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1、HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 1 - 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

2、 (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

3、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。 (7) 再沸器(Reboiler) ：提供 蒸馏潜热 至分 流塔的底 部。 HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 2 - (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

4、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

5、 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/cm 2 G) ，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，

6、 一般 汽化率大 于 50100% 。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；并建议设置

7、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； (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； HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 3 - (2) 对于水冷 却器 ，当管侧 需要 定期清洗 ，

8、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

9、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(Ja

10、cketed 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)

11、 ：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； (3)T type(Pull-through floating head) ： 管束和壳 之间 的距离相 对较 大，因此 在同 壳径的情 况下 排布的管 子数 比其他的 要少 ； (4)S type(Split-ring floating head) ：壳侧 和管侧都 可进 行机械清 洗， 但需要人 工把 管

12、束抽出 。 HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 4 -二、IST HTRI 的应用 2.1 方法类型(Method mode) Rating （核算） 定义了换 热器 类型和足 够的 工艺条件 后， 软件来计 算热 传递系数 和压 力降， 并 把计 算结果与 需要 的热负荷 进 行对比， 给出 热负荷是 不足 还是超过 。 Simulation （模 拟） ：定义 了换热器 类型 和比 Rating 更少的工 艺条 件后，软 件来 计算热传 递系 数、压力 降和 热负荷。 给出 的热负荷 是最 大操作热 负荷 。 Design （设计） 定义了换 热器 的

13、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、 管 间距、 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。 热虹吸再 沸器 ：软件计 算进 口管道和 出口 管道的压 降。 釜式再沸 器： 软件计算 釜体 直径和内 部的 再循环速 率。 注意 ：一 般做 设计计算 时先 选择 Design mode 以确定 初步优选 方案 ，继而选 择 Simulatio

14、n 及 Rating mode, 调 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(Baffle HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 5 - cut) 等参数细 部计算及 微调 以符合设 计要 求。 2.2 设计要求 ： (1) 热交换器 中工艺流 体为 局部冷却 （subcooling ）时，使用的 类型 为 dam baffle ； (2)crosspass( 折流板数 目) 在换热器 为卧 式的情形 下一 般为奇数 个， 若为立式 无特 别要求

15、但 习惯 用奇数个 ； (3)Input Summary-control-safety 下有一些 系数在相 应的 情况下需 填入 数值以校 正结 果； (4) 若换热器 为浮动头 或 者 U 形管 ， 则需在 Input Summary-Geometry-Optional 下选择相 应 的项目为“Yes” ； (5)Design mode 下 run 程序 时，Input-Geometry-tubes 下的 tubecount 处选择 Rigorous tubecount 更保险； IST 使 用 一个微 软 Windows 界面来引导 你进行换 热器 的核算工 作。 关于界面 怎么 使用的信

16、 息， 有以下几 种方 式可以获 得： 即时信息 ：把鼠标 指针 放在激活 的需 要输入的 区域 ，按 F1 键获 得帮助； 所有需要 输入的地 方都 用红色的 框表 示出来， 这样 可以帮助 你避 免漏掉什 么； 当你输入 的数据超 出正 常范围时 ，所 输入的数 据以 红色表示 ，提 示你输入 有误 ； 在窗口最 下面有一 个状 态栏，提 示你 输入的各 种信 息。 2.3 测量单位设置 操作界面 上所 有的单位 标签 都是活动 的， 可以利用 它们 来改变输 入项 目的单位 。方 法如下： （1 ） 单击输入 界面 上的单位 ，出 现一个对 话框 （2 ） 从对话框 中选 择你需要 的单

17、 位，单击 下面 的三个按 钮的 一个： Convert ： 把单位和输 入的 数据同时 转换 ；Set Units ：只转换单 位， 不改变输 入值 ； Cancel ： 退出对话框 ，不 作任何转 换。 这种单位 转换 是暂时的 ，如 果你关闭 软件 后再次进 入时 ，单位又 恢复 到默认值 。 在开始一 个模 拟之前， 要想 一下在下 面的 区域要输 入什 么内容， 并注 意软件的 默认 值与你想 要的 一致： Fluid allocation （流体分配 ） T u be l ay o ut angl e ( 管排列 角度) Baffle type( 折流板类 型) Tube wall

