1、Aspen Plus 流程模擬培訓(xùn)專題5ASPENPLUS換熱器的模擬工學(xué)會(huì)培訓(xùn)中心和化學(xué)工業(yè)培訓(xùn)中心5.1ASPENPLUS的換熱器模型模型說明目的用于Heater加熱器或冷卻器確定出口物流的熱和相態(tài)條件加熱器、冷卻器、冷凝器等HeatX兩股物流的換熱器在兩個(gè)物流之間換熱兩股物流的換熱器。當(dāng)知道幾何 時(shí)，核算管殼式換熱器MHeatX多股物流的換熱器在多股物流之間換熱多股熱流和冷流換熱器，兩股物流的換熱器，LNG換熱器Hetran管殼式換熱器提供B-JAC Hetran管殼式換熱器程序界面管殼式換熱器，包括釜式再沸器Aerotran空冷換熱器提供B-JAC Aerotran空冷換熱器程序界面錯(cuò)

2、流式換熱器包括空氣冷卻器5.2Heater模型參數(shù)Heater模型有兩組模型設(shè)定參數(shù)：1、閃蒸規(guī)定( Flash specifications)（1）溫度（2）TemperaturePressure（3）溫度改變 Temperature change（4）蒸汽分率Vapor fraction（5） 過熱度（6） 過冷度（7） 熱負(fù)荷Degrees of superheating Degrees off subcoolliingHeat duty從中任選兩項(xiàng)Heater 模型參數(shù)（2）Heater 模型參數(shù)（3）Heater模型有兩組模型設(shè)定參數(shù)：2、有效相態(tài)（1）蒸汽（3） 固體( Valid

3、 Phase )（2）液體（4）汽液（5） 汽液液（7） 汽液游離水（6）液游離水Heater 模型參數(shù)（4）Heater 應(yīng)用示例 (1)溫度20、0.41MPa、流量4000kg/hr的軟水在鍋爐中加熱成為0.39MPa的飽和水蒸氣進(jìn)入生蒸汽總管。求所需的鍋爐供熱量。Hea(2te) r (2)流量為1000 kg/hr （0.4 MPa ）的飽和水蒸汽用蒸汽過熱器加熱到過熱度 100（0.39 MPa），求過熱蒸汽溫度和所需供熱量。Heater 應(yīng)用示例 (3)流量為 1000kg/hr、為水0.11MPa、含乙醇70%w、30%w的飽和蒸汽在蒸汽冷凝器中部分冷凝，冷凝物流的汽/液比（摩

4、爾）=1/3。求冷凝器熱負(fù)荷。Hea(4te) r 流量為 100(4)kg/hr、為通0.2MPa、溫度為20的過一電加熱器。當(dāng)加熱功率分別為 2kW、5kW、10kW和 20kW 時(shí)，求出口物流的狀態(tài)。Heater 物性計(jì)算利用Heater模塊可以很方便地計(jì)算混合物在給定熱力學(xué)狀態(tài)下的各種物性數(shù)據(jù)，如泡點(diǎn)、飽和蒸汽壓、密度、粘度、熱容、導(dǎo)熱系數(shù)等等：只需將給定組成的物流導(dǎo)入Heater模塊，根據(jù)給定的熱力學(xué)狀態(tài)設(shè)定Heater的模型參數(shù)，并在總Setup的Report出參數(shù)選項(xiàng)即可。Options中設(shè)定相應(yīng)的輸5.3兩股物流的換熱器功能：在兩個(gè)物流之間換熱用途：當(dāng)知道幾何器時(shí)，核算管殼式換

5、熱HeatX輸入規(guī)定窗口名稱作用Setup規(guī)定簡捷或詳細(xì)的計(jì)算、方向、換熱器壓降、傳熱系數(shù)計(jì)算方法和膜系數(shù)。Options規(guī)定熱側(cè)和冷側(cè)不同的閃蒸收斂參數(shù)和有效相態(tài)，HeatX收斂參數(shù) 和模塊規(guī)定報(bào)告選項(xiàng)。Geometry規(guī)定殼程和管程的結(jié)構(gòu)，并指明任何翅片管、折流擋板或管嘴。UserSubroutines規(guī)定用戶定義的Fortran子程序的參數(shù)來計(jì)算整個(gè)的傳熱系數(shù)、LMTD校正因子、管壁液體滯留量或管壁壓降。Hot-Hcurves規(guī)定熱流的加熱或冷卻曲線表和瀏覽結(jié)果表Cold-Hcurves規(guī)定冷流的加熱或冷卻曲線表和瀏覽結(jié)果表Block Options替換這個(gè)模塊的物性、模擬選項(xiàng)、診斷消息

