换热器HeatX

换热器 HeatX 用于模拟两股物流逆流或并流换热时的热量交换过程，可以对大多数类型的双物流换热器进行简捷计算或详细计算。

模拟下述常见结构的管 - 壳式换热器：

• 逆流 / 并流（ Countercurrent / Cocurrent)

• 壳程采用折流板（ Segmental Baffle in Shell)

• 壳程采用棍式挡板（ Rod Baffle in Shell)

• 裸管 / 低翅片管（ Bare/Low-finned Tubes)

1 、典型的 HeatX 流程连接

2 、 Heatx 的模型设定参数

HeatX 的设定要从 HeatX 的 Specification 页面进行操作，有四组设定参数：

• 计算类型（ Calculation ）

（ 1 ）简捷计算       （ Short-cut ）

（ 2 ）详细计算       （ Detailed ）

（ 3 ）管壳式换热器计算（ Shell&Tube ）

（ 4 ）空冷器计算     （ AirCooled ）

（ 5 ）板式换热器计算（ Plate heat exchangers ）

• 流动方式（ Flow arrangement ）

流动方式设定包括以下选项：

（ 1 ）热流体 (Hot fluid) 流动方式：热流体走壳程 (Shell) / 管程 (Tube)

（ 2 ）流动方向 (Flow direction) ：逆流 (Countercurrent)/ 并流 (Cocurrent ） / 多管程流动 (Multiple passes)

在换热器中，流体走管程 / 壳程，下列几点可作为选择的一般原则： a) 不洁净或易结垢的液体宜在管程，方便清洗。 b) 腐蚀性流体宜在管程，以免管束和壳体同时受到腐蚀。 c) 压力高的流体宜在管内，以免壳体承受压力。 d) 饱和蒸汽宜走壳程，饱和蒸汽较清洁，表面传热系数与流速无关，而且冷凝液易排出。 e) 流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜。 f) 需要被冷却物料一般选壳程，便于散热。

• 运算模式（ Type ）

Type 选择框中有三个选项：

（ 1 ）设计     （ Design ）

（ 2 ）核算     （ Rating ）

（ 3 ）模拟     （ Simulation ）

Calculation 与 Type 两组选项按下述方式配合使用：详细计算只能与核算或模拟选项配合。详细计算可根据给定的换热器几何结构和流动情况计算实际的热面积、传热系数、对数平均温度校正因子和压降。

使用核算选项时，模块根据设定的换热要求计算需要的换热面积。

使用模拟选项时，模块根据实际的换热面积计算两股物流的出口状态。

• 换热器设定（ Exchanger specification ）

Heatx 的模型设定参数

换热器闪蒸规定包括 13 个选项：

（ 1 ） 热物流出口温度 (Hot stream outlet temperature)

（ 2 ） 热物流出口（相对于热物流入口）温降 (Hot stream outlet temperaturedecrease)

（ 3 ） 热物流出口温差 (Hot stream outlet temperature approach)

（ 4 ） 热物流出口过冷度 (Hot stream outlet degrees subcooling)

（ 5 ） 热物流出口蒸汽分率 (Hot stream outlet vapor fraction)

（ 6 ） 冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature)

  

注意：对于并流或者逆流换热来讲，热物流出口温差的表示方法是不同的。

（ 7 ） 冷物流出口（相对于冷物流入口）温升 (Cold stream outlet temperatureincrease)

（ 8 ） 冷物流出口温差  (Cold stream outlettemperature approach)

（ 9 ） 冷物流出口过热度  (Cold stream outletdegrees superheat)

（ 10 ）冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outletvapor fraction)

（ 11 ）传热面积 (Heat transferarea)

（ 12 ）热负荷 (Exchangerduty)

（ 13 ）几何条件 (Geometry) （详细计算时采用）

     

注意：对于并流或者逆流换热来讲，冷物流出口温差的表示方法是不同的。

3 、 Heatx 简捷计算与严格计算

HeatX 模块可以对大多类型的双物流换热器进行简捷的或严格的计算这两种计算方法的主要区别是总的传热系数的计算程序：

• 简捷法总是采用用户规定的或缺省的总的传热系数值。

• 严格方法采用膜系数的严格热传递方程，并能合并由于壳侧和管侧膜所带来的管壁阻力来计算总的传热系数，用这种方法时，用户需要知道几何尺寸。    

Heatx 严格计算变量以及使用准则

严格法核算模型对 HeatX 提供了较多的规定选项，因此也需要较多的输入。严格法核算模型提供了很多缺省的选项，用户可以改变缺省的项来控制整个计算。

这些选项包括以下计算变量： LMTD 对数平均温差校正因子、 U-methods 传热系数、 Film confficients 膜系数、 Pressure Drop 压降等。

