第六章 换热器设计

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HeatX—详细计算
壳程参数
壳程(Shell)表单中包含以下参数： 壳程类型 TEMA shell type 管程数 No. of tube passes 换热器方位 Exchanger orientation 密封圈数 Number of sealing strip pairs 管程流向 Direction of tubeside flow 壳内径 Inside shell diameter 壳/管束间隙 Shell to bundle clearance
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HeatX—模型设定
HeatX 的设定从规定(Specification) 表单着手， 有三组设定参数：
1. 计算类型 Calculation 2. 流动方式 Flow arrangement 3. 换热器设定 Exchanger specification
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HeatX—计算类型(1)
管壳式换热器，包括釜 式再沸器 错流式换热器包括空气 冷却器
MHeatX
多股物流的换热器
在多股物流之间换热 提供B-JAC Hetran管壳 式换热器程序界面 提供B-JAC Aerotran空 冷换热器程序界面
Hetran Aerotran
管壳式换热器 空冷换热器
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6.1 Heater 模型
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HeatX—详细计算
管翅结构
对于翅片管，还需从管翅 (Tube fins) 表单中 输入以下参数： 翅片高度 Fin height 翅片高度 / 翅片根部平均直径 Fin height /Fin root mean diameter 翅片间距 Fin spacing: 每单位长度的翅片数 / 翅片厚度 Number of fins per unit length /Fin thickness
per baffle
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HeatX—详细计算 结果查看
HeatX 最 重 要 的 是 热 参 数 结 果 (Thermal results)，其下包括五张表单： 概况 Summary 衡算 Balance 换热器详情 Exchanger details 压降/速度 Pre drop/velocities 分区 Zones
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HeatX—详细计算 管程参数还有管尺寸 (Tube size) ， 可用两种方式输入：
实际尺寸 Actual 内径 Inner diameter 外径 Outer diameter 厚度 Tube thickness 三选二 公称尺寸 Nominal 直径 Diameter BWG规格 Birmingham wire gauge
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HeatX—详细计算 概况 概况表单给出了冷、热物流的 进、出口温度、压力、汽化分率 (Vapor fraction) ，以及换热器的热负 荷(Heat duty)。
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HeatX—详细计算 分区
分区表单给出了换热器内根据冷、热 流体相态对传热面积分区计算的情况，包 括各区域的热流体温度、冷流体温度、对 数平均温差、传热系数、热负荷和传热面 积信息。可根据此信息分析换热方案是否 合理以及改进设计方案的方向。
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HeatX—详细计算
挡板结构
有两种挡板结构可供选用： 1、圆缺档板 Segmental baffle 2、棍式挡板 Rod baffle 从挡板 (Baffles) 表单中进行选择并输入 有关参数。
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HeatX—详细计算
棍式挡板
杆挡板需输入以下参数： 所有壳程中的挡板总数 No. of baffles, all passes 圆环内径 Inside diameter of ring 圆环外径 Outside diameter of ring 支撑杆直径 Support rod diameter 每块挡板的支撑杆总长 Total length of support rods
Heater 模型用于模拟以下单元，改变单 股物流的温度、压力和相态：
1. 2. 3. 4. 5. 加热器 冷却器 阀门（仅改变压力，不涉及阻力） 泵（仅改变压力，不涉及功率） 压缩机（仅改变压力，不涉及功率）
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Heater — 模型参数
Heater模型有两组模型设定参数：
1、闪蒸规定( Flash specifications) （1）温度 Temperature （2）压力 Pressure （3）温度改变 Temperature change （4）蒸汽分率 Vapor fraction （5）过热度 Degrees of superheating （6）过冷度 Degrees of subcooling （7）热负荷 Heat duty
从 中 任 选 两 项
