双股流螺旋缠绕管式换热器设计计算方法技术

针对双股流螺旋缠绕管式换热器内部流动换热工艺设计计算过程，通过双股流螺旋缠绕管式换热器流速计算、双股流螺旋缠绕管式换热器雷诺数计算、双股流螺旋缠绕管式换热器普朗特数计算、双股流螺旋缠绕管式换热器总传热系数计算及有效换热高度计算五个计算过程，得到双股流螺旋缠绕管式换热器复杂管束模型及关键参数设计计算方法；计算过程中应用对数平均值法确定复杂相变换热过程进出口速度、粘度、导热系数、雷诺数、普朗特数、对流换热系数等；应用体积分率法及质量分率法求解气液两相平均速率及其它物理参数；应用有效换热高度计算法提供了迭代计算螺旋缠绕管式换热器的简便计算方法；给出了双股流螺旋缠绕管式换热器换热工艺设计计算数学模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，主要应用于气体低温液化分离领域，包括-Ierc天然气低温液化、-197°c空气低温液化分离、-197°c低温液氮洗工艺、-70°C低温甲醇洗工艺等气体低温净化、低温液化分离

技术介绍
双股流螺旋缠绕管式换热器是一种换热管道经层层缠绕后形成的一种双管束螺旋盘管型热交换设备，主要由螺旋管(I)、螺旋管(2)、壳体(3)、芯筒(4)、支撑(5)等主要部件构成，为缠绕管式换热器中较基础的双股流换热器，主要用于管程存在较大温差的流体 换热过程。双股流螺旋缠绕管式换热器以其结构紧凑，单位容积具有较大的传热面积，传热管的热膨胀可自行补偿，容易实现大型化，可减少设备台数等优点成为天然气液化、低温空分、低温甲醇洗等低温净化、液化工艺中的重要设备。由于双股流螺旋缠绕管式换热器大多应用于低温环境，内部管道缠绕复杂，没有通用设计标准，也没有统一的换热工艺设计计算方法，随着工艺流程或物性参数特点不同而存在较大差别，因此给双股流螺旋缠绕管式换热器标准化过程带来了困难。此外，由于双股流螺旋缠绕管式换热器螺旋管(I)、螺旋管缠绕方法很多，没有统一的管道缠绕模式及理论设计计算方法用于计算机辅助计算过程，给双股流螺旋缠绕管式换热器的科学计算过程带来了障碍。为更好地解决双股流螺旋缠绕管式换热器的标准化及科学计算问题，本专利技术从双股流螺旋缠绕管式换热器换热工艺设计计算出发，给出了一种双股流螺旋缠绕管式换热器的简捷设计计算方法。
技术实现思路
，包括双股流螺旋缠绕管式换热器流速计算、双股流螺旋缠绕管式换热器雷诺数计算、双股流螺旋缠绕管式换热器普朗特数计算、双股流螺旋缠绕管式换热器总传热系数计算及双股流螺旋缠绕管式换热器有效换热高度计算五个主要换热工艺计算过程。本专利技术的技术解决方案 I.双股流螺旋缠绕管式换热器流速计算过程 壳侧计算平均体积流量 K平=(匕进—K出)/In (K进/ K出) 式中 K平一一壳侧对数平均流量，m3/h ； K进一一壳侧进口流量，m3/h ； K出――壳侧出口流量，m3/h ； K平=K平 / (36004) 式中 ν0 Ψ--壳侧流体平均流速，m/s ；A——壳侧通流截面面积，m2 ；壳侧单相流动液体体积流量K。平=(K。进—K。出)/In (K。进/ K。出)式中Klo a一一壳侧液体进口流量，m3/h ；Klo^ 一一壳侧液体出口流量，m3/h ；壳侧液体流速 平=Koψ/ (360(Μ)式中Vlo Ψ--壳侧液体平均流速,m/s ;单相流动气体体积流量K0ψ=(匕。进一K。出)/In(匕。进/ K 出)式中Kvoa一一壳侧液体进口流量，m3/h ；K。出一一壳侧液体出口流量，m3/h ；壳侧气体流速Vvoψ= K0ψ/ (3600Α)式中Vvo Ψ--壳侧气体平均流速，m/s ；壳侧两相混合流动时的平均流速vO 平 ~-^ToVho 平 + ( I — ^T0) vVO 平 式中 一一液体体积分率；Wto=^Lo 平 / (匕。平 + Ko 平);^L0 ψ 壳侧液体平均体积流量，m3/h ；VvoΨ一一壳侧气体平均体积流量，m3/h ；K。平=(K。进—K。出)/In (K。进/ K。出)；K0ψ=(匕。进一K。出)/In(匕。