HTRI中文手册完整版.pdf
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-HTRIXchangerSuite6.0用户使用手册用户使用手册(ShellandTubeExchanger)(Xist)编制单位:
洛阳石油化工工程公司编制单位:
洛阳石油化工工程公司编编制:
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校校审:
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:
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,其最终结果是换热器所能达到的最大热负荷。
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最大负荷。
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:
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。
Geometryshell:
壳程部分:
壳程部分TEMAType(TEMA类型)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):
(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):
(多台设备):
此部分有两个输入项。
Numberofshellsinparallel(并联台数):
(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。
Numberofshellsinseries(串联台数):
(串联台数):
给定串联台数,输入值可以为110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):
(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120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):
(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。
Flowin1sttubepass(第一管程的流动方向):
(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。
flowintrain(串联系列的流动方向):
(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最后一台换热器进入。
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)(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:
一般来说,易结垢的流体走管程;如果采用化学清洗,易结垢流体走壳程;假如机械清垢应采用直管;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;假如壳程结垢严重谨慎使用螺纹管)、流体粘度流体粘度(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。
)、允许压力降允许压力降(管程能有效利用压力降产生最大的温差推动力,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。
Geometryreboiler:
重沸器部分:
重沸器部分ReboilerData(重沸器数据):
(重沸器数据):
此部分共有7个输入项。
Reboilertype(重沸器类型):
(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。
Bundlediameter(管束直径)(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Kettlediameter(釜的直径)(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1.43.0倍,此外,Xist需要釜直径至少比管束直径大254mm。
Entrainmentratio(雾沫夹带比)(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0.0050.05。
Numberofboilingcomponents(沸腾组分数目)(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。
6Requiredliquidstatichead(需要的液体静压头)(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。
InletPressureLocation(入口压力位置)(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。
Geometrytubes:
管子部分:
管子部分Type(管子类型)(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6a6c。
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)(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)(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)(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。