18、 thickness( 换热管 厚度) TEM A shel l st y l e( 壳类型) Tube diameter( 换热管 直径) Number of crosspasses( 折流 通道数目) Tube pitch( 换热管 倾斜 度) Number of tubepasses( 管程) Tube length( 换热管管长) S hel l di am et er( 壳径) Tube type(plain or low-finned) 除了上述 的换 热器的几 何参 数外， 还 要输 入工艺条 件和 物流的性 质。 上述的底 划线 表示的项 目在“Design” 条件 下可以为

19、空。 2.4 流体分配Fluid Allocation 一般而言 ，下 列情况介 质走 管程： (1) 腐蚀性介 质， 可降低对 壳侧 材料的要 求； (2) 毒性介质 ，泄 漏的几率 小； HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 6 - (3) 易结垢的 介质 ，便于清 洗和 清扫； (4) 高压流体 ，可 减小对壳 体的 机械强度 的要 求； (5) 高温介质 ，可 改变材质 ，满 足介质要 求； (6) 如果壳侧 流体 是曾流， 可放 管侧，看 能否 达到湍流 ； (7) 循环冷却 水在 管侧流动 。 聚合污垢 对管 侧温度特 别的 敏感，下 面的 设计

20、可以 使清 洗变的容 易： （1 ） 一般把最 容易 结垢的流 体在 管内流动 ； （2 ） 如果利用 化学 清洗法， 把易 结垢流体 放在 壳侧流动 ； （3 ） 如果管侧 利用 机械清洗 法， 那么利用 直的 水平安装 管； （4 ） 如果壳侧 用高 压清洗， 那么 管安装的 倾斜 度要大，45 或 90 ，这样 也要求壳 侧 Diameter 较大； （5 ） 当清洗必 须要 移动管束 时， 利用焊接 的方 式连接管 子， 因为接头 处容 易出现泄 漏的 危险。 （6 ） 当你认为 壳侧 结垢会很 严重 时，那就 要慎 重利用翅 片结 构管。 （7 ） 循环冷却 水在 管侧流动 。 （8

21、 ） 冷却水的 污垢 热阻在水 温超 过 125(52 ) 时应引起注 意。 允许压降(Available Pressure Drop) ： 决定 哪个流体 放在 管侧， 哪个 流 体放在壳 侧。 这样可以 充分 利用现有 的 压 力降来进 行传 热。IST 程序 也利用此 值来 计算管口 的尺 寸。 换热器压 力降 参考值表 操作压 力 P(MPa) 压力降 P(MPa) 0 0.1( 绝压) P/10 0 0.07( 表压 ，下同) P/2 0.07 1.0 0.035 1.0 3.0 0.035 0.18 3.0 8.0 0.07 0.25 壳侧流体 ：许 多压降在 壳和 管之间形 成的

22、 漩涡流产 生， 这样温度 驱动 力很小或 者不 存在。 下面的流 体用于壳 侧： （1 ）在管侧 流体形成 层流 （在壳侧 有可 能是湍流 ） ； （2 ） 建造要 求限制了 管束 的数量， 压 降 在管侧不 能有 效利用， 尝 试 利用足够 的折 流板来有 效利 用壳侧的 压降 ； （3 你的设计 目标是传 递尽 可能多的 热量 ，但压降 不要 太多。 （流体 流动导致 的管 振动会限 制你 的设计 ） ； (4) 传热膜 系 数较小的 物流( 如气体) 应走 壳程，这 样易 于提高传 热膜 系数； (5) 饱和蒸 汽 及被冷却 的流 体走壳程 ； (6) 高黏度流 体。 HTRI Xch

23、anger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 7 -如果一个流 体的压降 是可 以控制， 而 设 计的热传 递是 受其他流 体制 约， 那么流 体 的放置位 置对 最佳设计 不会 产生太大 的影 响，要小 心研 究这样的 案例 。 注 意：对 压力降 有特定 要求的 物料要 走管程 ，因其 传热系 数和压 降计算 误差较 小。 2. 5 HTRI 主功能按钮 Input 当你打开 软件 时就出现 ，在 此用来指 定模 拟需要的 基本 的输入参 数 Reports 在模拟完 成后 显示最后 的结 果 Graphs 在模拟完 成后 创建图表 和曲 线图 Drawings 显示换热 器的

