管壳式换热器设计说明书.docx

管壳式换热器设计说明书.docx

《管壳式换热器设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管壳式换热器设计说明书.docx（98页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

管壳式换热器设计说明书

第三章换热器设计

一、例子

已知混合气体的流量为227801kg/h，压力为6.9Mpa，循环冷却水的压力为0.4Mpa，循环水入口温度29℃，出口温度39℃，试设计一台列管式换热器，完成该任务。

混合气体在85℃下有如下物性：

热容cp1=3.297kJ/kg·℃，导热系数λ=0.0279w/m·℃，粘度μ=0.000015Pa·s，密度ρ=90kg/m^3。

循环冷却水在34℃下有如下物性：

热容cp1=4.174kJ/kg·℃，导热系数λ=0.624w/m·℃，粘度μ=0.000742Pa·s，密度ρ=994.3kg/m^3。

二、Input输入模块

1、problemdefinition问题定义模块

1.1、description基本描写

（1）标题（Heading）

公司（pany）

地址（location）

服务对象（ServiceofUnit）、本单位联系人（ourReference）

项目编号（itemNo）、对方单位联系人（YourReference）

日期（date）等。

（2）物流名称

热流（Hotside）冷流（Coldside）

（3）备注（Remarks）

2、applicationoptions（程序运行环境选择）

2.1、Hotsideapplication（热流运行环境）

（1）Liquid，nophasechange（液体，无相变化）

（2）Gas，nophasechange（气体，无相变化）

（3）Narrowrangecondensation:

Applicationcoversthecaseswherethecondensingsidefilmcoefficientdoesnotchangesignificantlyoverthetemperaturerange.Therefore,thecalculationscanbebasedonanassumedlinearcondensationprofile.Thisclassisremendedforcasesofisothermalcondensationandcasesofmultiplecondensables

withoutnoncondensableswherethecondensingrangeislessthan6︒C（10︒F）.

狭窄围的冷凝：

用于冷凝液膜系数不随温度改变的情况。

因此，该计算认为冷凝呈线性曲线。

该方法推荐用于等温冷凝和在6C下不冷凝的多组分冷凝。

（4）Multi-ponentcondensation:

Applicationcoverstheothercasesofcondensationwhere

thecondensingsidefilmcoefficientchangessignificantlyoverthecondensingrange.

Therefore,thecondensingrangemustbedividedintoseveralzoneswherethepropertiesand

conditionsmustbecalculatedforeachzone.Thisclassisremendedforallcaseswhere

noncondensablesarepresentorwheretherearemultiplecondensableswithacondensing

rangeofmorethan6︒C（10︒F）.

多组分冷凝：

用于冷凝液膜系数随温度改变的情况。

因此，根据特性和环境，将冷凝温度围分成几个区间，然后对每一个区间进行计算。

该方法推荐用于不凝液和在高于6C下冷凝的多组分冷凝。

Saturatedsteamcondensation（饱和蒸气冷凝）

Fallingfilmliquidcooler（降膜液体冷却器）

2.2、Condensationcurve冷凝曲线

Youcaninputavapor/liquidequilibriumcurveorhavetheprogramcalculatethecurveusingidealgaslawsorseveralothernon-idealmethods.

你可以输入一个汽/液平衡曲线或使用理想气体定律或其他一些非理想的计算方法计算曲线的程序

2.3、Condensertype冷凝器类型

Mostcondensershavethevaporandcondensateflowinthesamedirection.However,for

somespecialapplicationswhereyouwanttominimizetheamountofsubcoolingyoucan

selectaknockbackrefluxcondensertype.Thecondensateformedflowsbacktowardsthe

vaporinlet.Withthistypeofcondenser,youshouldconsiderusingthedifferential

condensationoptioniftheprogramcalculatesthecondensationcurve.