6、水平和報(bào)告選項(xiàng)的全 局值。Results瀏覽結(jié)果、質(zhì)量和能量平衡、壓降、速度和區(qū)域分析匯總。Detailed Results瀏覽詳細(xì)的殼程和管程的結(jié)果以及關(guān)于翅片管、折流擋板和管嘴 的信息。Dynamic規(guī)定動(dòng)力學(xué)模擬的參數(shù)。5.3.1 HeatX計(jì)算類型1、簡捷計(jì)算(shortcut)簡捷計(jì)算只能與設(shè)計(jì)或模擬選項(xiàng)配合。簡捷計(jì)算不考慮換熱器的幾何結(jié)構(gòu)對傳熱和壓降的影響，人為給定傳熱系數(shù)和壓降的數(shù)值。使用設(shè)計(jì)(design)選項(xiàng)時(shí)，需設(shè)定熱(冷)物流的出口狀態(tài)或換熱負(fù)荷，模塊計(jì)算達(dá)到指定換熱要求所需的換熱面積。使用模擬(simulation)選項(xiàng)時(shí)，需設(shè)定換熱面積，模塊計(jì)算兩股物流的出口狀態(tài)。H

7、eatX計(jì)算類型2、詳細(xì)計(jì)算(detailed)詳細(xì)計(jì)算只能與核算或模擬選項(xiàng)配合。詳細(xì)計(jì)算可根據(jù)給定的換熱器幾何結(jié)構(gòu)和情況計(jì)算實(shí)際的換熱面積、傳熱系數(shù)、對數(shù)平均溫度校正因子和壓降。使用核算(rating)選項(xiàng)時(shí)，模塊根據(jù)設(shè)定的換熱要求計(jì)算需要的換熱面積。使用模擬(simulation)選項(xiàng)時(shí)，模塊根據(jù)實(shí)際的換熱面積計(jì)算兩股物流的出口狀態(tài)。HeatX詳細(xì)計(jì)算 (2)HeatX的簡捷法核算與嚴(yán)格法核算比較n 用Setup Specifications頁上的Calculation Type（核算類型）字段來規(guī)定簡捷法或嚴(yán)格法核算。n 簡捷法核算不需要換熱器結(jié)構(gòu)或幾何數(shù)據(jù)。n 對于嚴(yán)格法核算模型，可以

8、用換熱器幾何去估算：¨ 膜系數(shù)（Film coefficients）¨ 壓降（Pressure drops）¨ 對數(shù)平均溫差校正因子（Log-meantemperature difference correction factor）HeatX具有有效值的選項(xiàng)變量計(jì)算方法在簡捷法模型中可采用在嚴(yán)格法模型中可采用LMTD Correction Factor（LMTD校正因子）常數(shù)幾何用戶子程序Default NoNoYes Default YesHeat Transfer Coefficient（傳熱系數(shù)）常數(shù)值特定相態(tài)的值冪率表達(dá)式膜系數(shù)換熱器幾何用戶子程序Yes

9、Default YesNo No NoYes Yes Yes Yes Default YesFilm Coefficient（膜系數(shù)）常數(shù)值特定相態(tài)的值冪率表達(dá)式由幾何計(jì)算No No No NoYes Yes Yes DefaultPressure Drop（壓降）出口由幾何計(jì)算Default NoYes Default5.3.2換熱器計(jì)算方程n 換熱器的標(biāo)準(zhǔn)方程是：Q = U × A× LMTD這里L(fēng)MTD是對數(shù)平均溫差，此方程用于純逆流的換熱器。n 通用方程是：Q = U × A× F × LMTD這里F是校正因子，考慮了偏離逆流n 在Se

