探究HTRI在管殼式換熱器選型中的應(yīng)用

孫笑愚(中機(jī)國(guó)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(yīng)用

孫笑愚(中機(jī)國(guó)能煉化工程有限公司,天津 300350)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，液化氣體的使用量逐年增長(zhǎng)，移動(dòng)式壓力容器的數(shù)量也隨之增加，本文從移動(dòng)式壓力容器實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題入手，從常見(jiàn)問(wèn)題、原因分析、事故預(yù)防等方面進(jìn)行歸納總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，提出幾點(diǎn)加強(qiáng)移動(dòng)式壓力容器檢驗(yàn)管理的對(duì)策。

HTRI計(jì)算；界面輸入；傳熱系數(shù)；模擬生成

1 引言

目前石油化工企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中廣泛應(yīng)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(jié)構(gòu)存在一定差異，應(yīng)用過(guò)程中所適用的環(huán)境也不同，因此在選型過(guò)程中需要進(jìn)行認(rèn)真的對(duì)比和計(jì)算，從而保證管殼式換熱器選擇符合自身企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際需求，避免出現(xiàn)偏差。

2 HTRI的計(jì)算和運(yùn)行

(1)數(shù)據(jù)輸入 在選型開始之前，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)選型需求進(jìn)行詳細(xì)設(shè)定。將相關(guān)的設(shè)定整理成為數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)輸入與HTRI軟件的對(duì)接。一般來(lái)說(shuō)，管殼式換熱器選型中需求數(shù)據(jù)包含傳熱數(shù)據(jù)和機(jī)械數(shù)據(jù)兩個(gè)部分，因此需要在HTRI軟件的界面當(dāng)中，找到input summary模塊，并點(diǎn)擊進(jìn)入到模塊內(nèi)部，在模塊下層中將數(shù)據(jù)內(nèi)容分別填寫入geometry、process、piping、hot fluid properties、design等幾項(xiàng)紅色輸入框當(dāng)中，其中，軟件所默認(rèn)的數(shù)值和單位會(huì)顯示在界面窗口當(dāng)中。

(2)功能運(yùn)行 完成相關(guān)需求數(shù)據(jù)的輸入之后，則需要開始模擬計(jì)算的功能運(yùn)行。首先運(yùn)行rating mode軟件，使軟件能夠利用design mode對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容中殼徑、換熱管規(guī)格、換熱管排列順序以及折流板的具體切割方式等進(jìn)行模擬推演。與此同時(shí)，在rating mode中選中simulation mode模式，在input summary頁(yè)面對(duì)相關(guān)推演數(shù)據(jù)結(jié)果如換熱器規(guī)格等項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整，從而在調(diào)整完成之后，使選型計(jì)算結(jié)果的管殼式換熱器能夠保證較大的傳熱系數(shù)，并且傳熱效率需要控制在水準(zhǔn)之上，同時(shí)允許壓降需要對(duì)管程壓降以及殼程壓降兩個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比考察，并使其滿足允許壓降的具體需求。從而使計(jì)算能夠進(jìn)行換熱面積裕量的合理調(diào)節(jié)，有效溫差值需要選擇較大的一項(xiàng)。

(3)計(jì)算模擬 在geometry中，需要對(duì)管殼式換熱器進(jìn)行BEU形式的設(shè)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(gè)部分，在設(shè)置完成之后，還要進(jìn)入到process模塊當(dāng)中，對(duì)所需換熱器的冷熱物料的具體參數(shù)，數(shù)據(jù)輸入需要包含流量、溫度、允許壓降、總熱量等具體數(shù)值。全部數(shù)值輸入完成之后，便不會(huì)再出現(xiàn)紅色的輸入框，此時(shí)點(diǎn)擊“run”控鍵，軟件變會(huì)開始自動(dòng)計(jì)算并生成所需結(jié)果，所有的數(shù)據(jù)結(jié)果會(huì)以表格的形式呈現(xiàn)，其中標(biāo)注有“overdesign”的內(nèi)容即為計(jì)算生成的管殼式換熱器具體信息。且各項(xiàng)數(shù)據(jù)將以百分比的形式表現(xiàn)，超過(guò)100%的數(shù)據(jù)項(xiàng)目，則表明該項(xiàng)所需高出實(shí)際需求的一倍之多，當(dāng)出現(xiàn)這種數(shù)據(jù)則需要返回到初始頁(yè)面，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)重新進(jìn)行設(shè)置[1]。當(dāng)所有數(shù)據(jù)信息全部計(jì)算模擬完成之后，即可使用drawings功能進(jìn)行模型圖和剖面圖的繪制，圖像中包含換熱器內(nèi)管排布、換熱器結(jié)構(gòu)尺寸等一些列具體信息。