2.4、Codsideapplication（冷流运行环境）

（1）Liquid，nophasechange（液体，无相变化）

（2）Gas，nophasechange（气体，无相变化）

（3）Narrowrangevaporization:

狭窄围的蒸发

（4）Multi-ponentvaporization多组分蒸发

2.5、Locationofhotfluid流程安排（热流位置）

Tubeside（管程）、shellside（壳程），

（1）较脏和易结垢的物流应走易于清洗的一侧。

对于固定管板式、浮头式换热器，一般应使易结垢流体流经管程，而对于U型管换热器，易结垢流体应走壳程。

如冷却水为易结垢流体。

若必须走壳程，则应采用正方形管子排列，并采用可拆式换热器（浮头式、填料函式、U形管式）。

（2）有时在设计上需要提高流体的流速，以提高其传热膜系数，在这种情况下，应将需要提高流速的流体放在管程。

这是因为管程流通截面积一般较小，且易于采用多管程结构以提高流速，

（3）具有腐蚀性的流体应走管程，这样可以节约耐腐蚀材料，降低换热器成本。

（4）压力高的流体应走管程。

这是因为管子直径小，承压能力强，能够避免采用耐压的壳体和密封措施。

（5）具有饱和蒸汽冷凝的换热器，应使饱和蒸汽走壳程，便于排出冷凝器。

（6）粘度大的流体应走壳程，因为壳体的流体在折流板的作用下，流通截面和方向都不断变化，在较低的雷诺数下就可达湍流状态。

（7）为了节省保温层和减少壳体厚度，高温物流一般走管程，有时为了物料的冷却，也可使高温物流走壳程。

（8）若两流体温差较大，对于刚性结构的换热器，易将传热膜系数大的流体通入壳程，以减小温差应力。

（9）流量小的液体一般走壳程，因为壳体的流体在折流板的作用下，流通截面和方向都不断变化，在较低的雷诺数下就可达湍流状态。

（10）对压力降有特定要求的工艺物流走管程，因管程的传热系数和压降计算误差小。

（11）传热膜系数较小的物流（如气体）应走壳程，易于提高传热膜系数。

（12）有毒性的流体走管程，以减少泄露机会。

注意：

采用Aspen进行计算是，可以采用试的方法，首先让其热流体走管程，计算传热系数及换热面积；然后再假设走壳程，计算传热系数及换热面积。

最后取传热系数最大，换热面积最小的情况。

2.6、Programmode（程序模式选择：

设计、优化、模拟）

Design（设计）、Rating（优化）、Simulatin（模拟）、Selestfromstandardfile（从标准文件中选择），

3、processdata物流参数输入

3.1、Fluidname（流体名称）

3.2、Fluidquantity,total（热或冷流体总流速）

选择单位、依据条件输入冷、热流体流量，

3.3、Temperature冷热流体进出口温度

3.4、OperatingPressure（absolute）绝对操作压力

选择单位、依据条件输入冷、热流体进出口压力

3.5、Heatexchanged交换热量

若交换热量没有直接给出，不输。

3.6、allowablepressuredrop允许的压力降

一般情况下，流体流过换热器的阻力或压力降为10000~100000Pa，气体为1000~10000Pa。

允许的压力降往往与换热器的操作压力有关、操作压力越大，允许流体阻力可相应大一些。

如操作压力为P<100000Pa，ΔP=0.1×P；P=1~200000Pa，ΔP=0.5×P；P>200000Pa，ΔP<50000。

3.7、foulingresistance污垢热阻

4、热平衡计算环境

Thisinputallowsyoutospecifywhetheryouwantthetotalflowrateortheoutlettemperaturetobeadjustedtobalancetheheatloadagainstthespecifiedheatloadortheheatloadcalculatedfromtheoppositeside.Theprogramwillcalculatetherequiredadjustment.

Thereisalsoanoptiontonotbalancetheheatloads,inwhichcasetheprogramwilldesign

theexchangerwiththespecifiedflowsandtemperaturesbutwiththehighestofthespecified

orcalculatedheatloads.

