(完整版)HTRI学习1要点

【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_01界面熟悉

2014-07-03

HTRI论坛

【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_01界面熟悉

1.双击快捷图标，打开程序界面：

HTRI启动界面如下

：

2.创建一个“新的管壳式换热器”

3.设置自己熟悉的一套单位制，比如MKH公制，也可以通过来自定义。

3.1 如何自定义单位制，进入，选择设置自定义单位制的名称“My Units”;选择参照单位制（Reference set Name），程序默认有三套单位制1US美制，2SI国际标准值，3MKH公制。

国内选SI或MKH，将与你最常用的单位不一致的，可去掉勾选，然后选择你所需要的如下图。

3.2 保存退出后，即可在单位制选项中出现“My Units”。

4.接下来就是将界面中的“红框”也就是缺少的参数按你将要设计的工况填写完整，包括如下几部分的数据，

4.1 “Process”工艺条件：包括热流体侧和冷流体侧；

4.2 “Hot Fluid Properties”、“Cold Fluid Properties”热流体物性，冷流体物性；

4.2 “Geometry”机械结构：包括壳体结构尺寸、管子、折流板、管口、布管等。

5.当输入数据足够所有的红框消失，那么初步的输入就完成了，可以点击"绿灯"图标运行。

说明一点，HTRI Xist_v7的界面与v6有明显的改变，新版本的布局以TEMA表的基本布局为依据，将工艺参数和物性参数输入提前，结构输入放后面，习惯v6的将不太适应这样的变化，不过对于新用户和对TEMA表熟悉的用户这个改变也非常的合适，所谓IT界常说的“所见即所得”。

【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_02工艺参数输入

1.点击左边目录栏的“Process”标签，右边显示的就是供工艺参数输入的界面：

2.我们依次来了解下需要输入的参数：

2.1 Exchangerservice – 换热器类型

包括如下几种类型：

默认为Generic shell and tube - 通用管壳式

@Flooded evaporator – 浸没式蒸发器

@Thermosiphon reboiler – 热虹吸式再沸器

@Forced flow reboiler – 强制循环再沸器

@Once-through reboiler – 一次通过式再沸器

@Kettle reboiler – 釜式（K式）再沸器

@Falling film evaporator – tubeside – 管侧降膜蒸发器

@Reflux condenser – tubeside - 管侧回流冷凝器

@Reflux condenser – shellside – 壳侧回流冷凝器

非必选项，如果你确定选定某种类型，那么程序将自动设置适用的计算公式，并打开或关闭某些参数选项。

fluid locationShellside/Tubeside – 热流体位于壳侧/管侧，默认为热壳。

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4.以下是冷热侧流体工艺条件输入：

4.1 Fluidname –流体名称，这里没有红框，不是必须输入的，可定义流体描述比如“CH4”“Hydrogen”等，要注意的是程序对中文字符不支持。

4.2 Phase – 相态，可选择1Condensing热侧冷凝/Boiling 冷侧沸腾，2All vapor全气相，3All

liquid全液相，4Two phase/No phase change。不过可以不用做选择，程序将根据你输入的工艺参数，自动判断，比如输入的气相分率为inlet1，outlet1，那么就是All vapor。

