湿式空冷器HTRI选型方法探讨

第 39卷 第 6期 2010年 11月 石 油 化 工 设 备 PETRO-CHEMICAL EQUIPM ENT Vo1．39 NO．6 NOV．2010 文章编号：1000—7466(2010)06—0036—03 湿式空冷器 HTRI选型方法探讨 王立新，荣丁石，张志荣，刘宪卿 (四平市巨元瀚洋板式换热器有限公司，吉林 四平 136000) 摘要：通过比较湿式空冷器与 HTRI干式空冷器的计算过程，拟合出用于湿式空冷器计算的修订 系数。输入 HTRI的FJ Curves修订面板进行计算，并与实例计算结果进行了对比分析。结果表 明，经过修订后的 HTRI模型可以用于湿式空冷器的设计选型。 关键词 ：湿式空冷器；HTRI；FJ Curves；设计；选型 中图分类号：TQ O51．5 文献标志码 ：A Study of HTRI Calculation for W et Air Cooler WANG Li—xin，RONG Ding-shi，ZHANG Zhi—rong，LIU Xian‘qing (Siping Juyuan Hanyang Plate Heat Exchanger Co．Ltd．，Siping 136000，China) Abstract：F-factor and —factor coefficients are achieved by curve fitting when comparing calcula— tion procedures of HTRI dry air cooler and wet air cooler．These new coefficients are input on the HTRI FJ Curves panel and the final results are analyzed and compared with an example to show that the adjusted HTRI model can be used for the wet air cooler design． Key words：wet air cooler；HTRI；FJ curves；design；selection 表 1 吸附塔整体结构计算模 型应 力分 类与评定 工况名称 应力分类 强度校核 评定结果 设计 载荷 P +Ph H 5K = s 10 — 1． 24 0 9 M M P P a< 通过 工作载荷 PIJ+Ph+Q MPaMPa< 通过 疲劳载荷 Pl_+ +Q+F sSv = ： 7 1 4 5 ． 6 7 ． P M a P d 通 过 水压试验载荷 PL+尸b S 1． H 5K = s 12 — 7． 31 2 1． P M a Pa 通过 局部部位 的结构尺寸 ，可为吸附塔 的分析设计提供 参考。 参 考文献： [1] GB 15O一1998，钢制压力容器[s]． [2] JB 4732--1995，钢制压力容器——分析设计 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 [s]． F3] HG 20592～20635--1997，钢制管法兰、垫片、紧固件 [s]． [4] 美国 ANSYS公司中国办事处．ANSYS 5．7使用手册 [z]．北京：机械工业出版社 ，2000． [5] 丁伯民．美国压力容器 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 分析FM]．上海：华东理工 大学 出版社 ，1995． [6] [美]马恩 H 贾瓦特．化工设备结构分析与设计[M]． 北京 ：中国石化 出版社 ，1991． F73 刘鸿文．材料力学FM]．北京：高等教育出版社，1985． [8] 赵志业，王国栋．现代塑性加工力学FM]．辽宁：东北 大学出版社 ，2002． [9] 北京有色冶金设计研究院．机械设计手册[M]．北京： 化学工业 出版社 ，2000． [1O]李 军，陈 亮，孙兰义，等．填料萃取塔设计软件 CUP—Tower的开发[J]．石油化工设备，2010，39(3)： 26—29． [11]陈国理．压力容器及化工设备FM]．广州 ：华南理工大 学 出版社 ，1989． (张编) 收稿 日期 ：2010—05—26 作者简介：王立新(1980一)，男，吉林洮南人，工程师，硕士，从事换热器产品的研发工作。 