第5章 Hysys模拟换热过程

四、管程与壳程的确定
(1) 不清洁或易结垢的物料应当流过易于清洗的一侧，对 于直管管束，一般通过管内，直管内易于清洗； (2) 需通过增大流速提高 h 的流体应选管程，因管程流 通截面积小于壳程，且易采用多程来提高流速； (3) 腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀； (4) 压力高的流体宜选管程，以防止壳体受压； (5) 饱和蒸汽宜走壳程，冷凝液易于排出，其 h 与流速 无关； (6) 被冷却的流体一般走壳程，便于散热； (7) 粘度大、流量小的流体宜选壳程，因壳程的流道截面 和流向都在不断变化，在 Re>100 即可达到湍流。
第5章 Hysys模拟换热与压力变化单元
换热设备的类型及应用
换热设备的应用 ◆ 定义
使传热过程得以实现的设备称之为换热设备。
换热设备的类型
◆ 按用途分类
冷却器 冷凝器 加热器 换热器 再沸器 蒸气发生器 废热(或余热)锅炉 加热炉 ◆ 按换热方式分类 直接接触式换热器 蓄热式换热器 间壁式换热器
换热设备性能对比及选择
总体(Overall按钮)页面参数：
壳程通道数（Number of Shell Passes） 1-7 串联壳的数量（Number of Shells in Series） 并联壳的数量（Number of Shells in Parallel） 每个壳的管程通道数（ Tube Passes per Shell） 换热器布置方式（Exchanger Orientation）（动态用） 第一根管程流动方向（ First Tube Pass Flow Direction） 高度（基座）（Elevation） （动态用） 换热器型式（Heat Exchanger） （TEMA系列）
◆换热器的基本要求
● 热量能有效地从一种流体传递到另一种流体，即传热
效率高，单位传热面上能传递的热量多。
● 换热器的结构能适应所规定的工艺操作条件，运转安
全可靠，密封性好，清洗、检修方便，流体阻力小。
● 价格便宜，维护容易，使用时间长。
换热器选型应考虑的因素 ● 流体的性质。
● 换热介质的流量、操作温度、压力。
• 非常适合处理非线性热量曲线问题 单侧或双侧纯组分相变问题 • 热曲线（Heat Curve）被分成几个区间， 在每个区间中执行能量平衡计算 • 热曲线的每个区间的LMTD 和UA 都被计算 出来，然后加和计算换热器总UA • 只能在逆流换热器中可用 – 影响Ft 修正因子的几何尺寸不被考虑
本质上是一个能量和物料平衡模型
标准换热器负荷方程 其中：M=流体质量流率 H=焓 leak Q =热量泄露 loss Q =热量损失 Balance Error =换热器规格参数，大多数软件将其视为0 hot 和cold =热和冷流体 in 和out =入口和出口物流
传热推动力----对数平均温差
T1 T2 Tlm ln(T1 / T2 )
被指定/计算得到 指定计算热曲线的方式
Individual Heat Curve
参数 区间数（Intervals） 描述 区间的数量
露点/泡点(Dew/Bubble 为相变添加一个露点或泡点到热曲线上（温度为Y Point) 轴，Heat Flow为X 轴) (有相变体系必须选定） 步长类型（Step Type） ������ ������ ������ 独立热曲线 （Individual Heat Curve Details） 等焓（Equal Enthalpy） 等温（Equal Temperature） 自动间隔（Auto Interval.）
2.1、heat exchanger
总传热量：Q=UA ΔTLMFt
• 换热器（Heat Exchanger）可以完成两侧的能量 和物料平衡计算。 • 可以解算温度、压力、热流量（包括热损失和热 泄露）、物料流股流量以及UA值。
– UA--总传热系数（Overall Heat Transfer Coefficient）与总有效传热面积的乘积
四、管程与壳程的确定
第二节 Hysys传热单元模型
• 换热器（Heat Exchanger） – 常规的一股热流与一股冷流的热量交换 • LNG Heat Exchanger – 多股冷流与热流的集中热量交换 • 冷却器/加热器（Cooler/Heater） – 以加热或者冷却工艺物流为目的的热量交换，仅计算 所需热负荷 • 空气冷却器（Air Cooler） – 以空气为冷却介质的热量交换，可计算所需空气量 • 火焰加热炉（加热炉）（Fired Heater (Furnace)） – 仅能作为一个动态单元操作使用
进行外部循环迭代来更新压力曲线方法： dPdH 常数 dPdUA 常数 dPdA 常数 入口压力 出口压力
稳态核算（Steady State Rating）模型
• 终点（End Point）模型的扩展 • 它增加了核算计算功能 • 需提供详细的几何尺寸信息
• 常用来处理热曲线呈线性或接近线性的问题
二、管壳式换热器的结构
◆管壳式换热器流体的流程
一种流体走管内、称为管程，另一种流体走管外、称为壳程。 管内流体从换热管一端流向另一端一次，称为一程；对U形管换热器， 管内流体从换热管一端经过U形弯曲段流向另一端一次，称为两程.