4.3 Flow rate – 流量，质量单位

4.4 Weight fraction vapor –重量气相分率，那么全气相就是1，全液相就是0。

4.5 Temperature – 流体的温度，单位°C (SI,MKH), °F(US)，这里要注意的是想输入0度，那么请填 0.001，不然0或0.0的输入都将被程序认为是没有输入（这个原则在HTRI程序的其他地方也适用）。

4.6 Operating pressure – 操作压力。

4.7Allowable pressure drop – 允许压降，按照工艺要求来输入。

4.8 Fouling resistance – 污垢热阻，是一个大于0的数，单位为m²°C/W (SI), hr ft²°F/Btu

(US),m²°C hr/kcal (MKH)。

4.9 Fouling layer thickness –污垢层厚度，通常设计时很少在此处输入数值，这里的输入值将直接影响管内流通面积，增大压降。

4.10 Exchanger duty – 换热负荷，如果上面的参数输入满足了计算出换热负荷，这里就不必要再输入，如果在此输入了确定的负荷值，那么程序将以输入值为准来计算换热流体的出口温度。

4.11 Duty/flow multiple – 负荷/流量系数，这里提供了一个负荷变化核算工具，比如要核算110%负荷的运行工况，那么只需要在此填入“1.1”，而不必要去修改输入的流量值

【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_03.0冷热物性输入

1. 点击左边目录栏的“Hot Fluid Properties”标签，右边显示的就是供工艺参数输入的界面：

2．下面我们按从上到下的次序来看看都需要定义那些参数。

2.1 Fluid name – 流体名称，在此可以填入热物流的英文描述，比如“C3H6”“Syngas”等。

2.2 Physical Property Input Option – 物性输入方式的选项

@User specified grid – 用户自定义的物性表

就是填入在一定温度范围和一定压力范围内的包括，密度，粘度，导热系数和热容等必

要物性的表，这种输入方式适用于从1模拟软件导入物性，2软件的“物性生成器”自生成或3非理想物系但通过实验、文献等手段能获得物性的方式，这种输入方式是使用得最广泛的。

程序最多支持输入30个温度点，最多支持12组压力点；而最少需要3个温度点，最少需一组操作压力点下的参数。

*Property Generator… – 物性生成器见下节介绍。

@Program calculated –由程序计算

输入物质组成，由程序通过特定的热力学方法计算出需要的物性，这种输入方法通常用于组成清晰，每种物质在程序物性库中都存在，并且用混合规则计算的物性准确。可以这么说，是适用于纯物质或理想混合物。

程序自带的物性库包括“HTRI”、“VMG”，如果你有其他模拟软件的授权，就有对应的接口，灰色的“Not Available”就会消失变得可用。通常由HTRI内嵌的VMG物性库就很够用啦～

@Combination – 组合

是两种输入方法的组合，在输入组成的条件下，同时又通过物性表来定义了一部分物性，这种方式用得较少。

2.3 Property Options/ Temperature interpolation – 属性选项之温度插值方法

@Program – 程序默认，也即是“Quadratic”。

@Linear – 线性，以直线连接温度点，中间点的物性就由斜率计算出。

@Quadratic – 二次式，计算三点温度的表达式，中间点的物性就由此二次式计算出。

*这里需要注意的是

本帖隐藏的内容

，对于外推的物性，程序都是以对最外端两个温度点线性的方式外推计算的。

2.4 Fluid compressibility – 流体压缩因子

如果没有输入，那么程序按理想气体计算。

2.5 Number of condensingcomponents – 可冷凝成分数量

定义1个或多个可冷凝成分，程序将修正冷凝相变的传热计式。

2.6 Pure component – 纯物质

程序默认在计算冷凝时加入适当的阻力系数来体现多组分冷凝过程，如果在此定义为“Yes”纯组分，那么这个修正的阻力系数将不体现。

3.对于冷侧物流物性的输入同热侧流体输入方式完全一样。

4.当输入数据足够，所有的红框消失，那么初步的输入就完成了，可以点击“绿灯”图标运行。

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【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_03.1物性生成器的使用

1. 点击左边目录栏的“Hot Fluid Properties”标签，在右侧点击“Property Generator…”，进入物性生成器界面。

1.1“物性生成器”是通过第三方的物性库以及混合规则方程，生成一定温度范围和压力范围下的流体传递物性的工具，并可以导入到程序的物性表中。程序自带有“VMGThermo”物性包，直接可用，其他第三方物性库需额外授权。（关于与第三方软件的配置将在“程序运行环境配置”中讲解）