24、 图片，可 以显 示模拟前 和模 拟后的换 热器 的图 Shells-in-Series 当你运行 一 个 Shells-in-Series 模拟时自 动被选中 ，当 模拟进行 时， 显示一个 中间 条件 Design 当你运行 一 个 Design 模拟时自动 被选 中，显示 所有 的 Design 运行结果 2. 5. 1 Input 为新的换 热器 的模拟输 入数 据， 第一个 是 Input summary ， 其下面包 含 Geometry 、 Piping 、 Process 、 Hot Fluid Properties 、Cold Fluid Properties 、Design

25、 和 Control 。需要输入 数值 的地方都 以红 框显示， 软件 默认值及 单位 都已显示 在窗 口上。 (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 ：m m U S ：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

26、 （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

27、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HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 8 - 排出。 当温度差 校正

28、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 设置为 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

29、 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 置， 仅对 E 壳 程可用 ， 有 两项 ： 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

30、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

31、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 0.00017m 2 K/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

32、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 置为 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 置

33、（ 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） 布置形式 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 （h 0 ）和HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 9 - 压降降低 的顺 序为

34、： 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。 三角形布置有 利于壳程物流 的湍流；正方 形和旋转正方 形布置有 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 侧沸腾，IST 假定 第一管程 在壳 程的最底 端。 这一点在 管程 布置窗口 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

35、。 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 0.00041HrM 2 /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 0.00041H

36、rM 2 /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

37、 N p 可按下式计 算： p u u N ；u- 管程内流体的 适宜 速度(m/s) ； u - 管程内 流体的实 际速 度(m/s) 。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 一般流体 易结垢流 体 气体 流速 m/s 管程 0.5 3.0

38、 1.0 5.030 壳程 0.2 1.5 0.5 3.015 水的流速 表( 管内) 类别 管材 最低流速(m/s) 最高流速(m/s) 适宜流速(m/s) 凝结水 钢管 0.6 0.9 3.0 河水( 干净的) 钢管 0.6 0.9 3.7 HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 10 - 循环水( 处理 的) 钢管 0.6 0.9 3.7 1.82.4 海水 含铜镍的 管 0.75 0.9 3.0 海水 铝铜管 0.75 0.9 2.4 不同黏度 流体 的常用流 速 黏度/cP 1500 1500500 500100 10035 351 1 V max

39、/m/s 0.6 0.75 1.1 1.5 1.8 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 设置支持 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 I

40、D 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 d0 /mm 10 14 16 19 25 32 38 管中心间 距(pitch)/mm 14 19 22 25 32 40 48 Pitch Ratop 1.375 1.316 1.280 1.250 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)

41、管侧流体 的 污垢系数0.00034m 2 K / 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0.00034m 2 K / 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。 T u be 若无给定 数值 ， 则一般首 选 长 6m 或 3m ， 管外径 25.4mm 或 1

42、9mm ， 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 位置； 2. “Rigorous method” 评估管束 中处于交 叉位 置的管子 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。 Tube thermal conductivity ： 指定管材 料的 热传导性 。 当 你的管材 不 在 IST 提供的 材料库中

43、时， 就需要 输入此值 。 Taper angle- 锥形度： 只应 用在管侧 逆流 冷凝模拟 中， 设置管子 底部 的锥度。 这一 角度水平 测量 ，其HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 11 - 值范围 0 75 。 Tubepass Arrangement panel ： 换热器 管束 中管程的 设置 和通路的 宽度 设置。 在 此面 板中， 出 现对 称 排 列开关。 Number of parallel passlanes ：设定平 行于 交叉流的 管通 路的数量 。对 无折流板 换热 器，这里 设置 ： 1. 水平壳程 ：垂 直管通路 的数 量

