通过HTRI核算一下别人设计的管壳式换热器，遇到几个问题，求帮忙解释一下。

luckeng

设计任务和设计条件：

通过冷却水冷却H2浓度99.6%的富氢气体。

已知：气体流量1931kg/h ,入口温度：85℃，出口温度：40℃ ，进口压力320kPa ，允许压降20kPa ，平均垢阻（m2K/W) 0.000264

物性参数：

密度（kg/m3）	粘度（cP)	比热（J/kg.K)	热导
0.3045	0.00975	13485	0.19025

冷却水流量：29058kg/h ，入口温度：32℃，出口温度：42℃ ，进口压力300kPa ，允许压降20kPa ，平均垢阻（m2K/W) 0.000688

物性参数：

密度（kg/m3）	粘度（cP)	比热（J/kg.K)	热导
998.25	0.6958	4040	0.6275

下面是A手算设计的换热器（氢气走壳程，冷却水走管程）

总热负荷:325.6kW 对数平均温差：15.30 总传热系数：195.21W/m2K

传热面积：109.03m2  实际传热面积：131.01 裕度：20.06%

壳体直径：1108mm 管束布管限定直径：1014mm 管程数：8

管子数：313 壳程数：1 管子外径（光管）：31.75mm 壁厚：1.65mm

管子长度（直管段）：4.20m 管心距：39.70mm 管子排列方式：正方形

折流板形式：单弓形折流板数量：3 折流板中心间距（与进出口折流板间距相等）：1.05m

管程压降：2888Pa  壳程压降：157Pa

我将A的参数放到HTRI里核算一下（见附件），遇到几个问题，希望有人能解答一下，谢谢了

问题：

1 A参考的是TEMA标准，所以A的管径和GB151的不一样，但是管长4.20m没有采用常见的几种管长，是否合适

2 折流板中心间距与进出口折流板间距相等是否合适，3块折流板是否太少，会不会有不好影响。

3 HTRI实际的传热系数213.14 需要的传热系数：154.04，裕度是38.36，对数平均温差16.6℃

管程压降：3892Pa 壳程压降：1424Pa ，这和A手算的数据有差别，尤其是壳程氢气压降相差较大，是否A手算的结果不可靠，与HTRI结果误差能否在可接受范围内

4 HTRI的结果给出了几条警告：

1）  冷、热流体的物理性质估计超过了有效温度范围；

2）  壳体进、出口流速超过了临界流速的80%，这表明流动状况不稳定，存在流体震动损伤的可能，流体不稳定，可能导致大幅震动以及管子损伤；

3）  入口（出口）管道无支撑跨度（入口（出口）折流板间距+中心折流板间距）超过了TEMA规定的最大无支撑间距跨度；

4）  这个壳体的管子数估计值为428，对期望管子数有一个较大变换表明程序采用了不同的缝隙（如管束和壳体之间的缝隙），尽管采用了特定的管子数来计算有效传热面积，缝隙的差异会导致压降和传热计算的不准确性。

这几条警告是不是很重要，能不能说明这个换热器设计是行不通的，如果不考虑这几条警告，行吗，尤其是最后一条，他的意思是不是需要把管子数修改成428。

5 如果这个换热器不合适，应该怎样修改。

谢谢了。

来自群组: 大连理工大学

ectxcqm

这些警告部分比较重要，1、尽量将物性参数覆盖温度范围，调整温度范围；2查看流动分析，壳程流体速度；3调整折流板间距，4只要面积和余量够，不用调整管子数量

luckeng

ectxcqm 发表于 2015-5-14 08:26
这些警告部分比较重要，1、尽量将物性参数覆盖温度范围，调整温度范围；2查看流动分析，壳程流体速度；3调 ...

1 第一个问题应该是我输入物性参数时只输入了入口的物性参数，程序默认出口和入口一样，我把入口和出口的物性参数都分别输入进去，这两警告就没了，但是在Data Check messages显示绿色出现there are no messages for the current message level setting，帮助信息里显示输入有问题，我仔细核对了输入的物性没有发现问题，请问这条信息可以忽略吗？
2 壳程流体是氢气，进出口流速分别是37.83和36.49，临界速度分别是16.39和16.09，进出口流速确实偏大，请问这种情况应该怎么处理
谢谢了

