HTRI Xchanger Suite 5.0
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 (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。
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(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/cm2G)，
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，一般汽化率大于50～100%。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；
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(2) 对于水冷却器，当管侧需要定期清洗，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(Jacketed 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)：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，但需要人工把管束抽出。
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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Desi“gn mode以确定初步优选方案，继而选择Simulation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 cut)等参数细部计算及微调
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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） Tube layout angle(管排列角度) Baffle type(折流板类型) Tube wall thickness(换热管厚度) TEMA shell style(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) Shell diameter(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； (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；
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