htri手册(5)

2020-02-22 12:50

HTRI Xchanger Suite 5.0

d. 注意壳程进口和出口侧支承板间距,如果太小可减小Center-Center间距来弥补此段不足,如果太大则可将其平均分配给Center-Center间距可适当减少壳程压降。

Tube side:同壳侧,但是一般情况下公用工程流体会走管侧,如果流体为冷却水,则流速控制在1m/s比较理想;若压降值(流速)不满足要求则可增减Tubepasses调整此值。 (5)压降 Press drop:压力降和流道的长度成正比,和流速的平方成正比。 壳侧压降太大调节措施: 调整折流板间距spacing

调整折流板切口cut 改变折流板形式

改变管子排列方式或间距pitch 改变壳体形式

管侧:如果管径和管长已定就改变管程的数量。(如果管程数量增加N,那么压降约增加N3)。

很好地调整管侧压降会很困难,并且要求管长和管径都要发生变化。由于在壳侧和管侧大量的各种工艺参数的联合应用,小心分析中间的结果能够节省时间,并可能获得较好的结果。 (6)振动

一般而言,各设计参数之间不太能够很好的相互匹配,这就看那个因素是最重要的。不同的case有不同的

要求,如流速、压降、热传递系数和温升等,需要有一个是控制因素。振动消除的措施:减小无支承管跨、调整折流板间距或采用弓形区不布管。

有时相同的壳体设计,原本没有FIV问题,但是在改变换热管材质后也有可能会产生FIV问题,例如:原设计是碳钢或合金色钢管,更换成薄壁管,如钛管,管子刚性减小了,因此需要比原设计增加支承板来避免产生振动问题。在改造设计或实际改造中有可能会遇到这种问题。

程序执行完毕后,首先显示如下图所示的结果,在此页面中,要注意有四个地方必须满足如下要求: (1)最右下角“Flow Fractions”中,给出了5种流体所占的分率,一般要求B>0.6,E<0.15, A最好小于0.1,但最大不超过0.2。如果B流型小于0.6,那是因为折流板间距(Baffle Spacing)太小,需要增加其值;C流型一般要小于0.1,可增加铅封带(sealing strips)来降低其值;可试着调试crosspasses(折流板数)值;F=0或接近0,若F值过大,可调整管程中管子的排列方式(tubepass arrangement),使F 流体改变流动形式以满足要求;

(2)在右下角“Velocities,ft/sec”中,如果折流板是Segmental baffles,则Crossflow和Window较大值与较小值的比值要在1.0~1.5之间,最好接近1;如果折流板是NTIW baffle,则Window/Cross=2~3。若不满足要求可试着调试baffle cut值,但最大不得超过45%。baffle cut值最好在17%~35%,baffle spacing值最好在20%~100%Shell ID。

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(3)第13行中EMTD=MTD×Δ×(F/G/H),其中:MTD-冷热流体间的平均温度差;MTD= ?t2??t1?tln2Δ-漏液和旁路(Bypass)流的温度修正系数,其值必须要大于0.8,否则计算结果不正确; ?t1(F/G/H)-F、G和H壳程热传递修正系数,其余的壳程型式此值为1.0。

(4)Overdesign对不易结垢流体其值≦5%;对易结垢流体5%≦Overdesign≦10%。 (5)换热管内液体流速应该为1~3m/s,气体流速应该为9~30m/s。 (6)对于蒸发工况,压降约为0.1bar,其他工况约为0.2~0.68bar。 BTU-British Thermal Unit,1BTU=1.055kJ,1kcal=3.9683BTU。

四、其他类型的换热器

4.1再沸器(Reboiler)

分为kettle式和热虹吸式(Thermosiphon)两种。

(1)Kettle式:Shell Geometry中选择K型壳程 ID中输入釜径 在Reboiler的Bundle diameter中输

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入釜体小头端的直径 指定冷流体在壳侧,同时在process中指定冷流体为沸腾相(Boiling) 输入冷热流体的性质和工艺参数,开始模拟。

(2)Thermosiphon式:也有两种,水平热虹吸和垂直热虹吸。

水平热虹吸:壳程水平定位 Reboiler的Reboiler type中选择Forced Flow Reboiler 如果指定了

需要的静压头(Required liquid static),程序就会通过不断调整冷流体流速和出口蒸汽分率反复计算来达到你指定的值。当指定静压头后,最好把换热器的热负荷输入(如果已知),因为如果不输入,会大大增加程序运行的时间;如果未指定需要的静压头,程序会自动计算出一个值来满足工艺条件的需要 指定入口和出口热虹吸管的尺寸 指定工艺条件和物流的物性参数,对于真空热虹吸,要么指定冷流体在各种压力下的热释放曲线,要么利用Program-Calculated option。因为在低压时,压力对气液平衡的影响非常大 开始模拟,结果报告会给出热虹吸管压降。

