[发明专利]双股流螺旋缠绕管式换热器设计计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双股流螺旋缠绕管式换热器设计计算方法，主要应用于气体低温液化分离领域，包括-161℃天然气低温液化、-197℃空气低温液化分离、-197℃低温液氮洗工艺、-70℃低温甲醇洗工艺等气体低温净化、低温液化分离技术领域。

背景技术

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（1）、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（1）、螺旋管（2）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，本发明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。

发明内容

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。

本发明的技术解决方案：

1. 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

V_o平＝(V_o进－V_o出)/ln(V_o进/ V_o出)

式中：

V_o平――壳侧对数平均流量，m³/h；

V_o进――壳侧进口流量，m³/h；

V_o出――壳侧出口流量，m³/h；

v_o平＝V_o平/ (3600A)

式中：

v_o平――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

V_Lo平＝(V_Lo进－V_Lo出)/ln(V_Lo进/ V_Lo出)

式中：

V_Lo进――壳侧液体进口流量，m³/h；

V_Lo出――壳侧液体出口流量，m³/h；

壳侧液体流速

v_Lo平＝V_Lo平/ (3600A)

式中：

v_Lo平――壳侧液体平均流速，m/s；

单相流动气体体积流量

V_vo平＝(V_vo进－V_vo出)/ln(V_vo进/ V_vo出)

式中：

V_vo进――壳侧液体进口流量，m³/h；