pitch管心距管心距:
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。
ratio比值比值:
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)(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。
Tubelayoutangle(管子排列角度)(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。
Tubepasses(管程数)(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。
Length(管长)(管长):
输入换热器管束中管子长度,对U形管是指到最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,即此值不是指有效的换热长度。
注意:
管长值可以直接输入,也可以从下拉菜单中选择。
输入的管长值必须大于0,小于3048m(10000ft)。
Tubecount(管子根数)(管子根数):
输入换热器管束中管子根数,对U形管是指管板上的管孔数量。
注意:
如果输入了管子根数,Xist采用输入值进行所有计算,程序计算值将被忽略,壳程入口处不抽去管子,即使入口处2V值过大;如果没有输入管子根数,Xist计算管子根数,并在壳程入口处抽去管子以满足2V要求。
对套管式换热器,当采用E型壳体时,管子根数输入1,当采用F型壳体时,管子根数输入2。
RigorousTubecount(严格的管子根数计算方法)(严格的管子根数计算方法):
规定使用严格或近似的管子根数计算方法,如果选中,即前面方框内有“”号,表示采用严格的管子根数计算方法,反之,则采用近似的管子根数计算方法。
采用严格方法时标出管束中每根管子8的位置;采用近似方法时,根据管束截面积估算管子根数,这种情况下没有管子排列型式图。
缺省为采用严格方法计算管子根数。
注意:
因为严格方法需要给定每一根管子的位置,因此排管时可能改变嘴子下高度的输入值。
排管时将嘴子下高度值视为需要的最小值。
近似方法采用用户输入的嘴子下高度值来计算布管面积,输入值不会改变。
图7管子排列角度示意图图8锥形管角度示意图Tubematerial(管材)(管材):
此部分4个输入项,均为可选项,一般情况下用户不需要管它,即可跳过这部分。
Tubematerial(管材)(管材):
规定管子的材质,从下拉菜单中选择一种材质,或者规定管材的密度、导热系数、弹性模量和管板允许压力(在geometry的option部分),Xist在计算管壁热阻、振动和重量时要用到这些值。
注意:
程序中所提供的材料性质是温度的函数,计算管材性质时取冷、热流体进口温度的平均值。
Tubethermalconductivity(管材导热系数)(管材导热系数):
规定管子材质的导热系数。
如果用户选用的管材在Xist管子材料库中不存在,使用此输入项。
缺省情况下,Xist采用管材代码计算导热系数,并提供缺省值,除非用户选择的材料在材料库中不存在。
注意:
输入的管材导热系数值将覆盖Xist计算出来的值。
Tubematerialdensity(管材密度)(管材密度):
输入管材密度值。
此值用于流动诱导振动分析计算和换热器重量估算。
如果用户选用的管材在Xist管子材料库中不存在,使用此输入项。
缺省情况下,Xist采用管材代码计算密度,并提供缺省值,除非用户选择的材料在材料库中不存在。
注意:
输入的管材密度值将覆盖Xist计算出来的值。
Tubematerialelasticmodulus(管材弹性模量)(管材弹性模量):
输入管材的弹性模量值,用9于流动诱导振动分析计算。
如果用户选用的管材在Xist管子材料库中不存在,使用此输入项。
缺省情况下,Xist采用管材代码计算弹性模量,并提供缺省值,除非用户选择的材料不在材料库中。
注意:
输入的管材弹性模量值将覆盖Xist计算出来的值。
Taperedtubesforrefluxcondensation(用于回流冷凝器的锥形管)(用于回流冷凝器的锥形管):
回流冷凝器由于其特殊性,在管子入口处作了处理,以提高回流冷凝器的效率。
此部分只有一个输入项。
Taperangle(锥形角度)(锥形角度):
输入管子底部锥形切口的角度,参见图8,此项只用于管内回流冷凝器的情况。
此角度是以水平方向为基准(光管的锥形角度为0),最大值为75。
注意:
锥形管影响回流冷凝器的的溢流速度,锥形角度越大,产生溢流的入口速度越高。
GeometryTubepassarrangement:
管程布置部分Parallelpasslanes(平行分程隔板)(平行分程隔板):
是指平行于流动方向的分程隔板,需要输入其数量与宽度,参见图9。
Numberofparallelpasslanes(平行分程隔板数量)(平行分程隔板数量):
规定平行于流动方向的分程隔板数量。
对于没有折流板的换热器,如果为卧式安装,是指垂直方向的分程隔板;对立式安装,是指平行于壳程入口嘴子中心线的分程隔板。
缺省情况下是以壳体结构和管程数为基准设置。
设置分程隔板数量最好使用此部分的“管程布置控制(TubePassLayoutcontrol)”,可以直接选择需要的管程布置,从而确定了分程隔板的数量。
Widthofparallelpasslanes(平行分程隔板宽度)(平行分程隔板宽度):
规定平行于流动方向的分程隔板宽度。
对于没有折流板的换热器,如果为卧式安装,是指垂直方向的分程隔板;对立式安装,是指平行于壳程入口嘴子中心线的分程隔板。
缺省时以TEMA标准为基准。
注意:
Xist认为所有平行于流动方向的分程隔板宽度相同。
