探究HTRI在管殼式換熱器選型中的應用

孫笑愚(中機國能煉化工程有限公司,天津 300350)

探究HTRI在管殼式換熱器選型中的應用

孫笑愚(中機國能煉化工程有限公司,天津 300350)

近年來，隨著經濟的發展，液化氣體的使用量逐年增長，移動式壓力容器的數量也隨之增加，本文從移動式壓力容器實際檢驗過程中發現的問題入手，從常見問題、原因分析、事故預防等方面進行歸納總結。在此基礎上，提出幾點加強移動式壓力容器檢驗管理的對策。

HTRI計算；界面輸入；傳熱系數；模擬生成

1 引言

目前石油化工企業在生產過程中廣泛應用的管殼式換熱器一般分為固定管板、浮頭式換熱器、U形管換熱器三種，其各自結構存在一定差異，應用過程中所適用的環境也不同，因此在選型過程中需要進行認真的對比和計算，從而保證管殼式換熱器選擇符合自身企業生產實際需求，避免出現偏差。

2 HTRI的計算和運行

(1)數據輸入 在選型開始之前，首先應當對選型需求進行詳細設定。將相關的設定整理成為數據，并完成數據輸入與HTRI軟件的對接。一般來說，管殼式換熱器選型中需求數據包含傳熱數據和機械數據兩個部分，因此需要在HTRI軟件的界面當中，找到input summary模塊，并點擊進入到模塊內部，在模塊下層中將數據內容分別填寫入geometry、process、piping、hot fluid properties、design等幾項紅色輸入框當中，其中，軟件所默認的數值和單位會顯示在界面窗口當中。

(2)功能運行 完成相關需求數據的輸入之后，則需要開始模擬計算的功能運行。首先運行rating mode軟件，使軟件能夠利用design mode對數據內容中殼徑、換熱管規格、換熱管排列順序以及折流板的具體切割方式等進行模擬推演。與此同時，在rating mode中選中simulation mode模式，在input summary頁面對相關推演數據結果如換熱器規格等項目進行調整，從而在調整完成之后，使選型計算結果的管殼式換熱器能夠保證較大的傳熱系數，并且傳熱效率需要控制在水準之上，同時允許壓降需要對管程壓降以及殼程壓降兩個方面進行對比考察，并使其滿足允許壓降的具體需求。從而使計算能夠進行換熱面積裕量的合理調節，有效溫差值需要選擇較大的一項。

(3)計算模擬 在geometry中，需要對管殼式換熱器進行BEU形式的設置。所謂BEU形式，是指一般管殼式換熱器中所具備的前封頭形式(B)、殼體形式(E)、后封頭形式(U)三個部分，在設置完成之后，還要進入到process模塊當中，對所需換熱器的冷熱物料的具體參數，數據輸入需要包含流量、溫度、允許壓降、總熱量等具體數值。全部數值輸入完成之后，便不會再出現紅色的輸入框，此時點擊“run”控鍵，軟件變會開始自動計算并生成所需結果，所有的數據結果會以表格的形式呈現，其中標注有“overdesign”的內容即為計算生成的管殼式換熱器具體信息。且各項數據將以百分比的形式表現，超過100%的數據項目，則表明該項所需高出實際需求的一倍之多，當出現這種數據則需要返回到初始頁面，對相關數據重新進行設置[1]。當所有數據信息全部計算模擬完成之后，即可使用drawings功能進行模型圖和剖面圖的繪制，圖像中包含換熱器內管排布、換熱器結構尺寸等一些列具體信息。

3 HTRI計算過程中問題解決

在HTRI計算過程中，常常會出現計算模擬的一系列問題，例如殼側壓降過大、出現FIV現象，以及速度過高振動過強等，這些情況屢屢出現，需要認真解決。

(1)殼側壓降過大 在模擬計算當中，市場出現殼側壓降過大的現象，一般可以從以下幾個方面予以解決。首先可以對折流板間距spacing進行適當的調節增大，并同時盡可能地對折流板的形式進行一定程度的改變，可以促使殼側壓降得到一定程度的降低；此外，還可以將計算當中的管子排列方式的間距pitch進行調整和改變，從而使課題形式發生一定的變化，降低殼側壓降。

(2)FIV現象 振動FIV現象一般會發生在U形管的彎曲處以及管束旁流與管程分程隔板的管子位置。在以往的方法中一般會采用改變換熱管材質的方法去除振動FIV現象，但是這種方法需要對原設計進行繁瑣的步驟增加，其中支撐板的設計過程會使設計效率有所降低。因此一般會選用U型彎頭支撐的方法，避免出現FIV現象。此外，還可以通過設置密封板的方式在管子流道內部形成一定的流阻，從而在一定程度上限制臨界截面處的流動能力，使其無法出現振動FIV[2]。

(3)速度、振動超出標準 當出現速度過高現象的時候，可以對設備所選用的殼徑數據進行適當的放大，或者在保證殼測傳熱系數不會出現巨大波動的基礎上，對支撐板的間距進行適當地增加，或者在不影響管程壓降、管程流速的基礎上，減少部分換熱管數目。在vibration的振動過程中，振動規模一旦過高，就會造成前文所提到的FIV現象。因此可以進行有針對性的調節，例如將部分無支撐管跨去除、或者對折流板的間距進行適當的縮小，都可以起到減小振動的效果。此外在一些單弓形折流板中，為了降低振動，不應該在弓形區布設管線。

4 結論

綜上所述，石油化工企業在根據自身生產條件進行管殼式換熱器選型時，利用HTRI軟件能夠將選型所需的數據內容進行統計和計算，并通過具體模塊的應用，使數據模擬結果的生成更加方便快捷。是目前廣泛應用的選型計算手段。

[1]陳亮.管殼式換熱器熱工選型計算[J].化學工程與裝備,2014，(01):101-104.

[2]周海陽.管殼式換熱器安全泄放裝置的計算及選型[J].杭氧科技,2012，(03):10-14.

孫笑愚(1987- )，滿族，男，遼寧錦州，碩士研究生 ，工程師(工程技術，化工)研究方向或主要工作性質：化工、煉油設計工作，煉油廠、聚醚、酸性水汽提等化工工藝研究及配管設計；用aspen、proⅡ、HTRI等進行化工工藝過程設計，精餾塔和換熱器的設計。