输入允许您指定是否总流量和出口温度，要调整到平衡的热负荷与指定的热负荷和热负荷从对面的计算。

该程序将计算所需的调整。

还有一个选择是不平衡的热负荷，在这种情况下，程序设计换热器与指定的流动和温度而指定的最高或计算热负荷。

5、PhysicalPropertyData物理特性数据

（1）PropertyOption（特性程序选择——一般默认）

（2）HotSideposition热物质组成（若未知可不输）

（3）HotSideProperties（热物流特性）

（1）Temperature（温度）

℃，

（2）Specificheat（热容）cp1=3.297kJ/kg·℃

（3）Thermalcond（导热系数）λ=0.0279w/m·℃

（4）Viscosity（粘度）μ=0.000015Pa·s

（5）Density（密度）ρ=90kg/m^3

（6）Molecularweight（分子量）

（7）Diffusivity（扩散率）

（4）coldsideposition（冷物流组成——与前热物流组成一样）

（5）coldsideproperties（冷物流特性）

（1）Temperature（温度）

℃，

（2）Specificheat（热容）cp1=4.174kJ/kg·℃

（3）Thermalcond（导热系数）λ=0.624w/m·℃

（4）Viscosity（粘度）μ=0.000742Pa·s

（5）Density（密度）ρ=994.3kg/m^3

（6）Surfacetension（表面力）

（7）Criticalpressure（临界压力）

（8）Latentheat（潜热）

温度、热容、导热系数、粘度、密度、分子量、扩散率

6、ExchangerGeometry（结构参数）

6.1exchangerType（换热器类型）

（1）Frontheadtype（换热器前端管箱）

A-channel&B-bonnetboltedC-integraltubesheetbundle

removablecoverorintegralwithtubesheet&removeable

（平盖管箱）封头管箱（选择）用于可拆管束与管板制成一体的管箱

N-integraltubesheet&nonremovablebundleD-highpressureenclosure

与管板制成一体的固定管板管箱特殊高压管箱

AfullaccesscoverprovidedintheA,C,（A，C提供了一个完整的检修盖）

Ntypeheadsmaybeneededifthetubesideoftheexchangermustbecleanedfrequently.（如果换热器的管程必须经常清洗时，则需N型）

TheBtypeisgenerallythemosteconomicaltypehead.（B型通常是最经济型的）

Default:

BType（默认值：

B型）

（2）Shelltype（壳体结构）

E-onepassshellF-twopassshellwithlongbaffle

单壳程（选择）具有常隔板的双壳程

G-SplitflowH-doublesplitflow

分流双分流

J-dividedflow（nozzles:

1in,2out）K-kettle

无隔板分流（或冷凝器壳体）釡式重沸器

X-crossflowV-vaporbelt

交错流蒸汽机

J-dividedflow（nozzles:

2in,1out）

无隔板分流（或冷凝器壳体）

Etype:

Generallyprovidesthebestheattransferbutalsothehighestshellsidepressuredrop.Usedfortemperaturecrossapplicationswherepurecountercurrentflowisneeded.

Ftype:

Thistwopassshellcanenhanceshellsideheattransferandalsomaintaincountercurrentflowifneededfortemperaturecrossapplications.

Gtype:

Willenhancetheshellsidefilmcoefficientforagivenexchangersize.

Htype:

Agoodchoiceforlowshellsideoperatingpressureapplications.Pressuredropcanbeminimized.Usedforshellsidethermosiphons.

Jtype:

Usedoftenforshellsidecondensers.Withtwoinletvapornozzlesontopandthesinglecondensatenozzleonbottom,vibrationproblemscanbeavoided.

Ktype:

Usedforkettletypeshellsidereboilers.

Xtype:

Goodforlowshellsidepressureapplications.Unitsisprovidedwithsupportplateswhichprovidespurecrossflowthroughthebundle.Multipleinletandoutletnozzlesorflowdistributorsareremendedtoassurefulldistributionoftheflowalongthebundle.