垂直热虹吸:参数设臵同水平热虹吸,唯一的不同是把壳程定位为垂直。

五、换热器的系统设计

5.1换热器的温度测量和控制方案

1. 对平时不需要检测温度,只有开车时才测温处,管道上设臵温度计套管(TW)即可,需要时再装入温度

计,如下图。

注:图中冷却水管不能完全切断,冷却水侧不需设膨胀用安全阀,但应考虑换热管破裂工况(当换热器低

压侧的压力高于高压侧的11/13时需设);冷却水和物料的出口均设有温度计套管,供测温用。 2. 对生产中需要经常测量温度处,可设就地温度计(TG),如下图。

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注:图中的冷却水出、入口设有切断阀,冷却水测需要设臵液体膨胀或换热管破裂用安全阀;冷却水进出口

阀前设有防冻旁路(视当地环境温度,若最低环境温度低于0℃,则设),冷却水上切断阀后设有放净阀;冷却水出口管道上的放空阀也可用作检测冷却水中含物料量的取样口。 3. 对生产中需要经常检查温度处,需在控制室设温度指示计(TI),如下图。

注:(1) 冷却器利用物料出口温度控制冷却水入口的调节阀,以达到控制冷却水量的目的;

(2) 冷却水出口的压力控制冷却水出口的切断阀;在换热管破裂时,冷却水侧的压力会急剧上升,为了避

免渗漏的物料进入工厂冷却水系统,该阀切断;

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(3) 同样为了避免物料进入冷却水系统,在冷却水入口处设有止回阀; (4) 冷却器的壳体侧设有液体膨胀泄压或换热管破裂用安全阀。

4. 一般就地温度指示计(TG)和控制室内的温度指示计(TI)二者只设一个,只有对温度控制很重要处(一般指物料侧)才同时设臵就地温度指示计(TG)和控制室内的温度指示计(TI)或控制室指示、控制计(TIC)。但此时,温度指示计(TG)和(TI)一般不在同一测温点测温,而在两个点测温。以保证测得的温度具有代表性,如上图对物料出口的温度检测所示。

5. 可用工艺物料出口温度来控制加热、冷却介质的流量,以控制工艺物料的温度,如上图所示。 5.2换热器系统设计要求

1. 换热器的管侧、壳侧根据需要一般应设臵放空阀及排净阀,必要时排火炬或排往特定的容器加以收集; 2. 无相变的换热系统,串联换热器宜用重叠式布臵,以减少压降并节省投资与占地,但叠放不应超过三个; 3. 规格大小完全一样的换热器并联使用,设备与管道宜采用对称布臵,以便于操作控制;

4. 一般情况下,有相变介质走壳程,温度压力高的介质、制冷剂或低温冷媒、易积垢和腐蚀性的介质走管程; 5.换热器的阀门设臵如下:

(1) 除了工艺需要或在装臵运行中需(可)切断的换热器,一般在工艺物料侧不加切断阀; (2) 换热器两侧均为工艺流体,则按操作和控制的情况只在一侧装切断阀; (3) 两台互为备用的换热器,可按需要设臵切断阀;

(4) 冷介质的进出口均有切断阀时,应在冷介质出口管切断阀上游设臵安全阀;

(5) 在寒冷地区,水冷却器和水冷凝器的水管道上可设臵一供水、回水管的防冻旁通,并在上水管切断阀后

及回水管切断阀前,靠近换热器的一侧各设一放净阀,旁路直径1”~2”,放净阀3/4”; (6) 换热器的非工艺侧在进出换热器处常设切断阀,有粗略的流量调节要求的,可选用截止阀; (7) 换热器因生产或维修需设臵旁路时,则进出管道及旁路均设切断阀。通常在下列情况需设旁路:

a.生产周期中某些过程不需传热,应切断换热器; b.自动的或人工调节工艺温度; c.因维修临时切断换热器。

6. 设备、阀门及特殊管件等的画法应以相应项目的PID图例为准; 7. PID图中应对设备、阀门、特殊管件及管线等进行标注。 5.3 蒸发器系统设计 1. 典型蒸发器系统

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