3 HTRI計(jì)算過(guò)程中問(wèn)題解決

在HTRI計(jì)算過(guò)程中，常常會(huì)出現(xiàn)計(jì)算模擬的一系列問(wèn)題，例如殼側(cè)壓降過(guò)大、出現(xiàn)FIV現(xiàn)象，以及速度過(guò)高振動(dòng)過(guò)強(qiáng)等，這些情況屢屢出現(xiàn)，需要認(rèn)真解決。

(1)殼側(cè)壓降過(guò)大 在模擬計(jì)算當(dāng)中，市場(chǎng)出現(xiàn)殼側(cè)壓降過(guò)大的現(xiàn)象，一般可以從以下幾個(gè)方面予以解決。首先可以對(duì)折流板間距spacing進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)增大，并同時(shí)盡可能地對(duì)折流板的形式進(jìn)行一定程度的改變，可以促使殼側(cè)壓降得到一定程度的降低；此外，還可以將計(jì)算當(dāng)中的管子排列方式的間距pitch進(jìn)行調(diào)整和改變，從而使課題形式發(fā)生一定的變化，降低殼側(cè)壓降。

(2)FIV現(xiàn)象 振動(dòng)FIV現(xiàn)象一般會(huì)發(fā)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(huì)采用改變換熱管材質(zhì)的方法去除振動(dòng)FIV現(xiàn)象，但是這種方法需要對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行繁瑣的步驟增加，其中支撐板的設(shè)計(jì)過(guò)程會(huì)使設(shè)計(jì)效率有所降低。因此一般會(huì)選用U型彎頭支撐的方法，避免出現(xiàn)FIV現(xiàn)象。此外，還可以通過(guò)設(shè)置密封板的方式在管子流道內(nèi)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(dòng)能力，使其無(wú)法出現(xiàn)振動(dòng)FIV[2]。

(3)速度、振動(dòng)超出標(biāo)準(zhǔn) 當(dāng)出現(xiàn)速度過(guò)高現(xiàn)象的時(shí)候，可以對(duì)設(shè)備所選用的殼徑數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，或者在保證殼測(cè)傳熱系數(shù)不會(huì)出現(xiàn)巨大波動(dòng)的基礎(chǔ)上，對(duì)支撐板的間距進(jìn)行適當(dāng)?shù)卦黾?，或者在不影響管程壓降、管程流速的基礎(chǔ)上，減少部分換熱管數(shù)目。在vibration的振動(dòng)過(guò)程中，振動(dòng)規(guī)模一旦過(guò)高，就會(huì)造成前文所提到的FIV現(xiàn)象。因此可以進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)節(jié)，例如將部分無(wú)支撐管跨去除、或者對(duì)折流板的間距進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s小，都可以起到減小振動(dòng)的效果。此外在一些單弓形折流板中，為了降低振動(dòng)，不應(yīng)該在弓形區(qū)布設(shè)管線。

4 結(jié)論

綜上所述，石油化工企業(yè)在根據(jù)自身生產(chǎn)條件進(jìn)行管殼式換熱器選型時(shí)，利用HTRI軟件能夠?qū)⑦x型所需的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，并通過(guò)具體模塊的應(yīng)用，使數(shù)據(jù)模擬結(jié)果的生成更加方便快捷。是目前廣泛應(yīng)用的選型計(jì)算手段。

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

[2]周海陽(yáng).管殼式換熱器安全泄放裝置的計(jì)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(shù)，化工)研究方向或主要工作性質(zhì)：化工、煉油設(shè)計(jì)工作，煉油廠、聚醚、酸性水汽提等化工工藝研究及配管設(shè)計(jì)；用aspen、proⅡ、HTRI等進(jìn)行化工工藝過(guò)程設(shè)計(jì)，精餾塔和換熱器的設(shè)計(jì)。