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(jīng)濟的發(fā)展，液化氣體的使用量逐年增長，移動式壓力容器的數(shù)量也隨之增加，本文從移動式壓力容器實際檢驗過程中發(fā)現(xiàn)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(shù)；模擬生成

1 引言

目前石油化工企業(yè)在生產(chǎn)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(huán)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(yè)生產(chǎn)實際需求，避免出現(xiàn)偏差。

2 HTRI的計算和運行

(1)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包含傳熱數(shù)據(jù)和機械數(shù)據(jù)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(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等幾項紅色輸入框當中，其中，軟件所默認的數(shù)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(shù)據(jù)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(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(shù)據(jù)結果如換熱器規(guī)格等項目進行調(diào)整，從而在調(diào)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(shù)，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(diào)節(jié)，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(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，便不會再出現(xiàn)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(shù)據(jù)結果會以表格的形式呈現(xiàn)，其中標注有“overdesign”的內(nèi)容即為計算生成的管殼式換熱器具體信息。且各項數(shù)據(jù)將以百分比的形式表現(xiàn)，超過100%的數(shù)據(jù)項目，則表明該項所需高出實際需求的一倍之多，當出現(xiàn)這種數(shù)據(jù)則需要返回到初始頁面，對相關數(shù)據(jù)重新進行設置[1]。當所有數(shù)據(jù)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(nèi)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(xiàn)計算模擬的一系列問題，例如殼側壓降過大、出現(xiàn)FIV現(xiàn)象，以及速度過高振動過強等，這些情況屢屢出現(xiàn)，需要認真解決。

(1)殼側壓降過大 在模擬計算當中，市場出現(xiàn)殼側壓降過大的現(xiàn)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?shù)恼{(diào)節(jié)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(diào)整和改變，從而使課題形式發(fā)生一定的變化，降低殼側壓降。

(2)FIV現(xiàn)象 振動FIV現(xiàn)象一般會發(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采用改變換熱管材質(zhì)的方法去除振動FIV現(xiàn)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(xiàn)FIV現(xiàn)象。此外，還可以通過設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能力，使其無法出現(xiàn)振動FIV[2]。

(3)速度、振動超出標準 當出現(xiàn)速度過高現(xiàn)象的時候，可以對設備所選用的殼徑數(shù)據(jù)進行適當?shù)姆糯?，或者在保證殼測傳熱系數(shù)不會出現(xiàn)巨大波動的基礎上，對支撐板的間距進行適當?shù)卦黾?，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(shù)目。在vibration的振動過程中，振動規(guī)模一旦過高，就會造成前文所提到的FIV現(xiàn)象。因此可以進行有針對性的調(diào)節(jié)，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?shù)目s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(qū)布設管線。

4 結論

綜上所述，石油化工企業(yè)在根據(jù)自身生產(chǎn)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(shù)據(jù)內(nèi)容進行統(tǒng)計和計算，并通過具體模塊的應用，使數(shù)據(jù)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(zhì)：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。