一种壳程沸腾螺旋绕管式换热器的设计方法技术

本发明专利技术提供了一种壳程沸腾的螺旋缠绕管式换热器的设计方法，一种壳程沸腾的螺旋缠绕管式换热器的设计方法，按照工质的泡点和露点，所述壳程分为液相段，沸腾段两部分，或者所述壳程分为液相段，沸腾段，气相段三部分，并且分别对相应分段进行设计计算，确定各段的换热系数、换热量、换热面积和有效换热长度；如果出口段干度小于1，则整个螺旋缠绕管式换热器分为两个部分，分别为液相段和沸腾段；如果出口干度等于1，则整个螺旋缠绕管式换热器分为液相段、沸腾段和气相段三个部分。该螺旋缠绕管式换热器的设计方法有计算精度高、设计方法完备、计算效率高等特点，具有高度的商业价值和市场推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种壳程沸腾螺旋绕管式换热器的设计方法
本专利技术涉及一种壳程沸腾的螺旋缠绕管式换热器的设计方法，属于强化换热

技术介绍
螺旋绕管式换热器具有单位容积的传热面积大，占地面积小，传热系数高，传热温差小，传热效率高，耐高压，热膨胀自行补偿，不易结垢，易实现大型化等特点，也具有实现多种介质同时传热的功能。螺旋绕管式换热器主要应用于空气分离、液化天然气等行业。近年来，随着石油化工、煤化工、液化天然气装置的大型化发展，螺旋绕管式换热器以其传热效率高、结构紧凑等优点得到了大量的使用。如，大型炼油装置的加氢反应器、PX装置的重整反应器后部的高压物料换热器、煤制甲醇装置中甲醇洗换热器、煤制乙二醇装置中反应器后换热器，均采用螺旋绕管式换热器以代替传统折流板式换热器、螺纹锁紧环式换热器、以及板壳式换热器，实现了耐高压、零泄漏的操作运行。因此，螺旋绕管式换热器在石油化工、煤化工等行业有着广泛的市场前景。螺旋绕管式换热器热力工艺设计与制造关键技术复杂。近十年来，国内有相关企业采用仿造，研制了该类换热器，并得到了工业应用。该类换热器的工艺计算非常复杂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种壳程沸腾的螺旋缠绕管式换热器的设计方法，其特征在于：按照工质的泡点和露点，所述壳程分为液相段，沸腾段两部分，或者所述壳程分为液相段，沸腾段，气相段三部分，并且分别对相应分段进行设计计算，确定各段的换热系数、压降、换热量、换热面积和缠绕段轴向有效换热长度；/n如果该螺旋缠绕管式换热器出口干度小于1，则整个螺旋缠绕管式换热器分为两个部分，分别为液相段和沸腾段；如果该螺旋缠绕管式换热器缠绕管出口干度等于1，则整个螺旋缠绕管式换热器分为液相段、沸腾段和气相段三个部分。/n

【技术特征摘要】
1.一种壳程沸腾的螺旋缠绕管式换热器的设计方法，其特征在于：按照工质的泡点和露点，所述壳程分为液相段，沸腾段两部分，或者所述壳程分为液相段，沸腾段，气相段三部分，并且分别对相应分段进行设计计算，确定各段的换热系数、压降、换热量、换热面积和缠绕段轴向有效换热长度；
如果该螺旋缠绕管式换热器出口干度小于1，则整个螺旋缠绕管式换热器分为两个部分，分别为液相段和沸腾段；如果该螺旋缠绕管式换热器缠绕管出口干度等于1，则整个螺旋缠绕管式换热器分为液相段、沸腾段和气相段三个部分。