1.2 选择“VMGThermo”，进入热力学方程的选择，一般的非极性物性选择默认即可。热力学选择的原则可参考群共享文件“热力学计算方法选择”。

1.3 进入“Composition”卡片，在输入框能输入物质的分子式“N2”、“H2”，或名称“Nitrogen”、“Hydrogen”都可以跳出对应的物质，回车后即可输入。较复杂的物质可以通过右侧的“Find

Component”查找。

@Add – 添加选中物质；

@Delete– 删除你原本选入物质列表中的物质；

@Order –重排你原本选入物质列表中的物质；

@Normalize– 将物质组成百分数归一化，如下如所示。

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1.4 进入“Conditions”卡片，是物性生成的条件定义。

1.4.1 Temperature Point Method – 温度点输入

@User defined temperatures – 用户自定义温度点，就是按一个压力点下输最多30个温度点来生成物性，最多可输入12个压力点。

@Property sets – 定义压力点下的最低和最高温度，以及生成的点数量。当然还可以定义B泡点、D露点以及SC过冷度和SH过热度。

@Property Grid – 定义压力和温度范围，以及定义气相分率的基础和压力点数量，温度点数量。

1.4.2 Point Increment Method – 生成点方式

@EqualTemperature – 等温度点，这种方式最适用于单相。

@EqualVapor fraction – 等气相分率，这种方式最适用于两相。

@EqualEnthalpy – 等焓变，这种方法普适，为程序默认。

1.4.3 Flash Method

@ Differential– 差分式，以相分离来计算冷凝时除去液相后的气体物性，沸腾时除去气相后的液体物性，这种方式在多程的相变计算中常用。

@Integral– 积分式，以气液均匀混合来计算物性，这种方式在剪力控制无法气液分离的情况下常用。对于单相两种方式计算的物性无差别。此为默认选项。

1.4.4

@Create 2-phasetemperature weighted zones – 创建两相温度和重量分率分布，对于负荷非线性变化的相变将更准确。

@Adjust calculated points – 调整坏点

@Insert bubble point if in temperature range – 插入泡点

@Insert dew point if in temperature range – 插入露点

@Generate latent heat – 生成潜热

1.4.5 Supercritical Conditions – 超临界条件

@Critical pressure – 临界压力，定义超临界的压力值

@Super critical phase – 超临界相态，定义超临界时流体归于哪一相

定义完整后，点击“Generate Properties”，生成物性表，结果在“Results”卡片中显示。

可将生成的物性做以下处理：

@Transfer… 填入程序，我们就是需要这么做。

@Print…打印

@Export…输出至Excel表

@Graph…绘制图表（关于Graph将有专题讲解）

【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_04.0结构参数的输入

1. 点击左边目录栏的“Geometry”标签，进入结构参数输入的总界面。

2. 管壳式换热器主要结构参数分1壳程结构，2折流板相关参数，3管程结构。

2.1TEMA管壳式换热器的壳体结构由前端、壳体、后端组成。

2.2 OD – 壳体外径

2.3 ID – 壳体内径

2.4 Orientation– 壳体方向

@Horizontal– 水平

@Incline– 倾斜1～89度

@Vertical– 竖直

3.1折流板的型式（*关于折流板的选型将有专题讨论）

3.2Orientation – 折流板切割方向，如下如示意是指切割线与流体流向的对应

3.3 Cut –折流板切割率，是切割弓形的弓高/壳体内径%，对于单弓通常是15～35%的数。

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3.4 Spacing– 折流板的间距，只中间部分。入口间距及出口间距在“Baffle”卡片进一步定义。

