HTRI在管壳式换热器选型中应用

HTRI在管壳式换热器选型中的应用
摘要：采用软件HTRI对管壳式换热器进行选项计算的方式方法在石油化工产业中得以广泛应用，并逐渐取代传统的计算方法，成为现今工程设计人员及换热器厂家最常要的应用软件。

关键词：HTRI 管壳式换热器选项
一．前言
在石油化工生产过程中，常需要进行加热或冷却，即传热。

当一种流体与另一种流体进行热交换且不允许混合时，就要去在间壁式热交换器中进行，冷热流体被固体传热面隔开。

间壁式热交换器种类很多，如套管换热器、蛇管换热器、管壳式换热器、板式换热器等等。

在各种换热器中，由于管壳式换热器单位体积能够提供较大的传热面积，传热效果比较好，且适应性强，因此是生产上应用最广泛的换热设备。

因此为保证化工生产的正常运行，对每种不同的工况，通过优化选型得到一台最适合的设备型号就显得尤为重要。

现今，比较流行的做法是通过HTRI这款软件来实现选型这一目的。

二．正文
1. 管壳式换热器性能特点
1）.结构特点
管壳式换热器通常有固定管板、U形管和浮头式三种，其结构各有优缺点，适用于
不同的场合。

管壳式换热器主要由外壳、管板、管束、封头等部件组成。

2）.使用范围
目前国内管壳式换热器系列特征和适用范围如表-1所示：
2. HTRI的特点及功能
HTRI Xchanger Suite, 采用了在全球处于领导地位的工艺热传递及换热器技术，包含了换热器及燃烧式加热炉的热传递计算及其他相关的计算软件。

HTRI软件包采用了标准的Windows 用户界面, 其计算方法是基于40多年来HTRI广泛收集的工业级热传递设备的试验数据而研发的。

在所拥有的世界上最先进的试验设备和方法上HTRI所进行的研究将不断更新和改进我们的软件以满足你的日益发展的工程需要。

打开HTRI软件，进入管壳式换热器界面.
图中带有红色的边框为必须输入的数据，左侧为需要输入的各个大类的，右侧则为各个大类
所对应的需要输入的数据。

下部一排为功能选项，现在我们所处的是“Input”选项的输入框界面。

下面我们按各个功能选项的顺序逐一给大家讲解其功能：
1）.功能选项Input
①. Geometry
从单词本身“几何学”的意思，大家可以明白，此选项是让我们输入换热器的几何尺寸，先将各个数据输入。

首先要选择管壳式换热器壳体的类型，软件供选择的类型为TEMA 标准形式，有前封头、壳体、后封头三种类型需要我们自己先做选择判断，我们以常用的BEU形式为例，前封头形式为B，壳体形式为E，后封头形式选择U；接着输入设备的直径，放置的形式，一般我们都水平放置；再选择热流体走的是管程还是壳程，此一般为管程；为了比较好的控制壳程压降，我们在“cut”处一般输入数字“25”，在“Spacing”处输入“450”作为间距；“Tube Geometry”为换热管数据输入部分，首先选择用什么类型的管子，一般我们都选择“Plain”形式，下面选择管长，因为是估算，可以先以6米管长为初始值，管子外径选择“25.4”为初选，壁厚可以选择“2.769”；“Pitch”数据位管间距，此处值一般为“31.75”毫米，排列角度一般选择“45”度最佳，“Tubepasses”为管程数的输入选项，可以先选择为两管程，管程数多可以增加换热面积，但同时也会增大压降，此处可先以双管程为初选值。

以上数据输入完毕后，此选项右侧的内容中便不再有红色框存在，同时标题为“Geometry”的选项红色标题框也消失，表示几何数据我们输入结束。

我们初步设定的换热器的外形尺寸的工作到此就算结束。

接下来我们要输入其它选项的数据。

③. Hot Fluid Properties
此选项要求我们对热物料的特性数据进行输入，从而使软件得以运行，输入内容如图5所示，前3小项互相联系需要逐步完成输入。

红色边框的数据必须输入，如图虽然只有3个红框，但一般我们都采用10点法，输入10组温度数据，在“Heat Release”中输入10组相对应的焓值，最后在“Property Grid”中输入相应的表面张力，就算是输入完成。

当采用蒸汽作为加热介质时，可以不用输入太多的温度数据，6组即可，焓值按液态和气态各输入3组数据，表面张力输入3组数据，即不影响计算。

④. cold Fluid Properties
此选项要求我们对热物料的特性数据进行输入，输入方法与之前的热物料输入方法相同，一般也是采用10点法进行数据输入，其输入窗口同图5类似。

2）.功能选项Report
当所有的需要输入的数据都输入完毕，即不在有红色框的存在，我们点击“Run”控键，即图2中类似交通信号灯的按键，运算随即进行并将运算结果输出。

运行结果以表格形式输出给用户，表中“Overdesign”的内容即表示出我们设计的换热器的能力是实际需要的百分之多少，若超过100%在表示是实际需要的一倍，此时我们就要返回到最前面，重新输入换热器的几何尺寸，通过改变换热器长度、直径、管程等数据，从而减小换热面积，使所选换热器更加合理。

运行结果的报告内容丰富，各类数据都有，还有一个数据需要注意，那就是压降，有些时候实际生产中要求压降不能大，但计算结果显示压降超过预期，则需要重新调整换热器的几何数据，从而达到减小压降的效果。

3）.功能选项Graphs
该功能选项是绘制图表，根据我们的需要，软件会绘制出传热过程中的各种参数的图谱，其中的3D效果图谱，让我们很直观的看到换热的整个情况。

4）.功能选项Drawings
此功能选项能够绘制出换热器的剖面图与模型图，可以看到换热器内管子排布情况，直观的看到换热器的结构尺寸，包括冷物料，热物料的进出口直径都在图中均标示出来，并且有3D效果模型功能可以模拟出换热器的空间造型，让我们更真实的了解到所选换热器的情况。

5）.功能选项Shells-in-Series
此功能显示一个简单换热器的图案，并将各个物性参数都标注在相应的进出口的位置处，包括整个过程的总换热量都包含，永和可以一目了然看到这个设备的工艺过程是否符合设计要求。

6）.功能选项Design与Session
在平时运用中不常用到这两个功能选择，故在此不做叙述，有兴趣的朋友可以自己进行一些尝试和研究。

3.设备选型
如果在HTRI的输出报告中各个数值都满足了工艺要求，那么我们可以根据初选的换热器的结构类型，在换热器样本或手册中选择与我们相同的换热器型号，此时我们的选型工作就算结束。