进/ K 出)；螺旋管(I)内对数平均流速Kli平=(Ki进一Ki 出)/1η(Κπ进/ Vlitii)式中Vn Ψ一一螺旋管(I)侧对数平均流量，m3/h ；Klia一一螺旋管(I)侧进口流量，m3/h ；匕出一一螺旋管(I)侧出口流量，m3/h ；vIi = Gi 平 / aini式中VIi--螺旋管(I)内流体流速，m/s ; 一一螺旋管(I)内管道通流截面面积，m2 ；U1一一螺旋管(I)管道数量；螺旋管(I)内两相混合流动时的平均流速Fli 平 _/ Tli tin 平+ (I 一 Wni)Fvli 平式中^Tli一一液体体积分率；^Tli =^Lli 平 / (^LliT+ Kii 平);Vlii ψ一一螺旋管(I)侧液体 平均体积流量，m3/h ；Κηψ一一螺旋管(I)侧气体平均体积流量，m3/h ；^Lli ψ= (Kli 进一Kli 出)/In (Kli 进 / Kli 出)；Καψ= (ZvIi 进一ZvIi 出)/In (ZvIi 进 / Ku);螺旋管(2)内对数平均流速Ki 平=(「2i 进—Ki 出)/ln(「2i 进 /)式中V2i Ψ一一螺旋管(2)对数平均流量，m3/h ；K2ia一一螺旋管(2 )进口流量，m3/h ；K2i出一一螺旋管(2 )出口流量，m3/h ；V2i — V2i 平 I a2in2式中V2i 螺旋管(2)内流体流速，m/s ;a2i一一螺旋管(2)内管道通流截面面积，Hl2 ;n2一一螺旋管(2)管道数量；螺旋管(2)内两相混合流动时的平均流速K2i 平―^T2i FL2i 平+ (I —Kv2i 平式中A2i—一液体体积分率；^T2i _^L2i 平 / (^L2i 平 + ^v2i 平)；Vl21 Ψ一一螺旋管(2)侧液体平均体积流量，m3/h ；Kv2i^一一螺旋管(2)侧气体平均体积流量，m3/h ；^L2i T — (^L2i 进一^L2i 出)/In (^L2i 进 / [2i 出)；Κ2 ψ= (Zv2i 进一 Zv2i 出)/In (「v2i 进 / K21);计算过程中采用对数平均值法按气液分相及混合两相流平均方法计算流速；2.双股流螺旋缠绕管式换热器雷诺数计算过程壳侧雷诺数Re0 = F。平夕。平0V7口。平式中Re。一壳侧雷诺数；VοΨ-壳侧流体平均流速，m/s ；P o￥——壳侧流体平均密度，kg/m3 ；d0——管道外径，m ；U οΨ—壳侧流体平均粘度系数，Pa. s ；壳侧气体平均密度式中P V0￥——壳侧气体平均密度，kg/m3 ；P V0 一一壳侧气体进口平均密度，kg/m3 ；P νο ——壳侧气体出口平均密度，kg/m3 ；壳侧液体平均密度P U>,= (P Lo 进—P Lo 出)/ln (P Lo 进/p Lo 出)式中P LoT一一壳侧液体平均密度，kg/m3 ； P Loa一一壳侧液体进口平均密度，kg/m3 ；P L0^ ——壳侧液体出口平均密度，kg/m3 ；壳侧气液两相时的平均密度P O 平 _^L。P L。平 + ( I — ^Lo) Pm,式中Rho--液相质量分率；^Lo- ( Zl。平 / P L。平)/ ( Zl。平 / P L。平 + Ko 平 / P V。平)；Vho Ψ一一壳侧液体质量流量，m3/h ；K0ψ一一壳侧气体质量流量，m3/h ；P LoT一一壳侧液体平均密度，kg/m3 ；P V0￥——壳侧气体平均密度，kg/m3 ；壳侧气体平均粘度式中U 一一壳侧气体平均粘度；P V0a 壳侧气体进口平均粘度，Pa. s ；P V0^一一壳侧气体出口平均粘度，Pa. s ；壳侧液体平均粘度#Lo〒=式中P LoT一一壳侧液体平均粘度；P L0a一一壳侧液体进口平均粘度，Pa. s ；P L0^ 一一壳侧液体出口平均粘度，Pa. S ；壳侧气液两相平均粘度口 O, _^L。# L。平 + (I本文档来自技高网...

【技术保护点】
双股流螺旋缠绕管式换热器设计计算方法，其特征在于：双股流螺旋缠绕管式换热器设计计算方法包括双股流螺旋缠绕管式换热器流速计算、双股流螺旋缠绕管式换热器雷诺数计算、双股流螺旋缠绕管式换热器普朗特数计算、双股流螺旋缠绕管式换热器总传热系数计算及双股流螺旋缠绕管式换热器有效换热高度计算五个主要换热工艺计算过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张周卫，汪雅红，张小卫，
申请(专利权)人：张周卫，
类型：发明
国别省市：