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HTRI Xchanger Suite 5.0
(1)Geometry：换热器的类型选择。包括以下几个部分：
－Shell Geometry：确定壳程的几何参数。在Rating和Simulation模式下，壳内径（ID）是唯一需要输入的数据。有三种单位类型：SI：mm MKH：mm US：inch ID项Design mode不需填入壳的内径尺寸，Rating mode时参考Design mode计算后的结果,填入数值并根据结果进行调整（16\以下为pipe，16\以上常以50mm为进阶单位）。换热器的壳径越大，单位传热面积的金属耗量则越低，但注意：壳径不要大于1000 inch(约25米)；
壳类型（Shell style）影响热传递和压降。TEMA中E型是最常用的类型，代表单壳程，其他字母代表的作用是用来平衡热传递和压降要求。例如，TEMA标准中X壳程有最小的壳侧压降。
定位(Shell orientation)：有两种：
? 水平(Horizontal)：最常用的选择，TEMA中E壳程经验定位为垂直，其余的常定
位为水平；
? 垂直(Vertical)：应用在以下几个方面
1. 简化的换热器模型； 2. 垂直管侧热虹吸；
3. 许多防止相分离的进料/出料换热器； 4. 当要求过冷时管侧冷凝。
要记住IST不处理壳侧下流沸腾或上流冷凝，两相管侧流体的多管程系统换热管不能垂
直定位。当壳侧为单相流、管侧冷凝且管程为单管程时是允许有倾斜的（倾斜角度1-20度）。利用壳侧的倾斜确保冷凝物的排出。
当温度差校正系数小于0.8时，应采用多壳程。但由于壳程隔板在制造、安装和检修方面都
很困难，故一般不采用，常用的方法是将几个换热器串连使用，以代替多壳程。 注意：a)两个单壳程换热器串连→number of shells in series 设臵为2，最好不要超过10； b)2壳程应是根据分流型式，选择壳体型式为F、G或者H类型；
c)numbers of shells in parallel是指多台换热器并联，即将输入物流平均分配到几个换
热器中。程序会平均分配总输入物流到各个换热器，然后利用分割后的流量和Geometry参数来计算单个换热器的性能。但是最后给出的换热面积、热负荷等是所有换热器的总和。
流向(Flow Direction)：流体在壳程中的流向与管程中的流体的流向的相对位臵，仅对E
壳程可用，有两项：
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a) Flow in 1st tubepass：Cocurrent→同向；Countercurrent→逆向。一般选择后者，但是当冷却粘度较大流体时，顺流操作比逆流换热要好，因为冷流体可以获得较高的传热系数。
b) Flow in train：仅对两台或以上换热器串连时有用，Cocurrent→同向；Countercurrent→逆向。
－Tubes Geometry：定义换热管几何参数，有管型、管长、管外径（OD，对低翅片管来说，
输入光滑端的管子外径）、管厚（Wall thickness）、管间距（pitch）、管排列角度（Tube layout angle）、管程数(Tubepasses)和管子数(Tubecount)。对于Design Mode，只需输入Pitch和Wall thickness，其他的数据有默认值或者可由IST自行计算。
? 一般利用光滑管(plain)，当壳程流体的膜传热系数只有管程的1/3时，需要采用低
翅片管来强化传热（Low-finned），这时IST需要你输入翅片的几何参数。如果你利用低翅片管（Low-finned）来冷凝，要记住较高的翅片密度会影响冷凝持续力，这时IST就会给出一个警告信息。通常低翅片管只适用于污垢系数不大于0.00017m2K/W的介质，且流体对翅片没有磨蚀作用。翅片的直径不应大于其基管直径，在管壳式换热器中不使用高翅片管，但在套管式和多管式套管换热器中可以使用纵向高翅片管。
? 平均管厚(thickness)是必须要输入的，对于低翅片管，输入光滑端管的壁厚。壁厚影
响管侧流动面积，按下拉键可以从壁厚数据库中选择一个合适的壁厚。管厚需要设备专业进行确认。数据单位可以设臵为BWG(Birmingham Wire Gage)。管厚一般选择2.11mm。
? 管间距也是必须要输入的，有三个数据：1.25、1.3333和1.5，根据需要选择一个。 ? 排列角度有4个：30、45、60和90度。其中30度最常用，固定管板式换热器大都
是30度布臵（除再沸器外）；浮头式换热器多采用30度和60度排列方式；正方形（90度）和旋转正方形（45度）布臵形式用于壳侧为黏性流体的情况，适用于当进行机械清洗时需移动管束的情况。45度多用于壳程单相层流、易结垢、冷凝工况；90度可使壳程气相更好逸出。30°/60°排管：在相同壳体内比其他排管方式可多排15%管子，但壳程无法机械清洗。相同管心距和流量下，壳程传热膜系数（h0）和压降降低的顺序为：30°＞45°＞60°＞90°。要注意换热管的排列角度是由流过管子的流体决定的，而不是完全由管束的定位方向决定。三角形布臵有利于壳程物流的湍流；正方形和旋转正方形布臵有利于清洗。壳侧压降：30°＞45°＞60°＞90°。 ? 两相流多管程：对管侧冷凝或单相流，IST假定第一管程在壳程的最上方；对于管