4.管子参数的输入

4.1 Type –管子型式

4.2 Length– 直管管长，国标一般取1.5，3，4.5，6，9，12m等1.5m的倍数长度。

4.3 Tube OD– 管子外径，最常用19mm，25mm。请查阅GB151。

4.4 Pitch– 管间距，最常用25，32mm。一般为管子外径的1.25倍以上。

4.5 Wall Thickness– 管子壁厚。

4.6 Layoutangle – 布管角度。

4.7 Tubepasses– 管程数

4.8 Tubecount– 管子数，直管数量，1根U型管算2。

本节介绍了结构主界面的参数输入。

【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_04.1壳体参数输入

1. 点击左边目录栏的“Exchanger”标签，进入壳体参数输入界面。

1.1 TEMA Type – TEMA型式，选型参照上节（04.0结构参数的输入）介绍。

1.2 Shell Diameter – 壳径，见上节介绍，即OD壳体外径，ID壳体内径，需要指出的是对于热力学计算更多关心的是内径。对于准确估重外径就是必要的。

1.3 ShellOrientation – 壳体布置，即水平，垂直，倾斜。

@对于垂直，有进口位置在1Bottom底部，2Top顶部。

@对于倾斜，角度可设置1～90度。

le Shells – 多壳体

@Number of shells in parallel – 并联台数，可设置1～99台。

@Number of shells series – 串联台数，可设置1～99台。

@Multi-Shell Configuration – 当串联台数大于等于2时，需要设置如下：

Direction – 流向

@Flow in 1st Tubepass – 第一程逆流（Countercurrent）或并流（Cocurrent）。

@Flow intrain – 多台串联时逆流（Countercurrent）或并流（Cocurrent）。

uctionData – 结构数据

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这张卡片的参数默认是不需要设置的，程序默认管壳侧的材质均为碳钢即可满足换热器的热力学设计。而对于其他各部件的材料选择，则对于估重以及TEMA表数据完整性意义更大。这也是V7版本区别以前版本的巨大变化之一，不过不排除HTRI后续版本加强应力计算等机械设计的可能性。

选择材料最常用的70多种，整个材质库有近500种材料。部件不一一列了，不过以下几个参数可注意：

4.1DesignInformation – 设计参数，包括设计压力，温度，以及腐蚀余量等。

4.2Tubesheets– 管板厚度

这些参数的输入由于影响有效管长，将影响计算的有效换热面积。

【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_04.2管子参数输入

1. 点击左边目录栏的“Tube”标签，进入管子参数输入界面。

2.1 Type – 管子型式

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当然UOP的高通量管只有在经过授权才会出现选项。

2.2 Tube internals – 管子内插件

@Twisted tape – 麻花内插件

@Micro Fin – 微翅片管

2.3 Tube OD – 管子外径，对于低翅片管指的是光管部分的外径。

2.4 Average wall thickness – 平均壁厚，对于低翅片管指的是内径至光管部分的厚度。

对于薄壁管，点击[…]，可调出BWG（Birmingham wire gauge伯明翰线规）的平均壁厚表，如下，数字越小厚度越大。

3.1 TubePitch – 管间距，最常用25，32mm。

3.2 Ratio – 管间距与管外径比值，一般为1.25以上。

4.1 Tube layout angle – 布管角度，定义如下：

4.1 Tubepasses – 管程数，流体在管束内折返的次数。

4.2 Length – 直管管长，国标一般取1.5，3，4.5，6，9，12等1.5米的倍数长度。

4.3 Tubecount – 管子数，直管数量，1根U型管算2。

4.3 Rigoroustubecount – 严格管子数，将这个选择框打勾，程序将显示含每根管子的严格布管图，而忽略输入的管口与第一排管的高度值；不打勾，那么程序将计算布管区的面积来计算能布置下的管根数，会参考输入的“管口与第一排管的高度值”。

