HTRI设计实例-最实⽤的初学者⼊门教材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)
1.2.1 换热器分类 (2)
第2章冷凝器设计 (8)
2.1 冷凝器选型 (8)
带风扇的安全帽2.1.1 饱和蒸汽冷凝 (8)组合屋
2.1.2 含不凝⽓的冷凝冷却过程 (8)
2.1.3 安装注意事项 (9)
2.2 冷凝器设计依据 (9)
2.2.1 管壳式冷凝器类型的选择 (9)
2.2.2 换热器合理压降的选择 (10)
2.2.3 ⼯艺条件经验温度的选择 (10)
2.2.4 管长 (10)
2.2.5 管径与管壁 (11)
2.2.6 折流板圆缺⾼度 (11)
2.2.7 折流板间距 (11)
2.2.8 密封条 (11)
2.3 HTRI设计判据 (12)
2.3.1 管壳侧流速(velocity) (12)3d涂鸦笔
2.3.2 设计余量(overdesign) (12)
2.3.3 热阻(thermal resistance) (12)
2.3.4 流型 (flow fraction) (13)
2.3.5 Window and crossflow (13)
2.3.6 常见warning message及解决⽅法 (13)
托玛琳水杯2.4 HTRI设计实例（HTRI6.0计算） (15)
2.4.1 饱和蒸汽的冷凝 (15)
2.4.2 含有不凝⽓的⽓体冷凝 (29)
2.4.3 油⽓冷凝冷却 (39)
电器触点
第3章结论 (59)
3.1 饱和蒸汽冷凝冷凝器数据 (59)
3.1.1 饱和蒸汽冷凝器结构数据 (59)
3.1.2 饱和蒸汽冷凝器⼯艺数据 (59)
3.2 含不凝⽓的蒸汽冷凝冷凝器数据 (60)
3.2.1 含不凝⽓的蒸汽冷凝器结构数据 (60)
3.2.2 含不凝⽓的蒸汽冷凝器⼯艺数据 (60)
3.3 油⽓冷凝冷却冷凝器数据 (61)
3.3.1 油⽓冷凝冷却冷凝器结构数据 (61)
3.3.2 油⽓冷凝冷却冷凝器⼯艺数据 (61)
致62
参考⽂献63
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。国的中国寰球⼯程公司和⽯油化⼯总公司等制定了相应的设计规和技术标准，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。
b)浮头式换热器
当壳程侧与管程侧有较⼤的温差或较⾼的压⼒时，常采⽤此类换热器。同时，
由于管束可以抽出壳体之外，便于机械清扫。因此，浮头式换热器也适⽤于管、壳程介质污垢系数较⼤，即管壳程都需要进⾏机械清理的场合。
c)U型管式换热器
管束膨胀可以通过U型管的弯曲部分变形来吸收，不受壳体的约束。还可以进⾏机械清洗，结构⽐较简单。因⽽造价⽐浮头式换热器低。但是管程清洗较为困难，⼀般⼯艺设计让清洁流体⾛管程。
d)填料函式换热器
e)釜式再沸器
1.2.2 管壳式换热器的结构和使⽤特点
换热器作为节能设备之⼀，在国民经济中有着⼗分重要的作⽤。换热器的结构决定了换热器的性能。设计者合理的结构设计能够发挥换热器的某种性能。不同的换热环境有着不同的换热结构。设计者想要设计⼀个⾼效、节能的换热器就必须了解换热器的结构特点。
管壳式换热器虽然种类繁多，但通常可以将其拆分为前封头、壳体、后封头。不同结构的部件⽤不同的英⽂字母表⽰。故换热器可以⽤三个字母来表⽰。例如BES等等。相对GB151-1999，TEMA标准相⽐⽽⾔，少了I、Q、O壳体。TEMA分类及代号如图1-1所⽰： 图1-1 主要部件及代号
1.浮头式换热器
表1-1 换热器的主要部件（与图1-2到图1-5对应）序号名称序号名称序号名称
1 平盖21 吊⽿41 封头管箱（部件）
2 平盖管箱（部件）22 放⽓⼝42 分程隔板
3 接管法兰23 凸型封头43 ⽿式⽀座（部件）
4 管箱法兰24 浮头法兰44 膨胀节（部件）
5 固定管板25 浮头垫⽚45 中间挡板
6 壳体法兰26 球冠形封头46 U形换热管
7 防冲版27 浮动管板47 导流筒
8 仪表借接⼝28 浮头盖（部件）48 纵向隔板
9 补强圈29 外头盖（部件）49 填料
10 壳体（部件）30 排液⼝50 填料函
11 折流板31 钩圈51 填料压盖
12 旁路挡板32 接管52 浮动管板裙
13 拉杆33 活动鞍座（部件）53 部分剪切环
14 定距管34 换热管54 活套法兰
15 ⽀持板35 挡管55 偏⼼锥壳
16 双头螺柱或螺栓36 管束（部件）56 堰板
17 螺母37 固定鞍座（部件）57 液⾯计接⼝
18 外头盖垫⽚38 滑道58 套环
19 外头盖侧法兰39 管箱垫⽚59 圆筒
20 外头盖法兰40 管箱圆筒（部件）60 管箱侧垫⽚
图1-2 AES、BES浮头式换热器
浮头式换热器最⼤的特点是管束可抽出，对由于温差造成的应⼒能够通过⾃由伸缩缓解，从根本上避免了温差应⼒的产⽣。其优点是：
1)管束抽出⽅便，便于清洗管、壳程小鼠步态分析实验
2)适⽤于壳体与管⼦⾦属温差超过30℃时或者冷热流体的极限温差超过
110℃的条件，不会造成因膨胀造成的泄露。
3)壳侧能够进⾏机械清理，能⽤于结垢⽐较严重的场合。
但也存在⼀定的缺点：
1)⼩浮头容易发⽣泄露。
2)结构相对复杂，造价相对较⾼。
2. U型管式换热器
图1-3 BIU U形管式换热器
U形管式换热器最⼤的特点是采⽤U形管式换热器，管⼦两端固定在同⼀管板上，因管束可以⾃由伸缩，故对热膨胀的适应能
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