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侧沸腾，IST假定第一管程在壳程的最底端。这一点在管程布臵窗口容易被忽略！！ ? Tube material：从管子材料下拉列表中选择，或者输入管材的密度、导电性和弹性
模数、最大无支持跨度。这些数据在计算热阻、振动和重量估算时要用到。当管内外流体均为腐蚀性流体时，采用双金属管。
? Type：指定换热管类型，有两种：光滑管（plain）和低翅片管（low-finned）。 ? Tube OD－管外径：输入管外径。对于低翅片管，输入光滑端管子的外径。下拉键
中列出了标准管径，可以从中选取。19mm的管子应用：水走管侧的冷却器、较小传热面积的换热器、管侧污垢热阻小于0.00041HrM2℃/Kcal。对于易结垢的物料，采用25mm的管子，或者管侧再沸，或者管侧污垢热阻大于等于0.00041HrM2℃/Kcal；对于有气液两相流的物料，要选用较大的管径，如再沸器、锅炉等多采用32mm的管子；对于直接火加热的采用76mm的管径。
? Tubepasses-管程：指定换热器的管程，当换热器的换热面积较大而管子又不能很长
时，为了提高流体在馆内的流速，须将管子分程。IST允许的值有1、2、3、4、6、8、10、12、14、16，最常用的是1，2和4。程数过多，导致管程流动阻力加大，动力能耗增大，同时多程会使平均温差下降，设计时应权衡考虑。管程数Np可按
Np＝下式计算：
u'u；u-管程内流体的适宜速度(m/s)；-管程内流体的实际速度(m/s)。
u'然后再根据管侧的流速及压降进行调整。
? Tubecount-管子数：指定换热器管子数。对U型管来说，管子数指的是管板上的管
孔数。先参考Design mode下run出的数值填入(将计算数值打九折后取偶数根)，然后再根据结果进行调整。 ? 管束的最大可移动重量为20吨。
管壳式换热器中常用的流速范围
流体的种类 流速 m/s 管程 壳程 一般流体 0.5～3.0 0.2～1.5 易结垢流体 >1.0 >0.5 气体 5.0~30 3.0~15 水的流速表(管内)
类别 凝结水 河水(干净的) 循环水(处理
管材 钢管 钢管 钢管 最低流速(m/s) 最高流速(m/s) 适宜流速(m/s) 0.6～0.9 0.6～0.9 0.6～0.9 - 11 -
3.0 3.7 3.7 1.8~2.4 HTRI Xchanger Suite 5.0
的) 海水 海水 含铜镍的管 铝铜管 0.75～0.9 0.75～0.9 不同黏度流体的常用流速
黏度/cP Vmax/m/s >1500 0.6 1500~500 0.75 500~100 1.1 100~35 1.5 35~1 1.8 <1 2.4 3.0 2.4 ? Length-管长：系列标准钢管长度有：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9和
12m。TEMA标准管长：96、120、144、196、240inch(2438、3048、3658、4978、6096mm)。对于管子无支撑跨距超过上述规定值的0.8倍时，应在管束间设臵支持板。对U型管来说，管长指的是管口到U型弯曲部分的切线之间的距离，它包括了所有管板的厚度。另外，管长L和壳内径ID的比例应适当，一般L/ID＝4～6。无相变换热时，管子长，传热系数增加，管程数少，压降低；但是过长会给制造带来麻烦，首选3048mm和6096mm。 ? 换热管直径与管间距的选择： 管外径d 0/mm 管中心间距(pitch)/mm Pitch Ratop 10 14 14 19 16 22 1.375 19 25 1.316 25 32 1.280 32 40 1.250 38 48 1.263 注：16mm应用于进出料换热器，操作介质较干净，目前使用较少；19mm的管子应
用于以下情况：(a)管侧流体的污垢系数≤0.00034m2K / W；(b)水做冷却介质走管内；(c)污垢没有严格要求。25mm的管适用于以下情况：(a) 管侧流体的污垢系数≥0.00034m2K / W；(b) 出于工艺设计考虑，如换热器的允许压降较小时。32mm和38mm的管子只是出于工艺设计考虑，如换热器的允许压降较小时。32mm和38mm的管子只是出于工艺考虑，如换热器的允许压降较小时，目前使用较少。
Tube若无给定数值，则一般首选长6m或3m，管外径25.4mm或19mm，壁厚
2.77mm或2.1mm，排列方式选30度。
? Rigorous Tubecount：指定严格管数计算方法，如果你勾选了此项，IST就会应用此
方法计算，在“Design”时一定要勾选此项！ 1. “Rigorous method”给出管束中每一根管的位臵；
2. “Rigorous method”评估管束中处于交叉位臵的管子的数量，如果你选择了此方
法，那么管子排列图片就不再可用。
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