Информация о проекте и единицы измерения

Создание нового расчёта

• Файл → Создать Shell & Tube Exchanger (Xist)

Рекомендация:

Система единиц: SI (Метрическая)
Температура: °C
Давление: кПа (или бар)
Расход: кг/ч или м³/ч
Длина: мм или м

Ввод технологических условий

Вкладка «Process» → «Process Conditions»

Здесь определяются горячий и холодный потоки.

Специальные типы процессов:

• Конденсация: Отметьте галочку «Condensing», укажите долю пара на входе/выходе.

• Кипение/Испарение: Аналогично конденсации, но наоборот.

• Охлаждение перегрева/переохлаждение: Используйте опцию «Multiple Zones».

Ввод свойств потоков

Вкладка «Methods» → Критически важна для точности!

Вариант A: Простые потоки (Наиболее частый)

1. Выберите «HTRI Default Methods».

2. Выберите вещество из Базы данных HTRI:

   • Нажмите «Search Components».

   • Введите название (напр., «Water», «Methane»).

   • Дважды щёлкните, чтобы добавить.

   • Для смесей: добавьте несколько, укажите состав.

Вариант B: Пользовательские свойства

1. Выберите «User Specified Properties».

2. Введите при двух температурах (обычно вход/выход):

• Плотность
• Вязкость
• Теплопроводность
• Удельную теплоёмкость

Вариант C: Внешние свойства

• Используйте «Interface to External Program».

• Связь с Aspen Properties, Refprop и т.д.

• Требует правильной настройки и лицензии.

Рекомендация для новичков:

• Начните с Базы данных HTRI — она обширна и надёжна.

• Для воды/пара: Используйте «Steam (IAPWS)» для максимальной точности.

• Для углеводородов: Используйте «Petroleum Fractions», если точный состав неизвестен.

Ввод геометрии теплообменника

Вкладка «Geometry» → Несколько подвкладок:

A. Типы корпуса и крышек

Тип корпуса: Обозначения по TEMA
- E: Одноходовой корпус (наиболее частый)
- F: Двухходовой корпус
- J: С разделённым потоком
- G: С раздвоенным потоком
- H: С двукратно раздвоенным потоком
- X: С поперечным потоком

Типы крышек:
- AES: Съёмный пучок, сальниковое уплотнение снаружи
- BEM: Неподвижная трубная решётка, оба конца съёмные
- и т.д. (следуйте стандартам TEMA)

B. Трубы

Наружный диаметр трубы: Стандартные размеры (19.05, 25.4 мм)
Толщина стенки трубы: BWG или мм
Длина трубы: Стандартизируйте (напр., 3, 4, 6 м)
Расположение труб: 30°, 60°, 90°
Шаг между трубами: Отношение к наружному диаметру (обычно 1.25)
Количество труб: Оставьте пустым в режиме проектирования
Материал труб: Влияет на теплопроводность и стоимость

C. Перегородки

Тип перегородки:
- Односегментные (наиболее частые)
- Двухсегментные (меньший ΔP)
- Без труб в окне
- Стержневые

Вырез перегородки: 20-35% от внутр. диаметра корпуса
Шаг между перегородками:
- Шаг на входе/выходе часто больше
- Центральный шаг обычно 0.2-1.0 × внутр. диаметр корпуса
Ориентация перегородки: Горизонтальный или вертикальный вырез

D. Штуцеры

Внутр. диаметр штуцера: Размер на основе скорости
- Жидкость: обычно <3 м/с
- Пар: выше (15-60 м/с)
Расположение штуцеров: Следуйте правилам TEMA по расстояниям

E. Компоновка пучка

• Используйте кнопку «Edit Bundle» для визуальной компоновки.

• Перетаскивайте/удаляйте трубы под штуцера.

• Проверьте «Tube Count Report» на точность.

Коэффициенты загрязнения

Вкладка «Fouling»

• Введите термическое сопротивление загрязнения для каждой стороны (м²·°C/Вт).

• Источники:

  • Таблица стандартов TEMA.

  • Спецификации компании.

  • Исторические данные.

• Типичные значения:

  • Охлаждающая вода: 0.0002-0.0005 м²·°C/Вт.

  • Лёгкие углеводороды: 0.0001-0.0002.

  • Тяжёлые масла: 0.0005-0.001.

Загрязнение:

• Для случаев, где загрязнение нарастает со временем.

• Введите несколько значений загрязнения с весовыми коэффициентами времени.

Пример пошагового ввода

Простой жидкость-жидкость теплообменник:

1. Проект: «Холодильник E-101», единицы SI.

2. Процесс:

   • Горячий: «Дизельное топливо», Жидкость, 50 000 кг/ч, 150°C → 50°C, ΔPмакс=70 кПа.

