HTRI设计实例-最实用的初学者入门教材

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HTRI设计实例

-最实用的初学者入门教材

目录

第1章前言 (1)

1.1 课题研究背景及意义 (1)

1.2 换热器简介 (2)

1.2.1 换热器分类 (2)

1.2.2 管壳式换热器的结构和使用特点 (3)

第2章冷凝器设计 (9)

2.1 冷凝器选型 (9)

2.1.1 饱和蒸汽冷凝 (9)

2.1.2 含不凝气的冷凝冷却过程 (9)

2.1.3 安装注意事项 (10)

2.2 冷凝器设计依据 (10)

2.2.1 管壳式冷凝器类型的选择 (10)

2.2.2 换热器合理压降的选择 (11)

2.2.3 工艺条件经验温度的选择 (11)

2.2.4 管长 (12)

2.2.5 管径与管壁 (12)

2.2.6 折流板圆缺高度 (12)

2.2.7 折流板间距 (13)

2.2.8 密封条 (13)

2.3 HTRI设计判据 (13)

2.3.1 管壳侧流速(velocity) (13)

2.3.2 设计余量(overdesign) (14)

2.3.3热阻(thermal resistance) (14)

2.3.4流型(flow fraction) (14)

2.3.5 Window and crossflow (15)

2.3.6 常见warning message及解决方法 (15)

2.4 HTRI设计实例（HTRI6.0计算） (17)

2.4.1 饱和蒸汽的冷凝 (17)

2.4.2 含有不凝气的气体冷凝 (34)

2.4.3 油气冷凝冷却 (45)

第3章结论 (67)

3.1 饱和蒸汽冷凝冷凝器数据 (67)

3.1.1 饱和蒸汽冷凝器结构数据 (67)

3.1.2 饱和蒸汽冷凝器工艺数据 (68)

3.2 含不凝气的蒸汽冷凝冷凝器数据 (68)

3.2.1 含不凝气的蒸汽冷凝器结构数据 (68)

3.2.2 含不凝气的蒸汽冷凝器工艺数据 (69)

3.3 油气冷凝冷却冷凝器数据 (70)

3.3.1 油气冷凝冷却冷凝器结构数据 (70)

3.3.2 油气冷凝冷却冷凝器工艺数据 (71)

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第1章前言

1.1 课题研究背景及意义

我国的能源现状存在着两个突出的问题。第一，能源结构不合理。相比国外而言，我国能源效率利用率低，单位产品能耗高于世界同级水平。第二，由于我国人口众多，虽然国内能源储量较大，但人均水平处于世界人均水平较低地位。因此,设计出一种能够大幅节能的设备具有重大的战略意义[1-4]。

换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，其性能对能量利用效率、产品质量、工艺系统的可靠性与经济型起着重要的作用，有时甚至起决定作用。在石油、化工、能源等高能消耗工厂中，换热器数量占工厂总设备数目的40%左右，设备投资占全部投资的30%~40%左右，海水淡化工艺装置基本全有换热器组成[5]。近年来，利用换热器对高低温热能回收带来了巨大的经济效益。

管壳式换热器由于结构稳定、操作弹性大、技术成熟、适用面广、使用材料范围广等优点，是最为常用的热交换设备之一。近年来，一些新型强化换热器的出现促进了管壳式换热器的发展。随着换热器设计方法和传热技术的发展，管壳式换热器有了较大的改进和发展。在换热器结构上，折流挡板由单弓形发展到双弓形、圆环形、螺旋形等来强化壳侧流体的流动以增强传热。管程数有单程变化为双程、四程甚至六程等，从而增加了管程流速，减少结垢。[6]在设计方法上，国际上有1962年成立的美国换热研究公司HTRI和1968年英国成立的传热与流体流动服务公司（HTFS，现为ASPEN EDR）,其软件能较为快捷准确的模拟出换热器的换热效果。国内的中国寰球工程公司和洛阳石油化工总公司等制定了相应的设计规范和技术标准，推动了我国换热技术的发展，对换热器的研究和设计作出了巨大的贡献[7]。

对设计的换热器通常有一些基本的要求：首先需要满足石油、化工等生产工艺的换热要求，保证所设计的设备能在指定的情况下完成换热任务，正常工作；其次还需要保证换热器能够长时间的运行而不发生故障；再次，设计的换热器应尽可能结构紧凑、设备占用体积小、便于维修等特点。最后，换热器的热量泄露少，阻力小，比较经济等。

HTRI软件作为国际上最为常用的换热器计算软件之一，在国内也有很大的应用市场。然而，在HTRI相关教程上十分稀少。为了帮助学习者能够更快的了解相关计算，特编写此论文。

1.2 换热器简介

1.2.1 换热器分类

换热器作为传热设备随处可见，在工业中得到大量的使用，特别在耗能用量十分大的石油、化工等领域。随着人类文明的进步，节能技术发展，所涉及的换热器越来越多。对处在不同介质、工况、温度、压力下的换热器，结构和形式有着很大的不同。其具体分类如下[8-13]：

1.按传热原理分类

直接接触式换热器两种介质接触，直接传递能量，实现传热。传热量直接受接触面积影响。常用为气体与液体的传热。此类换热器主要以塔设备为主体，很难区分与塔器的关系，常归为塔式设备。

a)蓄能式换热器用量极少。热介质先加热热容较大的物质，待所加

热物质到达一定的温度后，冷介质以热固体为换热媒介得以升温，从而

达到换热的目的。

b)管板式换热器此类换热器占总量的99%以上。热物流通过某种

导热系数较大的介质将能量传递到冷物流的换热器。此类换热器通常成

为管壳式、板式、板翅式或板壳式换热器。

2.按传热种类分类

a)无相变传热分为加热器和冷却器。

b)有相变传热一般分为再沸器和冷凝器。再沸器又包括釜式再沸器、虹吸式再

沸器、废热锅炉等。

3.管壳式换热器分类

a)固定管板式换热器

固定管板式换热器两端管板通过焊接的形式固定在壳体上。换热管则采用胀接、焊接等方法与管板联结。对于此类换热器，壳侧一般不清扫。故一般对含有污垢或者腐蚀性介质安排走管程侧。此类换热器是最为常用的类型，最为经济。因此在设计换热器时首选固定管板式换热器。