Vtypeshell:

ThistypeisnotcurrentlypartoftheTEMAstandards.Itisusedforverylowshellsidepressuredrops.Itisespeciallywellsuitedforvacuumcondensers.Thevaporbeltisanenlargedshelloverpartofthebundlelength.

Default:

Etype（exceptKtypeshellsidepoolboilers）

（3）Rearheadtype（后端结构）

L-removablechannelwithflatcoverM-bonnet

与A相似的固定管板结构与B相似的固定管板结构

N-integralchannelwithflatcoverP-outsidepackedfloatingheat

与C相似的固定管板结构填料函式浮头

S-floatingheadwithbackingdeviceT-pullthroughfloatinghead

钩圈式浮头（选择）可抽式浮头

U-U-tubebundleW-floatingheadwithlantemring

U型管束带套环填料函式浮头

固定管板式、浮头式、U型管式、填料函式——浮头式换热器（冷热流体进口温度29℃，出口温度39℃，该换热器用循环冷却水冷却，冬季操作时，其进口温度会降低，考虑到这一因素，估计该换热器的管壁温之差较大，因此初步确定为选用浮头式换热器）

Therearheadtypeaffectsthethermaldesign,becauseitdeterminestheoutertubelimitsandthereforethenumberoftubesandtherequirednumberoftubepasses.

Default:

Utypeforkettleshells,Mtypeforallothers

（4）exchangerposition（换热器水平还是垂直安装）

Horizontal（水平）、Vertical（垂直）

Default:

verticalfortubesidethermosiphon;horizontalforallothers

默认：

热虹吸换热器垂直安装，其他都水平安装）

（5）cover密封（盖子）面类型（工艺计算没必要提供）

（6）Tubesheettype管板形式

管板类型对热计算和投资预算来说起着一个非常重要的作用。

为了避免管侧和壳侧流体漏液，则往往选择双管板。

双管板在固定管板换热器中最常用，同样也可用于U形管式换热器和外包装的浮动式换热器。

双管板缩短了壳侧流体流动的长度，因此，降低了有效面积。

也影响壳体接管的位置与挡板间距。

间隙式双管板有一个空间，通常约150毫米（6in）。

整体式双管板是由加工出一个蜂巢图案板单块厚使任何泄漏流体穿过管板的漏，这种类型是罕见的，因为它需要特殊的制作工具和经验。

默认值：

单板

Thetubesheettypehasaverysignificanteffectonboththethermaldesignandthecost.

Doubletubesheetsareusedwhenitisextremelyimportanttoavoidanyleakagebetweentheshellandtubesidefluids.Doubletubesheetsaremostoftenusedwithfixedtubesheetexchangers,althoughtheycanalsobeusedwithU-tubesandoutsidepackedfloatingheads.

Doubletubesheetsshortenthelengthofthetubewhichisincontactwiththeshellsidefluidandthereforereducetheeffectivesurfacearea.Theyalsoaffectthelocationoftheshellside

nozzlesandthepossiblebafflespacings.

Thegaptypedoubletubesheethasaspace,usuallyabout150mm（6in.）,betweentheinner

（shellside）andouter（tubeside）tubesheets.Theintegraltypedoubletubesheetismadeby

machiningoutahoneybpatterninsideasinglethickpieceofplatesothatanyleaking

fluidcanflowdownthroughtheinsideofthetubesheettoadrain.Thistypeisrare,sinceit

requiresspecialfabricationtoolsandexperience.

Default:

normalsingletubesheet（s）

（7）Tubetotubesheetjoint管子与管板的连接（工艺不关键）

6.2Tubes（换热管）

（1）Tubetype（管子类型）

（a）Plain光管

（b）finnedtube翅片管

（c）默认值：

光管

当壳程膜传热系数远比管程膜传热系数小时，常使用外翅片管。

然而在一