   • Холодный: «Охлаждающая вода», Жидкость, 200 000 кг/ч, 30°C → ?, ΔPмакс=70 кПа.

3. Методы:

   • Дизельное топливо: Нефтяная фракция (отн. плотность=0.85).

   • Вода: Из базы данных HTRI «Water (liquid)».

4. Геометрия:

   • Корпус: TEMA AES.

   • Трубы: 19.05 мм наруж. диам., стенка 2.1 мм, длина 6 м, треугольник 30°.

   • Перегородки: Односегментные, вырез 25%, шаг 300 мм.

5. Загрязнение:

   • Дизельное топливо: 0.0002 м²·°C/Вт.

   • Вода: 0.00035 м²·°C/Вт.

6. Проектирование: Запас=15%, анализ вибрации=Да.

Частые ошибки ввода, которых стоит избегать

Проверка после ввода данных

Перед запуском расчёта:

1. Проверьте сводку (View → Summary).

2. Просмотрите эхо ввода (Report → Input Summary).

3. Убедитесь, что:

   • Температуры верны.

   • Направления потоков логичны.

   • Фазовые переходы учтены.

   • Геометрия реализуема.

Ключевых принципов проектирования в HTRI Xist

Размещение потоков

• Коррозионные, склонные к загрязнению, высокого давления или более вязкие жидкости → обычно размещаются в трубном пространстве.
  Причина: трубы легче чистить, можно выбрать более стойкие к коррозии материалы, высокое давление лучше удерживается в трубах меньшего диаметра.

• Конденсирующийся пар, охлаждающая вода (незагрязняющая) или газы низкого давления → часто размещаются в межтрубном пространстве.
  Причина: межтрубное пространство лучше подходит для больших объёмов и фазовых переходов.

Скорость потока

• Скорость жидкости в трубах: Обычно 1–2 м/с.

  • Минимум > 0.6 м/с для уменьшения загрязнения.

  • Максимум < 3 м/с во избежание эрозии (выше для неэрозионных сред).

• Скорость жидкости в межтрубном пространстве: Ниже, чем в трубах, из-за большей площади прохода, но её должно быть достаточно для уменьшения загрязнения и улучшения теплопередачи.

Перепад давления

• Допустимый перепад давления следует по возможности полностью использовать для улучшения теплопередачи.

• Типичные значения:

  • Жидкости: 30–100 кПа на каждую сторону.

  • Газы/пары: 5–30 кПа или выше, если система позволяет.

• Более высокий ΔP может быть допустим для высокоплотных жидкостей или систем с принудительной циркуляцией.

Расположение и шаг труб

• Треугольный шаг (30°, 60°) → лучшая теплопередача в межтрубном пространстве, но сложнее чистить трубы снаружи.

• Квадратный шаг (90°) → более низкая теплопередача в межтрубном пространстве, но позволяет механическую очистку и даёт меньший ΔP.

• Отношение шага труб: Обычно 1.25 × наружного диаметра трубы для треугольного, 1.25–1.5 × наружного диаметра для квадратного.

Запас по теплопередаче

• После проектирования типичный запас (овердизайн) = 10–20% для учёта загрязнения и рабочих вариаций.

• В HTRI соотношение «Actual/Required UA» должно быть >1.0 (например, 1.1–1.2).

Учёт загрязнения

• Используйте реалистичные сопротивления загрязнению (из TEMA, HTRI или заводских данных).

• Избегайте чрезмерных запасов по загрязнению, которые ведут к переразмеренным аппаратам и плохой работе.

• Проектируйте для очистки в процессе работы, если загрязнение сильное (например, квадратный шаг, съёмный пучок).

Предотвращение вибрации

• Проверяйте вибрацию труб с помощью анализа HTRI.

• Уменьшайте неподдерживаемый пролёт трубы (корректируя шаг перегородок).

• Увеличивайте толщину стенки трубы или меняйте материал трубы при высоком риске вибрации.

Размеры штуцеров

• Рекомендации по скорости в штуцерах:

  • Вход жидкости: < 3 м/с для уменьшения эрозии.

  • Вход пара/газа: обычно < 60 м/с.

  • Двухфазные штуцеры: подбирайте размер, чтобы избежать чрезмерного ΔP и неравномерного распределения потока.

Температурный напор

• Для экономайзеров или рекуператоров приближение может быть всего 5–10°C.

• Для некоторых сред (например, охлаждающая вода с загрязнением) сохраняйте приближение > 10°C для контроля загрязнения.

Особенности многоходовых конструкций

• Чётное число ходов по трубам (2, 4 и т.д.) является обычным.

• Следите за температурным пересечением → может потребоваться несколько корпусов последовательно или другая компоновка.