[发明专利]一种壳程沸腾管程冷凝的缠绕管式换热器设计方法

说明书

本发明公开了一种壳程沸腾管程冷凝的缠绕管式换热器设计方法，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壳程分为两个部分，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壳程分为液相段、沸腾段和气相段三个部分；管程冷凝段存在相变，其换热系数与干度相关。本发明提出的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。

技术领域

本发明涉及缠绕管式换热器技术领域，尤其涉及一种壳程沸腾管程冷凝的缠绕管式换热器设计方法。

背景技术

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。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，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，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。

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， 涉及有相变、无相变、单股流、多股流等传热过程。然而，到目前为止，国内还未有 成熟的正向设计方法，特别是只是简单的仿造式逆向设计，无论从设计水平以及制造 能力均未达到国际水平的核心竞争力。因此，绕管式换热器热力工艺设计技术的研发， 在学术研究、工程应用、重大装备国产化等方面都具有重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供了一种壳程沸腾管程冷凝的缠绕管式换热器的设计方法，其优点在于，该设计方法设正向设计，涉及缠绕管壳程沸腾领域，应用了 精度高的换热系数计算公式，采用分段计算提高了计算控制精度。

一种壳程沸腾管程冷凝的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。

如果该缠绕管式换热器出口干度小于1，则整个缠绕管式换热器分为两个部分，分别为液相段和沸腾段；如果该缠绕管式换热器缠绕管出口干度等于1，则整个缠绕 管式换热器分为液相段、沸腾段和气相段三个部分。管程冷凝段存在相变，且分段对 其进行设计计算。

从壳程入口到流体工质的泡点温度为液相段，从流体工质的泡点温度到露点温度为沸腾段，从露点温度到壳程出口为气相段。

根据泡点温度、露点温度、出口干度和出口温度等，将壳程分为两个(或三个) 部分；壳程液相段设计算方法能有效而精确地计算出缠绕管式换热器壳程液相段的换 热量、换热面积、有效换热长度等。

需要进行迭代计算，借助于编程工具，将该壳程沸腾管程冷凝的缠绕管式换热器设计方法进行耦合，来实现迭代计算。