◆ 管箱
管箱位于壳体两端，其作用是控制及分配管程流体。
管箱结构形式 1—隔板；2—管板；3—箱盖
◆ 浮头式换热器
浮头式换热器 1—防冲板；2—折流板；3—浮头管板；4—钩圈；5—支耳
浮头式重沸器 1—偏心锥壳；2—堰板；3—液面计接口
◆ U形管式换热器
U形管式换热器 1—中间挡板；2—U形换热管；3—排气口；4—防冲板；5—分程隔板
◆ 填料函式换热器
填料函式换热器
1—纵向隔板；2—浮动管板；3—活套法兰；4—部分剪切环； 5—填料压盖；6—填料；7—填料函
壳串联
壳并联
TEMA标准换热器与GB标准换热器
逆流换热器 • 当下列假设满足时，可用最简单的表达式确定： 1)两种流体均为定态流动； 2)两种流体以逆流或并流方式流动； 3)在整个换热器内传热总系数保持为常数； 4)每种流体都只有显焓的变化，具有恒定的比热容； 5)热损失可忽略不计。
传热计算方程
Q U A Tm Tm FT f ( R, S ) TLM
计算类型
计算类型
核算 给定热负荷 给定管程出口温度
计算变量
热负荷 管程或壳程出口温度 管程或壳程出口温度 根据热阻求所需要的换热面积 热负荷 壳程出口温度 根据换热面积求热阻 根据热阻求所需要的换热面积 热负荷 管程出口温度 根据换热面积求热阻 根据热阻求所需要的换热面积
给定壳程出口温度
1. 换热器（Heat Exchanger）模拟原理
• 换热器（Heat Exchanger）根据冷热流体间的能量平衡原 理进行计算。 • 热流体向冷流体提供换热器（Heat Exchanger）负荷：
Balance Error (M cold [Hout Hin ]cold Qleak ) (M hot [Hin Hout ]out Qloss )
加权模型（Weighted Model）
加权模型（Weighted Model）
参数 管程和壳程压降 （Tubeside and Shellside Delta P） UA
独立热曲线详细数据 （Individual Heat Curve Details）
描述 自定义换热器管程和壳程压降（DP） /由进出口物流差给出
终点模型（End Point Model）
• 模型的主要假设如下： ������ 总传热系数 U 为常数 ������ 壳程和管程物流的热容都为常数 • 由标准换热器负荷方程计算。 总传热系数 可用传热面积 对数平均温差（LMTD） 冷热流传热方程：
Balance Error ( Mcold [ Hout Hin ]cold Qleak ) ( M hot [ Hin Hout ]out Qloss )
Individual Heat Curve
加权模型（Weighted Model）
• 管程和壳程压降（Tubeside and Shellside Delta P） (指定或者由进出口物流压差获得） • UA （指定或计算） • 独立热曲线详细数据 （Individual Heat Curve Details）
T2
T1
最小传热温差
Tm FT Tlm
R
S
K
t2
t1
ot (in ) Thot (out ) Tcold (out ) Tcold (in )
Thot (in) Tcold (in )
FT为LMTD 的修正因子，换热器的管程 与壳程布局有关。可通过相应的公式计 算
Tcold (out ) Tcold (in)
Design—连接选项卡
Design—参数选项卡
Design—参数选项卡
• 换热器模型（Heat Exchanger Model
– – – – 换热器设计（终点） (Endpoint) 换热器设计（加权） (Weighted) 稳态核算（Steady State Rating）,Endpoint 动态核算（Dynamic Rating）
Hysys换热器模型（Heat Exchanger Model）
• 换热器设计（终点） (Endpoint) • 换热器设计（加权） (Weighted) （理想逆流设计模型） • 稳态核算（Steady State Rating）,Endpoint • 动态核算（Dynamic Rating） – 适用于基础（Basic）模型和详细（Detailed）模型 – 也可以应用在稳态模式下的换热器核算
Design—规格选项卡