算出的釜直径为管束直径的1.4～3.0倍，此外，Xist需要釜直径至少比管束直径大254mm。④Entrainmentratio（雾沫夹带比）：规定釜式重沸器出口汽体中夹带的液体量，即单位汽体夹带的液体量。此项只用于釜式重沸器，其它形式的壳体不用。缺省为0.01，一般为0.005～0.05。⑤Numberofboilingcomponents（沸腾组分数目）：输入Xist用于计算沸程的组分数目。注意：沸腾组分数目用于计算沸程修正值。精确组分数目并不重要，此项不输入对结果也不会产生太大的影响。6⑥Requiredliquidstatichead（需要的液体静压头）：规定塔内液位与重沸器管束底部之间的垂直距离。注意：如果给定了热虹吸重沸器液体静压头值，Xist计算沸腾流体的流率和出口汽相分率来满足给定的给定值。用户输入的冷流流率和出口汽相分率都将被忽略。⑦InletPressureLocation（入口压力位置）：指定“工艺条件”部分输入的入口压力的具体位置。对于规定入口管线和出口管线以及Kettle重沸器工况，此输入项才有意义。有三个不同的选项，其一是换热器入口嘴子处（Atinletnozzle），是指换热器入口嘴子的静压；其二是塔底处（Atcolumebottom），是指塔中液面处的静压；其三是管束顶部处（Attopofbundle），是指Kettle管束顶部处的静压。缺省值为换热器入口嘴子处。Geometry→→tubes：管子部分Type（管子类型）：指定换热器管束中所用的管子类型。Xist允许采用的管子类型有光管（Plain）、低翅片管(Low-finned)，即螺纹管和纵向翅片管（Longitudinalfinned），参见图6a～6c。图6a光管尺寸示意图图6b纵向翅片管示意图图6c低翅片管(螺纹管)尺寸示意图TubeOD（管子外径）：规定管子外径值，对螺纹管是指光管的端部直径，参见图6c。注意：可以直接输入管外径，也可以从下拉菜单中选择。输入的管外径必须大于管壁厚的两倍。Averagewallthicknes（平均管壁厚度）：直接规定管壁厚度或从下拉菜单中选择BWG(BirminghamWireGage伯明翰线规)值，对低翅片管(螺纹管)，是指光管端部的管壁厚度。7注意：输入的管壁厚必须小于管径的一半，此值影响管内流通面积。此输入项右侧的按钮允许用户以BWG的形式规定管壁厚。Tubepitch（管心距）：有两个输入项，管心距与比值只需要输入其一，因为两者是互相关联的。如果改变管心距的值，比值跟着发生变化；反之，当比值变化时，管心距的值也跟着变化。①pitch管心距：直接规定管心距或者以管心距与管外径的比值来规定，管心距的定义参见图7。②ratio比值：规定管心距与管外径的比值或者直接规定管心距，管心距的定义参见图7。Bundlegeometry（管束几何参数）：此部分有5个输入项，其中管长和管程数是必须输入数据的。①Tubelayoutangle（管子排列角度）：规定换热器管束中管子排列形式，其值为30、45、60、90四个值，参见图7。注意：管子排列形式是以穿过管束的流动方向为基准定义的，而不是按管束的方位定义。当改变折流板的切口方向而不改变管子排列角度时，Xist将旋转管束来保持排管角度不变。②Tubepasses（管程数）：规定换热器管束的管程数。Xist允许的管程数为1、2、3、4、6、8、10、12、14、16。缺省值为单管程。注意：U形管只能为偶数管程；对双程壳体（TEMAF、G和H型壳体），管程数也只能为偶数；对立式安装的设备，如果管内为两相流体，只能采用单管程。③Length（管长）：输入换热器管束中管子长度，对U形管是指到昀外圈管子切点的长度(在切点处管子开始弯曲)。管长包括管板中的那部分，即此值不是指有