[發明專利]單股流螺旋纏繞管式換熱器設計計算方法

無效

• 申請號: 201210297815.1
• 申請日: 2012-08-21
• 公開（公告）號: CN102810128A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發明（設計）人: 張周衛;汪雅紅;張小衛
• 申請（專利權）人: 張周衛
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種單股流螺旋纏繞管式換熱器設計計算方法，主要應用于氣體低溫液化分離領域，包括-161℃天然氣低溫液化、-197℃空氣低溫液化分離、-197℃低溫液氮洗工藝、-70℃低溫甲醇洗工藝等氣體低溫凈化、低溫液化分離技術領域。

背景技術

單股流螺旋纏繞管式換熱器是一種換熱管道經層層纏繞后形成的一種單管束螺旋盤管型熱交換設備，主要由殼體（1）、管束上支撐（2）、管束（3）、芯筒（4）、管束下支撐（5）等主要部件構成，為纏繞管式換熱器中最基礎的單股流換熱器，主要用于管程存在較大溫差流體的換熱過程。單股流螺旋纏繞管式換熱器以其結構緊湊，單位容積具有較大的傳熱面積，傳熱管的熱膨脹可自行補償，容易實現大型化，可減少設備臺數等優點成為天然氣液化、低溫空分、低溫甲醇洗等低溫凈化、液化工藝中的重要設備。由于螺旋纏繞管式換熱器大多應用于低溫環境，體積較大，一般以傳熱塔的形式出現，最高可達到七、八十米，一般換熱器也在二、三十米，內部管道纏繞復雜，沒有通用設計標準，也沒有統一的換熱工藝設計計算方法，隨著工藝流程或物性參數特點不同而存在較大差別，因此給螺旋纏繞管式換熱器標準化過程帶來了困難。此外，由于螺旋纏繞管式換熱器管束（3）纏繞方法很多，沒有統一的管道纏繞模式及理論設計計算方法用于計算機輔助計算過程，給螺旋纏繞管式換熱器的科學計算過程帶來了障礙。為更好地解決螺旋纏繞管式換熱器的標準化及科學計算問題，本發明從最基礎的單股流螺旋纏繞管式換熱器換熱工藝設計計算出發，給出了一種單股流螺旋纏繞管式換熱器的簡捷設計計算方法。

發明內容

單股流螺旋纏繞管式換熱器設計計算方法，主要包括管程流速計算、殼程流速計算、總傳熱系數計算及壓力校核四個主要過程；管程流速計算完成后，根據已知給定設計參數，確定纏繞管束（3）基本參數、總體管根數及總體管根排列方法；殼體（1）強度計算過程可參照GB150、GB151等現有國家標準設計。

本發明的技術解決方案：

1、管程流速計算

根據已知設計參數包括換熱流體流量、進出口溫度、進出口壓力、設計溫度、設計壓力、管道材料及規格等計算總體管道數量

n=G_i/[3600πρv_i(d_i/2)²]

式中：

n——管道數量；

G_i——管內質量流量，kg/s；

ρ——流體密度，kg/m³；

v_i——管內流體流速，m/s；

d_i——管道內徑，m；

確定螺旋管道規格、徑向層間距、軸向管間距及螺旋上升角；確定芯筒（4）直徑并按等差數列繞芯筒（4）層層排列管道；第一層排滿后以反向螺旋上升角排列第二層管道；第二層管道排滿后以正向螺旋上升角排列第三層；第三層管道排滿后以反向螺旋上升角排列第四層……正反排列至第i層；第i層排不滿時按等差數列補足并形成整體管束（3）；重新統計管束（3）中管道數量并根據統計數量n重新計算管內流速

v_i?=G_i/[3600πρ_in?(d_i/2)²]

用于計算總傳熱系數；

2、殼程流速計算

殼程總截面面積

A_總＝π(D/2)²

式中：

D——殼體（1）內徑，m²；

芯筒（4）總截面面積

A_芯＝π(d_芯/2)²

式中：

d_芯——芯筒（4）外徑，m²；

管道總截面A_管為管道各層沿軸向投影面積之和，即