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Heater — 模型参数
2、有效相态 ( Valid Phase ) （1）蒸汽 （2）液体 （3）固体 （4）汽—液 （5）汽—液—液 （6）液—游离水 （7）汽—液—游离水
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6.2 HeatX 模型
HeatX 模型用于模拟下述结构的管-壳式换热 器： 逆流/并流（Countercurrent / Cocurrent) 折流板壳程（Segmental Baffle Shell） 棍式折流板壳程（Rod Baffle Shell） 裸管/低翅片管（Bare/Low-finned Tubes) 计算两股物流之间的热量交换。
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HeatX—结果查看(1) 概况(Summary)表单给出了冷、 热物流的进、出口温度、压力、蒸汽 分率(Vapor fraction)，以及换热器的 热负荷(Heat duty)。
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HeatX—详细计算
膜系数法： 根据换热器的几何结构和流动情况分 别计算热流体侧和冷流体侧的传热膜系数 (Film coefficients)； 根据管壁材料和厚度计算传导热阻， 再结合给定的污垢热阻因子 (Fouling factor) 计算出总传热系数U。
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6.2.1 HeatX—简捷计算
简捷计算只能与设计或模拟选项配合。简捷计 算不考虑换热器几何结构对传热和压降的影响，人 为给定传热系数和压降的数值。 使用设计选项时，需设定热(冷)物流的出口状 态或换热负荷，模块计算达到指定换热要求所需的 换热面积。 使用模拟选项时，需设定换热面积，模块计算 两股物流的出口状态。
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计算栏目中有三个选项： 1、简捷计算 Short-cut 2、详细计算 Detailed 3、Hetran 精确计算 Hetran Rigorous 输出Hetran软件(换热器设计专用软件)的输 入文件供其精确计算。 下部的下拉式选择框中也有三个选项： 1、设计 Design 2、核算 Rating 3、模拟 Simulation 两组选项按下述方式配合使用：
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HeatX— 压降 压降 ( Pressure Drop )
分别指定热侧和冷侧的出口压力
( Outlet pressure )
指定值 > 0，代表出口的绝对压力值
指定值 ≤ 0，代表出口相对于进口的压力降低值
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HeatX—总传热系数方法 总传热系数方法 ( U methods )
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HeatX—流动方式(2)
流动方式设定包括： 1、热流体(Hot fluid)流动空间： 壳程 (Shell) /管程 (Tube) 2、流动方向(Flow direction)： 逆流 (Countercurrent) 并流 (Co-current) 多管程流动 (Multiple passes)
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HeatX—详细计算
管程参数
管程(Tubes)表单中包含以下参数： 选择管类型 Select tube type 裸管 Bare tube 翅片管 Finned tube 管程布置 Tube layout 总管数 Total number 管长 Length 排列模式 Pattern 中心距 Pitch 材料 Material 导热系数 Conductivity
常数 (Constant)
相态法 (Phase specific values)
分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数 幂函数 wenku.baidu.comPower law expression) U=Uref (Flow/Flowref)^exponent
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HeatX—结果查看
HeatX最重要的是热参数结果(Thermal results)， 其下包括五张表单： • 概况 Summary • 衡算 Balance • 换热器详情 Exchanger details • 压降/速度 Pre drop/velocities • 分区 Zones
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HeatX—详细计算
详细计算时需输入换热器的几何结构 参数。从数据浏览器左侧的目录树中选择几 何 (Geometry) 项 目 ， 然 后 在 右 侧 的 壳 程 (Shell) 、管程 (Tubes) 、管翅 (Tube fins) 、折 流挡板 (Baffles) 和管嘴 (Nozzles) 表单中输入 相应的数据。
ASPEN PLUS在化工过程设计中的应用
第六章 换热器的设计与模拟
传热模型分类
模型 Heater 说明 加热器或冷却器 目的 确定出口物流的热和 相态条件 在两个物流之间换热 用于 加热器、冷却器、冷凝 器等
HeatX
两股物流的换热器
两股物流的换热器。当 知道几何尺寸时，核算 管壳式换热器 多股热流和冷流换热器， 两股物流的换热器， LNG换热器