2.根据权利要求1所述的壳程沸腾的螺旋缠绕管式换热器的设计方法，其特征在于：所述设计方法流程是，开始设计计算，第一，输入工质的物性参数；第二，输入设计的额定工况；第三，根据设计要求，给定结构参数；第四，按照工质的露点温度和泡点温度将壳程分为液相段、沸腾段和气相段三个部分，分别计算三部分对应的换热系数(hL、hTP(j)和hG)；第五，根据热平衡，计算液相段的换热面积、换热量和泡点温度位置；第六，根据热平衡，计算沸腾段的换热面积、换热量和露点温度的位置；第七，根据热平衡，计算气相段的换热面积、换热量；第八，将液相段、气相段和沸腾段的换热量相加，核算总换热面积Atot、总换热量Qdesign、缠绕段总长度E、泡点温度位置和露点温度位置；第九，根据设计计算判定Qdesign≥Qload是否成立，若关系式不成立，重新布置结构，若关系式成立，进行下一步；第十，计算螺旋缠绕管式换热器管程压降和壳程压降，包括：管程压降ΔPdesign,tube、壳程总压降ΔPdesign,shell,tot、壳程液相段压降ΔPdesign,L、壳程沸腾相段压降ΔPdesign,TP、壳程气相段压降ΔPdesign,G；第十一，根据设计计算判定ΔPload,shell,tot≥ΔPdesign,shell,tot和ΔPload,tube≥ΔPdesign,tube两个条件是否同时成立，若关系式不成立，重新布置结构，若关系式成立，输出结果。


3.根据权利要求2所述的壳程沸腾的螺旋缠绕管式换热器的设计方法，其特征在于：第一步所述的工质的物性参数包括工质的比热、导热率、密度、露点温度和泡点温度；第二步所述的设计的额定工况包括：热载荷Qload、壳程允许压降ΔPload,shell、管程允许压降ΔPload,tube、换热裕量、面积余量；第三步所述的结构参数包括：1-筒体内径，DB；2-芯筒外径，DC；3-螺旋缠绕管外径，do；4-同一层缠绕管的管间距，SL；5-缠绕角，ε；6-缠绕段总长度，E；7-内层缠绕直径，Dco,1；8-外层缠绕直径，Dco,2；9-螺旋缠绕管层间距，ST；21-螺旋缠绕管外径，do；22-螺旋缠绕管内径，di；23-螺旋缠绕管的缠绕导程，Pm。


4.根据权利要求1所述的壳程沸腾的螺旋缠绕管式换热器的设计方法，其特征在于：所述设计方法还包括缠绕管的布置方法。


5.根据权利要求1所述的壳程沸腾的螺旋缠绕管式换热器的设计方法，其特征在于：所述壳程液相段和气相段的换热系数计算方法均采用单相螺旋绕管式换热器壳程Gilli公式，液相段的换热系数计算方法为：其中ReL,eff＝(uL,effdo)/μL,PrL＝(cLμL)/λL；
式中，ReL,eff：壳程液相单相流动的雷诺数；PrL：壳程液相的普朗特数；
气相段的换热系数计算方法为：其中ReG,eff＝(uG,effdo)/μG,PrG＝(cGμG)/λG；
式中，ReG,eff：壳程气相单相流动的雷诺数；PrG：壳程气相的普朗特数；
螺旋绕管式换热器壳程单相换热公式的适用范围为ReL,eff(ReG,eff)＝2000～106，PrL(PrG)＝0.1～10；do为缠绕管外径；λL为螺旋缠绕管式换热器壳程液相段的导热系数,W·(m·K)-1；λG为螺旋缠绕管式换热器壳程气相段的导热系数，W·(m·K)-1；uL,eff为液相段的有效流速；uG,eff为气相段的有效流速；μL为缠绕管式换热壳程液相段的粘度，Pa·s-1；μG为缠绕管式换热壳程气相段的粘度，Pa·s-1；cL为缠绕管式换热壳程液相段的比热，J·(kg·K)-1；cG为螺旋绕管式换热器壳程气相段的比热，J·(kg·K)-1；Fi为缠绕角修正系数；Fn为管排布置修正系数；为缠绕管管束的有效管子布置修正系数；
壳程沸腾段的换热系数hTP...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学生，曹洪海，陈琴珠，刘建书，
申请(专利权)人：无锡化工装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32