ectxcqm

进出口流速大可以看下压降分布，采用扩大进出口管径来改变流速

luckeng

ectxcqm 发表于 2015-5-14 14:20
进出口流速大可以看下压降分布，采用扩大进出口管径来改变流速

已经修改了参数，但是还有两点问题：
1热流体是99.6%氢气和少量H2S和其他碳氢化合物，冷流体是冷却水。一般冷却水走管程，氢气走壳程，解释是冷却水易结垢，走管程容易清洗，热流体走壳程也容易散热，但是这样一般会选择多管程的管子，HTRI上显示出现了温度交叉，想问一下，可否允许氢气走管程，冷却时走壳程？
2 HTRI上Data check messages 上有绿框，显示there are no messages for the current message level setting，在running messages 上显示黄框，就是1中提到的温度交叉，我知道如果是红框表明有错误，必须要改正，黄色是警告，绿色是informative，这个绿框和黄框可以忽略吗？
谢谢了

luckeng

ectxcqm 发表于 2015-5-14 14:20
进出口流速大可以看下压降分布，采用扩大进出口管径来改变流速

谢谢你的回复，还有个问题，想请教一下：
1热流体是99.6%氢气和少量H2S和其他碳氢化合物，冷流体是冷却水。一般冷却水走管程，氢气走壳程，解释是冷却水易结垢，走管程容易清洗，热流体走壳程也容易散热，但是这样一般会选择多管程的管子，HTRI上显示出现了温度交叉，想问一下，可否允许氢气走管程，冷却时走壳程？

luckeng

ectxcqm 发表于 2015-5-14 14:20
进出口流速大可以看下压降分布，采用扩大进出口管径来改变流速

还有就是：
HTRI上Data check messages 上有绿框，显示there are no messages for the current message level setting，在running messages 上显示黄框，就是1中提到的温度交叉，我知道如果是红框表明有错误，必须要改正，黄色是警告，绿色是informative，这个绿框和黄框可以忽略吗？
谢谢了

ectxcqm

从介质方面看，热流应走管程因含腐蚀性气体，如走壳程即腐蚀管又腐蚀壳，你后面的选择是正确的

luckeng

ectxcqm 发表于 2015-5-15 11:50
从介质方面看，热流应走管程因含腐蚀性气体，如走壳程即腐蚀管又腐蚀壳，你后面的选择是正确的

HTRI上在running messages 上显示黄框，就是1中提到的温度交叉，Data check messages 上有绿框，显示there are no messages for the current message level setting，我知道如果是红框表明有错误，必须要改正，黄色是警告，绿色是informative，这个绿框和黄框可以忽略吗？
谢谢了

luckeng

ectxcqm 发表于 2015-5-15 11:50
从介质方面看，热流应走管程因含腐蚀性气体，如走壳程即腐蚀管又腐蚀壳，你后面的选择是正确的

1 气体中H2占99.6%，而甲烷丙烷丁烷占0.4%左右，H2S比较少只有1mg/Nm3,，我对这个数量级没有太大的概念，会不会因为H2S量太少，而忽略H2S对换热器的腐蚀
2 我对HTRI用的还不熟，如果data check messages 和Running messages上面出现绿框，there are no messages for the current message level setting，表明是informative，意思是有部分内容输入有问题，我没发现输入有什么问题，是不是可以忽略这个信息？
谢谢了

ectxcqm

这数量级可以忽略不计算，软件对此小于0.5以下的成分估计不会考虑，不过你试试将H2S 去掉，看是否还有报警

luckeng

ectxcqm 发表于 2015-5-16 08:28
这数量级可以忽略不计算，软件对此小于0.5以下的成分估计不会考虑，不过你试试将H2S 去掉，看是否还有报警

没有输入H2S，并没有把物料组分输入进去，只是把进出口物料的参考温度和物性参数输入进去了，这个报警可能和我输入的物性参数有关吧

chenhaijunsjy

太好啦！感谢分享哦~

johnpan

温度交叉要解决，不行的话是不是考虑两个换热器串联

luckeng

johnpan 发表于 2015-6-9 07:21
温度交叉要解决，不行的话是不是考虑两个换热器串联

我也在想这个问题，冷热流股的流量以及进出口温度都是在整个工艺流程里给出的，不好改，想问一下温度交叉是在40-42，这个范围比较小，可不可以忽略，或者因为这是气-液换热，考虑采用带翅片的管子行吗

ts51888

学习了，赞！

johnpan

这样的进出口状况估计要全逆流才好办，温度又交叉意味着你的高温流体不可能达到预定温度，我手上没装软件，我觉得首先要确认
1. 热平衡计算结果是否正确
2. 热流出口温度是否必须是40度

要不就加大冷却水流量，你这种情况估计要控制水出口在35度左右，否则温差太小，实际操作中根本热侧温度降不下来

luckeng

johnpan 发表于 2015-6-10 06:59
这样的进出口状况估计要全逆流才好办，温度又交叉意味着你的高温流体不可能达到预定温度，我手上没装软件， ...

说的有道理，谢谢了