Perpendicularpasslanes(垂直分程隔板)(垂直分程隔板):
是指垂直于流动方向的分程隔板,需要输入其数量与宽度,参见图9。
Numberofperpendicularpasslanes(垂直分程隔板数量)(垂直分程隔板数量):
规定垂直于流动方向的分程隔板数量。
对于没有折流板的换热器,如果为卧式安装,是指水平方向的分程隔板;对立式安装,是指垂直于壳程入口嘴子中心线的分程隔板。
缺省情况下是以壳体结构和管程数为基准设置。
设置分程隔板数量最好使用此部分的“管程布置控制(TubePassLayoutcontrol)”输入项,允许用户直观选择需要的管程布置,从而确定10了分程隔板的数量。
Widthofperpendicularpasslanes(垂直分程隔板宽度)(垂直分程隔板宽度):
规定垂直于流动方向的分程隔板宽度。
对于没有折流板的换热器,如果为卧式安装,是指水平方向的分程隔板;对立式安装,是指垂直于壳程入口嘴子中心线的分程隔板。
缺省时以TEMA标准为基准。
注意:
Xist认为所有垂直于流动方向的分程隔板宽度相同。
图9分程隔板宽度示意图图10翅片是否连续示意图Forcesymmetriclayout(强制管束中管子对称排列)(强制管束中管子对称排列):
此选项强制“严格管子排列”时在管束两侧抽去相同的管子。
只有在“Tubes(管子)”部分选中“rigoroustubecount(严格管子根数计算方法)”时此项才有意义。
缺省为不强制管束中的管子对称排列。
注意:
即使壳程嘴子在壳体的同一侧,此项仍然是在管束的两侧抽去相同根数的管子(入口嘴子下和入口嘴子对侧下)。
Forcecontinuouscleaninglanes(强制保持连续的清洗通道)(强制保持连续的清洗通道):
对严格的管子排列,调整分程隔板宽度以使整个管束保持连续清洗通道。
如果输入了分程隔板宽度,Xist不改变此值,不必保持连续清洗通道。
缺省为不维持连续清洗通道。
注意注意:
此选项只对对称排列有效(进出口嘴子下抽去相同数量的管子)。
Tubepasslayout(管程布置)(管程布置):
规定管程布置型式,由图形右边的按钮选择。
显示的管程型式是根据管程数定的,缺省时根据壳体类型确定。
注意注意:
对卧式安装的情况,图中管程布置是管束的绝对方位;对立式安装的情况,显示的管程布置是以壳程入口嘴子在图形顶部为基准。
Firsttubepasslocation(第一管程的位置)(第一管程的位置):
规定第一管程的位置,Xist显示第一管程位置图,它与管程布置有关。
缺省时以工艺条件为基准。
注意:
对卧式安装的壳体,不论嘴子位置和折流板切口方向,图中显示的是绝对方位;对立式安装的壳体,显示的第一管程是以壳程入口嘴子在图形顶部为基准。
Tubestoremovefortierods(安装拉杆所抽掉的管子数)(安装拉杆所抽掉的管子数):
规定安装拉杆所抽掉的11管子数。
此值只影响计算的管子根数,对用户规定的管子数不受影响。
有三种选择,其一为“Program-set(程序设置)”,其二是“None(无拉杆)”,其三是“User-set(用户定义)”。
缺省为“程序设置”。
注意:
当选择“用户定义”时出现另一输入框,用户输入拉杆数目。
表1为TEMA标准中不同壳径时拉杆的数量和直径。
表1TEMA标准中拉杆数量和尺寸表GeometryTubelayout:
管子排列部分:
管子排列部分此部分只有一个选择项,即是否将用户定义的管子排列图作为输入数据。
Usetubelayoutdrawingasinput(使用管子排列图作为输入)(使用管子排列图作为输入):
规定Xist是否采用用户定义的管子排列图。
当选择“yes”时,程序显示管子排列图;选择“No”时,程序计算管子排列型式。
注意:
当用户选择“yes”时,Xist采用当前输入数据运行严格的管子排列程序得到管子排列图。
GeometryFins:
翅片部分:
翅片部分当“Tubes”部分选择“lowfin(低翅片管)”和“longitudinalfin(纵向翅片管)”时才出现,选项不同出现的内容也不一样。
Lowfin(低翅片):
(低翅片):
当“Tubes”部分选择“lowfin(低翅片管)”时,出现以下输入项,用于定义低翅片管的相关参数。
Loadfromdatabank(从数据库选择)(从数据库选择):
单击此按钮进入后有两个选项。
DatabankType(数据库类型)(数据库类型):
从Xist内部数据库中设置低翅片管(螺纹管)12的翅片密度和翅片高度,这个数据库包含来自不同管子制造商的实际翅片尺寸。
用户可以从数据库选择类型和管子规格,数据库提供的数据用户均可以修改;或者直接输入翅片的相关参数。
注意:
如果需要的翅片参数在数据库中不存在,用户可以直接输入。
Tubedimensions(管子规格)(管子规格):
规定低翅片管(螺纹管)的规格。
用户选择数据库类型后,就可以从管子规格下拉菜单中挑选需要的管径、壁厚和翅根直径。
注意:
如果需要的翅片参数在数据库中不存在,用户可以直接输入。
选择的管子规格将覆盖”Tubes”部分输入的管径和管壁厚。
数据库提供的值将直接显示在下面各项上,这些值用户可以覆盖。
Finsperunitlength(单位长度的翅片数量)(单位长度的翅片数量):
定义单位长度的翅片数量。
注意:
如果选择数据库类型和管子规格,Xist将自动提供此值。
Finrootdiameter(翅根直径)(翅根直径):
输入翅根直径值,它是翅片部分管内径与管壁厚之和。
参见图6c。
注意:
如果选择数据库类型和管子规格,Xist将自动提供此值。
Finheight(翅片高度)(翅片高度):
输入翅片高度,它是翅根直径处到齿顶直径处的距离。
参见图6c。
注意:
如果选择数据库类型和管子规格,Xist将自动提供此值。
Finthickness(翅片厚度)(翅片厚度):
输入翅
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