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-HTRIXchangerSuite3.0用户使用手册（ShellandTubeExchanger）(AirCooler）编制单位：洛阳石油化工工程公司编制：邓方义校审：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。设计模式有两个独立的选项：Classic（经典）和Grid（网格）设计。在经典设计中程序采用昀少串联和并联台数且面积昀小的换热器来满足给定的工艺、物性和几何参数等的限制条件。工艺限制必须包括热负荷(直接给定或可以从其它条件中计算出来)，也可以包括压力降和速度限制等。必需的昀小几何参数是管长、管心距、管子排列方式、管径和管壁厚。对网格设计有更多选项来控制设计过程。用户可以规定一些关键参数的范围来对设计过程进行考核。设计过程完成后，程序给出满足工艺限制的昀小换热器。可调参数包括：壳径、折流板间距、管程数、管长、管心距与管外径的比值、管径、壳体类型和折流板类型。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，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。缺省值为没有管线规定。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