10、tup Specifications頁上用LMTDCorrection Factor區(qū)域輸入LMTD校正因子。的程度傳熱系數(shù)和膜系數(shù)n 在Setup U Methods（設(shè)定傳熱系數(shù)方法）頁確定怎樣計(jì)算傳熱系數(shù)，設(shè)定計(jì)算方法。n 在簡捷法核算模型中，HeatX模型不計(jì)算膜系數(shù)，在嚴(yán)格法核算模型中，如果你在傳熱系數(shù)計(jì)算方法中使用膜系數(shù)或換熱器幾，HeatX計(jì)算傳熱系數(shù)，使用：hc = 冷流膜系數(shù)何1 =U11hh = 熱流膜系數(shù)+chh h5.3.3 換熱器結(jié)構(gòu)換熱器結(jié)構(gòu)指換熱器內(nèi)整個(gè)的型式。如果對于傳熱系數(shù)、膜系數(shù)或壓降計(jì)算方法選擇Calculate From Geometry選項(xiàng)，可能需要在

11、Geometry Shell頁中輸入一些有關(guān)換熱器結(jié)構(gòu)的信息:TEMA shell type No. of tube passesExchanger orientation Number of sealing strip pairs Direction of tubeside flow Inside shell diameterShell to bundle clearance殼程類型管程數(shù)換熱器方位密封條數(shù) 管程流向殼內(nèi)徑殼/管束間隙TEMA殼體類型殼體n Geometry Shell頁也包含了兩個(gè)重要的殼體：¨ 殼體內(nèi)徑¨ 殼體到管束的最大直徑的環(huán)形面積Outer Tu

12、be Limit管束外層的最大直徑Shell Diameter殼體直徑Shell to Bundle Clearance殼層到管束的環(huán)形面積折流擋板的幾何n 殼側(cè)膜系數(shù)和壓降計(jì)算需要?dú)んw內(nèi)擋板的，在Geometry Baffles（擋板的幾何幾何）頁上輸入擋板的幾何。n 對于弓形折流擋板，需要的信息包括：¨ 折流擋板切口高度¨ 折流擋板間距¨ 折流擋板面積n 對于圓盤形折流擋板需要的信息包括：¨ 環(huán)形直徑¨ 支承盤的幾何折流擋板的幾何結(jié)構(gòu)Baffle Cut折流擋板的切口高度Tube Hole管孔Shell to Baffle Clearanc

13、e殼層到折流擋板的環(huán)形面積Rod Diameter圓盤直徑Ring Outside Diameter環(huán)外徑Ring Inside Diameter環(huán)內(nèi)徑管子的幾何計(jì)算管側(cè)膜系數(shù)和壓降需要管束的幾何，HeatX模型也用這個(gè)信息從膜系數(shù)來計(jì)算傳熱系數(shù)，在Geometry Tubes（管子的幾何）頁上輸入管子的幾何。對管換熱器或低翅片管換熱器管子總數(shù) Total number管子長度 Length 管子直徑 Diameter 管子的排列 Pattern管子的材質(zhì) MaterialHeatX管程參數(shù)（2）HeatX管程參數(shù)（3）(Tubesize)，管程參數(shù)還有管可用兩種方式輸入：公稱Nominal

14、直徑 Diameter BWG規(guī)格Birminghamwire gauge實(shí)際 Actual內(nèi)徑 Inner diameter 外徑 Outer diameter 厚度 Tube thickness三選二HeatX管程參數(shù)（4）HeatX 列管排列模式HeatX管翅結(jié)構(gòu)對于翅片管，還需從管翅(Tube 單中輸入以下參數(shù)：翅片高度 Fin height翅片高度 / 翅片根部平均直徑Fin height /Fin root mean diameter翅片間距 Fin spacing:fins)表長度的翅片數(shù) / 翅片厚度每Number of fins per unit length /Fin th

15、icknessHeatX管翅結(jié)構(gòu) (2)HeatX管翅結(jié)構(gòu) (3)HeatX擋板結(jié)構(gòu)有兩種擋板結(jié)構(gòu)可供選用：1、圓缺擋板2、棍式擋板Segmental baffleRod baffle從擋板(Baffles)表單中進(jìn)行選擇并輸入有關(guān)參數(shù)。HeatX圓缺擋板Segmental BaffleHeatX圓缺擋板（2）圓缺擋板需輸入以下參數(shù)：所有殼程中的擋板總數(shù)No. of baffles, all passes擋板切割分率 Baffle cut (fraction of shell diameter)管板到第一擋板的間距 Tubesheet to 1st baffle spacing擋板間距Baff