5.1 Material - 管子材料，可选70多种常用材料，近500种库材料。

如果库中还没有所需材料，可以自行输入材料包括：

5.2 Thermal conductivity – 导热性

5.3 Density – 材料密度

5.4 Elastic modulus – 弹性膜数

5.5 Taperangle(for Reflux Condensation) – 锥角，在回流冷凝计算中，管子锥角利于导液，角度定义如下：

本节介绍了管子参数输入。

【Xist】设计你的第一个管壳式换热器_04.3折流板参数输入

1. 点击左边目录栏的“Baffles”标签，进入折流板参数输入界面。

2. 主要分为Bafffle折流板、Supports支撑板、Variable Spacing自定义折流板间距、Longitudinal Baffle纵向隔板 4个卡片。

2.1 Baffle Type – 折流板型式如下：

2.2 Cut orientation – 切割方位，是指切割线与流体流向平行或垂直

2.3 Cut –折流板切割率，是切割弓形的弓高/壳体内径%，对于单弓通常是15～35%的数。

2.4 Window area – 也可以选择切割面积比例来定义切割率。

2.5 Adjust baffle cut – 对于单弓型折流板，调整切割线的位置。

@Program set – 程序默认为切割线在两排管子间的中线。

@No adjustment – 不做调整，计算值在哪就切哪。

@On tube c/l – 在管子的中心线，即将管孔一分为二。

@Betweenrows - 切割线在两排管子间的中线。

2.6 Baffle Spacing Central – 折流板的间距，指中间部分。入口间距及出口间距在“Baffle”卡片进一步定义。

2.7 Inlet Spacing – 进口间距，即管板与第一块折流板间距离。

2.8 Outlet Spacing – 出口间距，即管板与最后块折流板间距离。

2.9 Baffle Spacing Variable – 勾选后即可定义每块折流板的间距。

Miscellaneous - 杂项

2.10 Double-seg. Overlap – 选择双弓折柳板时，前后两种板型重叠的管排数，默认重叠2排管。

2.11 Thickness – 折流板的厚度，默认值如下表：

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2.12 Thickness at tube hole – 对于非钻孔，而是冲孔的制造工艺来说，管口位置的厚度与折流板整体厚度不一致。默认为一致，这个值A型流产生明显影响。

2.13 Windows cutfrom baffles – 设置是否在将折流板在窗口部分保留

2.14 Distancefrom tangent to last baffle – 定义U型管时，最后一块折流板至U型弯切线距离，默认为0.

2.15 Rho V2 forNTIW cut design – 定义窗口的Rho V2（冲量），默认值为7440 kg/m s²，这个是半经验值，程序按此来计算窗口切割率，不过输入值的情况下，将按此来计算。

2.16 Central pipeOD – 在螺旋折流板设计时，以前的设计会考虑中心管，程序默认为无中心管。由于中心管并不提高换热性能，不推荐使用中心管。

2.17 Helicalbaffle crossing fraction – 定义螺旋折流板的交叉角

2.18 Usederesonating baffles – 设置防声振隔板，选Yes的效果是，将忽略声振动，一般一块设置在0.45直径处，第二块设置在0.18直径处，这些地方的管子需要手动删除。

支撑板的设置

3.1 Floating headsupport plate – 浮头支撑板

3.2 Support tohead distance – 支撑板与浮头之间的距离

3.3 Full support at U-bend – U型弯处设置全支撑板

3.4 Support plates/baffle space – 每个流程之间设置支撑板数量，这个值将作为振动计算的依据。

3.5 Include inlet vibration support – 设置入口防振支撑板，只支撑入口的上几排管子，非全部的管子。所以对振动报告的影响在于管束入口，对进口部分不影响。

3.6 Include outlet vibration support – 同上，设置出口防振支撑板

4．Variable Spacing – 勾选自定义布管间距，通过这个表就可以完整填写，不过很少用这个方式来设计折流板间距。

udinal Baffle– 纵向隔板，当为F、G、H型式时可设置

@Length- 长度

@Thickness – 厚度

@Is insulated – 是否绝缘，如果选Yes，那么程序将通过EMTD的矫正系数来体现。

本节介绍了折流板参数输入。