第 6期 王立新 ，等 ：湿式 空冷器 HTRI选 型方法探讨 空冷器由于具有节水、环保和腐蚀性低等显著 特点而被广泛用于石油化工行业 ，它的选型设计工 作历来是人们关注的重点口 ]。HTRI软件设有专 门的空冷器选型模块 ，可 以对常用的干式空冷器进 行快速而准确 的设计 ]。但 当接近温 度 (即热流 体 出口温度与设计空气温度之差)小于 15℃时 ，选 用湿式空冷器经济性更好 ]，而 HTRI却没有相应 的计算模块对湿式空冷器进行计算。文中采用 HTRI FJ Curves面板的修订系数实现了 HTRI湿 式空冷器的选型计算工作 。 1 HTRI空冷器数学模型 1．1 管束压降模型 管束压降按下式计算： △户一 (，+aa) (1) 厶P 其中 一( )P(壶一 ) 式中，Ap为通过管束的静压降；Pa；Gm 为空气最大 质量流速，kg／(m ·s)；N 为管排 数；f为摩擦 因 数 ；a 为流动加速度 因子 ，表明 由密度差引起的压 力损失 ； 为迎 风面积 与空气流动最窄截 面处 面积 比； 10 、10。分别 为空气侧平均温度下 、进 口温度下 和出口温度下的密度，kg／m。。 1．2 管束传热模型 管束传热 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 为： h。=jc G⋯ Pr 邝 (2) 式中，h。为以翅 片管外表面积为基准 的对流传热系 数 ，W／(m ·K)； 为传热因子；C 为空气 比定压热 容 ，J／(kg·K)；Pr为空气的普朗特数。 2 湿式空冷器数学模型[8] 2．1 管束压降模型 管束压降按下式计算 ： Ap一2．16~oN。B 。· GF · (3) 式中， 为翅片高度影响系数 ，高翅片为 1，低翅片为 1．25；G 为迎风 面空气质量 流速 ，kg／(In。·s)；B 为迎风面喷水强度 ，kg／(m。·h)。 2．2 管束传热模型 管束传热计算公式为： h。一 90．7 GF。·。 +。。 NPB 。 ～。。。 NP0一。·。 (4) 其中 一( b—tg1)／(￡gl— t 1) 式中，h。为 以基管外表 面积 为基 准的对 流传热 系 数，w／(m ·K)；0为传热传质的温度系数 t为基 管外壁面温度，t 为经过喷淋后进入管束前空气的 干球温度 ，t。 为空气喷淋后人 口的露点温度 ，℃。高 翅片时 —1，低翅片时 —0．91。 3 数据处 理 从 HTRI空冷器数学模型和湿式空冷器数学 模型可以看出，HTRI在计算中使用的关联式无论 在参数选择上还是数学式结构上都与湿式空冷器的 有很大不同，需要仔细分析这些差异，进行等效处 理 ，使 HTRI的输出结果与用湿式关联式 的计算结 果趋近一致 。由于 HTRI在计算 时只是对公 式进 行迭代收敛，而不管公式的具体形式如何，因此可以 通过改变公式形式，充分利用 HTRI软件方便快速 和参数易调节的优点，达到湿式空冷器计算选型的 目的。 3．1 迎面风速 湿式空冷器的出 口温度为 ： -+ 。 (5) 其 中 一(2．55+0．15N )≯。B 0o·。 式 中，t 为湿式空冷器的出口温度 ，℃； 为热流量 ， W ；A为迎风面积，m ； 为迎风面速度 ，m／s；岛 为 湿温系数 。 为了保证 HTRI计算的出口温度、对数平均温 差与湿式模型的一致，需把 HTRI的标准迎面风速 等效为 ： LHT RI—vf／~o 3．2 空气入口温度 HTRI并不能 区分喷淋前后空气 的干球温度 ， 实际用于热交换的人口空气温度是 t 所以 HTRI 的人 口空气温度 ti n 一tg1，这也保证 了对数平均 温差与湿式模型一致 。 tgl tgo-- (1．o4一 1l7n5 ，~(tgo--t．o (6) 式中，t⋯ t。。分别为喷淋前空气干球温度和湿球温 度 ，℃。 3．3 管外对流传热系数 HTRI软件的管外对流换热系数是 以整个翅片 管的外表面积为基准 ，而式(4)是 以基管外表面积为 基准的，故而对式(4)求出的值除以翅化比，就可以 等价于式(2)的对流传热系数值 。 3．4 管束压降与传热模型_9 HTRI提供了-厂因子与J因子 2种模型，其表 达式形状完全一致： · 38· 石 油 化 工 设 备 2010年 第 39卷 一afl~e (7) J—ajRe (8) 其中 R8一 式 中，af、 、bf、bj为常数 ； 为动力 粘度，Pa·S；d。 为换热基管外径，1TI。 