16、le to baffle spacing殼壁/擋板間隙管壁/擋板間隙Shell-baffle clearanceTube-baffle clearanceHeatX圓缺擋板（3）HeatX棍式擋板Rod BaffleHeatX棍式擋板（2）棍式擋板需輸入以下參數(shù)：所有殼程中的擋板總數(shù)No. of baffles, all passes圓環(huán)內(nèi)徑圓環(huán)外徑Inside diameter of ringOutside diameter of ring支撐棍直徑Support rod diameter每塊擋板的支撐棍總長Total length of support rodsper baffleHeat

17、X棍式擋板（3）HeatX管嘴管嘴即換熱器的物料進(jìn)出接口，需從Nozzle表單中輸入以下參數(shù)：輸入殼程管嘴直徑 Enter shell side nozzle diameters進(jìn)口管嘴直徑出口管嘴直徑Inet nozzle diameterOutlet nozzle diameter輸入管程管嘴直徑Enter tube side nozzle diameters進(jìn)口管嘴直徑出口管嘴直徑Inlet nozzle diameterOutlet nozzle diameterHeatX管嘴（2）5.3.4 HeatX結(jié)果查看HeatX 最重要的是熱參數(shù)結(jié)果(Thermal results)，其下包

18、括五張表單：SummaryBalance Exchanger details Pre drop/velocitiesZones概況衡算換熱器詳情壓降/速度分區(qū)HeatX 概況概況表單給出了冷、熱物流的溫度、蒸汽分率(Vapor fraction)，以及換熱器的熱負(fù)荷(Heat duty)。HeatX 概況 (2)HeatX換熱器詳情換熱器詳情表單給出了需要的換熱器面積(Required exchanger area) 、實(shí)際的換熱器面積(Actualexchangerarea)、清潔(Clean)和結(jié)垢(Dirty)條件下的平均傳熱系數(shù)(Avg.heattransfercoefficient)

19、、校正后的對數(shù)平均溫差(LMTDcorrected)、熱效率(Thermaleffectiveness) 和傳熱單元數(shù)(Number of transfer units)等有用的信息。HeatX換熱器詳情（2）HeatX壓降/速度壓 降 / 速 度 表 單 給 出 了 流 道 壓 降(ExchangerPressuredrop)、管嘴壓降和總壓降； 殼程錯(cuò)流(Crossflow) 和擋板窗口(Windows)(Reynolds處的最大流速及雷諾數(shù)No.)；管程的最大流速及雷諾數(shù)等有用的信息，我們可以根據(jù)這些信息調(diào)整管程數(shù)，擋板數(shù)目和切割分率，以及管嘴。HeatX壓降/速度（2）HeatX 分區(qū)

20、分區(qū)表單給出了換熱器內(nèi)根據(jù)冷、熱流體相態(tài)對傳熱面區(qū)計(jì)算的情況，包括各區(qū)域的熱流體溫度、冷流體溫度、對數(shù)平均溫差、傳熱系數(shù)、熱負(fù)荷和傳熱面 積信息。我們可根據(jù)此信息分析換熱方案是否合理以及改進(jìn)設(shè)計(jì)方案的方向。HeatX 分區(qū)（2）確定冷熱流體流程的原則（1）凈或易于分解結(jié)垢的物料應(yīng)流經(jīng)易的一側(cè)。對于直管管束，上述物料一般應(yīng)走管內(nèi)，當(dāng)管束能拆出管外。時(shí)，也可走（2） 需要提高流速以增大對流傳熱系數(shù)的流體應(yīng)當(dāng)走管內(nèi)，因?yàn)楣軆?nèi)截面積通常比管間的小，而且易于采取多程以增大流速。（3） 具有腐蝕性的物料應(yīng)走管內(nèi)，這樣可以用普通材料制造殼體，僅僅管子、管板和管箱采用耐蝕材料。（4）高的物料走管內(nèi)，外殼可以不承受高壓，以降低設(shè)計(jì)壓力和造價(jià)。（5） 溫度很高（或很低）的物料走管內(nèi)，以減少熱量（或冷量） 的散失。如果為了更好地散熱，則應(yīng)讓高溫物料走殼程。（6） 蒸汽一般通入殼程，便于排出冷凝掖，而且蒸汽較清潔，其對流傳熱系數(shù)又與流速關(guān)系較小。（7） 黏度大的流體>（1.52.5）×10-3 Pa·s一般走殼程，因?yàn)樵谠O(shè)有擋