44、 2. 垂直壳程 ：平 行于壳侧 管入 口中心线 的管 通路的数 量。 Baffles Geometry ：指定折流板的 几何 形状，定 义其 尺寸、类 型、 间距和其 他一 些设计参 数， 最重要的 参数 就是 Baffle Spacing 和 Baffle Cut 。除了 K 型壳程 和 X 型壳程外 ， 其余所有 的壳 程类型都 可以 使用折流 板。 对核算 和 模拟来说， 你 必须输入 任何 一个壳程 交叉 路数或者 中心 间隔； 其他 数 据可用默 认值 或由 IST 计算。折 流板 类型(Type) 如下： Single-segmental ：最常用的 折流板类 型， 能最有效 的

45、把 压降转移 到热 交换中。 Double-segmental ：当你利 用单折流 板无 法满足压 降限 制时，就 可以 使用双折 流板 方式。 Segmental/NTIW ：No-tubes-in-window （NTIW，弓形 区不排 管） ， 即弓形 缺口 区 （折流 板窗 口 区）不 布管， 可保证 所有管子 都得 到全部折 流板 的支承 ， 一般 用在当管 振动 破坏需要 考虑 时。 它 具备以 下特 点： a 压降只有 单弓 形折流板 的 1/3 左右； b 壳程流动 均匀 且类似理 想管 束、传热 系数 高、不易 结垢 ； c 窗口区压 降很 小、旁路 及泄 流量小； d 弓形

46、缺口 区不 排的管子 大 约 15%25% ，可采 用较小 弓形缺 口、提 高壳程 流速或 适当调 大壳径 以便维持 相同 数量管子 。 None ：无折 流板 Cut orientation ：切割定 位， 设置有以 下几 种： Program sets ：default 。IST 根据工 艺 条件、关 口位 置等设定 ，Design 时通常 选择此项 。 Perpendicular( 垂直) ： 当壳侧是沸 腾流 体时， 考虑 水 平切割 （管 入 口在上部 的垂 直切割） 折 流 板或者垂 直 定向；在 重力 控制流体 的流 动时，垂 直切 割（管入 口在 上部的水 平切 割）折流 板会

47、 引起相分 离。 Parallel （水平） ： 如果折 流板切割 方向 与管口中 心线 平行， 折 流板 间隔的入 口和 出口就产 生旁 路， 这样 就 降低了设 备的 性能。 Cut ：对大多 数模拟，IST 会确定折 流板 切割方向 ，使 得热传递 和压 降达到最 优化 ，一般 2049% 壳径， 20% 最佳（相 同膜传热 系数 下压降最 小） ，切口太 大会 形成滞流 区， 切口太小 压降 太大。 水平切口 ： （1 ）少于 4 管程的 U 型管 换 热器； HTRI Xchanger Suite 5.0 来自于马后炮化工论坛 - 12 -（2 ）壳侧是单 相流 体，且污 垢系 数不

48、大 于 0.00061m2h /kcal ； ( 3 ) 所有竖直 安装的换 热器 。 竖直切口 ： （1 ）两相流流 体或“F” 型换热器 ； （2 ）除水平切 口所 要求的换 热器 外，均为 竖直 切口。 Crosspasses ：你必 须至少输入折 流板数或主要 的折流板间隔 中的一个数值 。如果你两个 都输入，并 且 你 的 数值与 管长 不 一致的 话，IST 就改变 折 流板数 但保 留 主要的 折流 板 间隔数 值。 这 个数值 对计 算 的换热 量 和压 降都 产生 影响 。小 的折 流板 间隔 一般 会增 大流 速和 热传 递系 数， 但它 会增 大压 降并 会导 致换 热管

49、的 振动。 折流板 主要间距 低 于 80的 TEMA 最大间距 可避免换 热管 振动的问 题。 较好的模 拟点 是折流板 间 距是壳内 径 的 40。 Window area ：窗口区 域占 整个区域 （total window area- area of tubes in window ）的百分比 。如 果你： 输入这个 数值 IST 计算折 流板切割 高度 ；在折流 板输 入面板上 指定 折流板切 割 IST 忽略此 区 域的值； 输入的值 超过 最大值IST 忽略此值 并设 置折流板 切割 的最佳值 。 Spacing 影响壳程物流 的流 向和流速 ，范 围 1/5D1D ，4050%D 最佳，最小 间距 为壳程内 径 的 20 ，且 不 要小于 50mm ， 一般取 值为 壳内径 的 3045。 通 常不是首 选填 写项， 如需 填写 ， 则先 参考 Design mod