第 1种计算方法是输入 3对数据，即 3对 ．厂因 子与雷诺数对应的数值、3对 J因子与雷诺数对应 的数值，然后由软件拟合出常数 a和 b。第 2种计 算方法是直接输入 a、b这 2个常数，然后由软件按 式(7)与式(8)计算出，因子与J因子。很显然，第 2种方法更准确，因为仅输入 3对数据不能完全有 效覆盖各种工况 ，而且拟合数据所用的点太少，不能 保证精度。 直接令式(1)与式 (3)、式(2)与式(4)相等 ，分别 求出 f、J与Re的对应关系。对式(7)与式(8)两边 取 自然对数得 ： ln(厂)===ln(af)+bfRe (9) ln(j)一ln(a )+ Re (10) 编程输入数据 ，进行线性 回归分析 ，即可得到 af、bf、ai、bj的值。 4 数据处理结果对比分析 结合文献[1O]提供 例题 求函数的导数例题eva经济增加值例题计算双重否定句的例题20道及答案立体几何例题及答案解析切平面方程例题 进行数据处理与对比。 已知某湿式空冷器热负荷 一2 080 313 W，质量流量 13 500 kg／h，进 口温度 一65。C，出口温度 丁o 一 4O℃，空气 干球 温度 t 。一31．1℃，空气 湿球 温 度 t 一26．4℃，管内污垢热阻 ri一0．000 17 K·mz／w， 管外污垢热阻 ro一0．000 25 K·m2／w，密度 p一 668．6 kg／ ，粘度 一O．406 Pa·S，导 热系数 一 0．158 W／(m2·K)，C 一2 219 J／(kg·K)。 管子为 25 mm×2．5 mm 的碳 钢管 ，2组 管 束 ，名义尺寸为 9 m×3 m，4排管子 ，标准迎面风速 为 2．6 m／s，垂直于迎面风速的管心距为 63．5 mm， 正三角形排列 ，翅片高 15．5 illm，翅片厚 0．4 mm， 翅片间距 2．54 mm。基管共 182根 ，两管程。取迎 风面速度为 2～3 m／s，编程计算得到 a ===3．335、 bf一一0．4、aj一0．004 5、bi一一0．001 7。将常数和 湿式空冷器参数输入 HTRI，为方便比较，把管内的 对流传热系数设置成文献Elo]提供的计算数值，最 终的计算结果对 比见表 1。 从表 1可以看出，经过修订后的 HTRI能较好 地模拟湿式空冷器 的计算过程 ，空气的出口温度 、对 数平均温差、管束的静压降和动压降偏差都很小。 表 1 HTRI计算结果与文献[1O]例题对比 但由于 HTRI会分段进行更为精准的计算，所以传 热系数与文献Elo]结果有较大偏差，但仍满足工程 需要。此外，HTRI中定义的设计裕度是以综合传 热系数为基础的 ，与文献[1O]定义的不同，故而 出现 了较大的差别 。 5 结语 笔者充分利用 HTRI计算方便快捷的优点，通 过填人 FJ Curves面板的修正系数，实现了湿式空 冷器的选型设计。实例对比分析表明这种修订方法 安全可靠，能够满足工程精度要求。可以通过编程 快速求 出修 订系数，然后输入 HTRI进行计算 ，以 提高工作效率。演示了 HTRI修订的方法，为其它 需要进行计算模型修订的工作提供了实例。 参 考文献 ： [1] 刘 巍，邓方义．冷换设备工艺计算手册[M]．北京：中 国石化 出版社 ，2008：136—141． [2] T Kuppan．换热器设计手册 [M]．北京 ：中国石 化 出版 社 ，2004：178—180． E3] 张凤娟，姚 田绪．表面蒸发式空冷器管箱管束试漏堵 漏工装[J]．石油化工设备，2008，37(6)：74—75． [4] 艾云慧，孙海玻，祝亚玲，等．组合式空冷器喷淋量、风 量及其阻力测试分析EJ]．石油化工设备，2010，39(2)： 2O一23． E53 HTRI Technical Center．HTRI设计手册EM]．Tex— as：HTRI Company，2003． [6] 刘 健．立式热虹吸再沸器 HTRI优化设计[J]．化工 设计 ，2008，(2)：35—39，4． [7] 史美中，王中铮．热交换器原理与设计EM]．南京：东 南 大学出版社 ，2006：160—161． [8] 马义伟．空冷器设计与应用[M]．哈尔滨：哈尔滨工业 大学出版社 ，1998：55—59． [9] 周长发．科学与工程数值算法EM3．北京：清华大学出 版社 ，2002：193—194． [1O]赖周平，张荣克．空气冷却器[M]．北京：中国石化出版 社 ，2010：310—315． (张编)