4 、 Heatx 换热器的几何结构参数

详细计算时需输入换热器的几何结构参数。包括（以管壳式换热器为例）壳程 (Shell) 、管程 (Tubes) 、管翅 (Tubefins) 、挡板 (Baffles) 和管嘴 (Nozzles) 等。

  （ 1 ）壳程 (Shell) 表单中允许用户对以下参数进行设置：

1. 壳程类型（ TEMA shell type ）

2. 管程数（ No. of tube passes ）

3. 换热器方位（ Exchanger orientation ）

4. 密封条数（ Number of sealingstrippairs ）

5. 管程流向（ Direction of tubesideflow ）

6. 壳内径（ Inside shell diameter ）

7. 壳 / 管束间隙（ Shell to bundle clearance ）

8. 串联壳程数（ Number of shells inSeries ）

9. i)           并联壳程数（ Number of shells inParallel ）

壳程 (Shell) 表单输入界面：

  （ 2 ）管程 (Tubes) 表单中允许用户对以下参数进行设置：

1. 管类型（ Select tube type ）：裸管（ Bare tube ）、 翅片管（ Finnedtube ）

2. 管程布置（ Tube layout ）：总管数（ Total number ）、管长（ Length ）、排列方式（ Pattern ）、     管心距（ Pitch ）、材料（ Material ）、导热系数（ Conductivity ）

管程 (Tubes) 表单中允许用户对以下参数进行设置：

  （ 3 ）管子尺寸（ Tubesize ）（实际尺寸或者公称尺寸设定）

1. 实际尺寸（ Actual ）：内径（ Inner diameter ）、外径（ Outer diameter ）、厚度（ Tube thickness ）

2. 公称尺寸（ Nominal ）：直径（ Diameter ）

3. BWG 规格（ Birmingham wire gauge ）

管程 (Tubes) 表单输入界面：

  对于翅片管，还需从管翅 (Tube fins) 中输入以下参数：

翅片高度（ Fin height ）

  翅片高度（ Finheight ）

  翅片根部平均直径（ Finroot mean diameter ）

翅片间距（ Finspacing ）

  翅片数／单位长度（ Number of fins ／ unit length ）

  翅片厚度（ Finthickness ）

可选项 Optional

  翅化面积与管内面积之比（ Ratio of finned area to inside tube area ）

  翅片效率（ Finefficiency ）

对于翅片管，还需从管翅 (Tube fins) 输入界面：

挡板 (Baffles) 中有两种挡板结构可供选用：圆缺挡板 Segmental baffle 、 棍式挡板 Rodbaffle

圆缺挡板（ Segmental baffle ）需输入以下参数：

所有壳程中的挡板总数（ No. of baffles ， all passes ）

挡板圆缺率 Bafflecut (fraction ofshell diameter)

管板到第一挡板间距（ Tube sheet to 1stbaffle spacing ）

挡板间距（ Baffle to bafflespacing ）

最后挡板与管板间距（ Last baffle totubesheet spacing ）

壳壁 / 挡板间隙（ Shell-baffle clearance ）

管壁 / 挡板间隙（ Tube-baffle clearance ）

圆缺挡板（ Segmental baffle ）参数输入界面：

注意：

       安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数，为取得良好的效果，挡板的形状和间距必须适当。 　　对圆缺形挡板而言，弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响。弓形缺口太大或太小都会产生 " 死区 " ，既不利于传热，又往往增加流体阻力。 　　挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数下降；间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。一般取挡板间距为壳体内径的 0.2 ～ 1.0 倍。

棍式挡板（ Rodbaffle ）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 ofring ）

圆环外径（ Outside diameter ofring ）

支撑棍直径（ Support rod diameter ）

每块挡板的支撑棍总长（ Total length ofsupport rods per baffle ）

棍式挡板（ Rodbaffle ）参数输入界面：

  管嘴（ Nozzle ）表单中允许用户对以下参数设定：　

壳程管嘴直径（ Enter shellside nozzlediameters ）

　　　　进口管嘴直径（ Inet nozzle diameter ）

　　　　出口管嘴直径（ Outlet nozzle diameter ）

管程管嘴直径（ Enter tubeside nozzlediameters ）

　　　　进口管嘴直径（ Inlet nozzle diameter ）

　　　　出口管嘴直径（ Outlet nozzle diameter ）

管嘴（ Nozzle ）表单参数输入界面：

  Heatx 换热器的结果参数

运算完毕后，可以在 Blocks | 换热器 | Thermol Result | Summary 查看换热器结果（简捷计算与详细计算都可以在此查看结果），主要包括：热／冷物流见出口温度、热／冷物流见出口压力、热／冷物流见出口汽化率、换热器热负荷

换热器结果（简捷计算与详细计算都可以在此查看结果）界面：

  

更为详细的换热器计算结果需要在 Blocks | 换热器 | Thermol Result | ExchangerDetails 界面查看（详细计算模式下可以在此界面看到更为具体的结果）

详细的换热器计算结果界面：