FRNC-5PC工艺计算软件操作指南.doc

FRNC 5PC 工艺计算软件操作指南 1 34 目目 录录 1总则 3 1 1 主要应用 3 1 2 相关标准及参考书籍 3 2软件简介 4 2 1 软件使用范围 4 2 1 软件计算方法 5 2 1 1 固定发热量 固定燃料量 5 2 1 2 固定热负荷 5 3输入部分 6 3 1 燃烧室输入 6 3 1 1 Characteristic 6 3 1 2 Furnace type 7 3 1 3 Furnace dimension 8 3 1 4 Flue Gas Take Off 9 3 1 5 The ID s of Coil Sections in Firebox 9 3 2 对流室输入 10 3 2 1 Characteristic 10 3 2 2 Internal Duct Dimensions 11 3 2 3 Coil Section Q Bank or Air Preheater ID 11 3 3 烟囱输入 11 3 3 1 Characteristic 11 3 3 2 Geometry 12 3 4 管路输入 12 3 4 1 Geometry 13 3 4 2 Process fluid 13 3 4 3 Geometry I 14 3 4 4 Geometry II 14 3 4 5 Additional data 16 3 4 6 Additional data 17 3 5 炉管数据输入 18 3 5 1 General characteristics 18 3 5 2 Fin type and diameter 19 2 34 3 5 3 Fin data 20 3 6 物料数据输入 21 3 6 1 Process stream Characteristic 21 3 6 2Condition 21 3 7 燃烧数据输入 22 3 7 1 Firing data 22 3 7 2 Bridge wall temperature 24 3 7 3 Fuel 1 24 3 8 燃料数据输入 25 3 8 1 Identification 25 3 8 2 Composition 26 3 9 热损失输入 27 3 10 注入水蒸气 水数据 27 3 11Q BANK输入 28 3 12 空气数据输入 29 3 13 空气预热器输入 30 3 13 1 General Characteristic 30 3 13 2 Specification 30 3 14 物理数据输入 31 3 14 1 自动生成的物理性质 32 3 14 2 直接输入的物理数据 32 3 14 3 仅仅生成的物理属性数据 32 4输出部分 32 4 1 输入数据的重现 32 4 2 输入数据的处理 33 4 3 物理属性数据的重现 33 4 4 计算过程输出 33 4 4 最终结果输出 33 1 总则 3 34 1 1 主要应用 本手册规定了 FRNC 5PC 软件的使用方法和步骤等 本手册适用于以气体 液体为燃料的管式加热炉 裂解炉 烃类转化炉等常用 的工业炉的传热计算 1 2 相关标准及参考书籍 DIRECT FIRED HEATER SIMULATION SOFTWARE COMPUTER MANUAL PFR 公司加热炉模拟软件操作指南 HG T 20541 2006 化学工业炉结构设计规定 HG T 20525 2006 化学工业管式炉传热计算设计规定 SH T 3036 2003 一般炼油装置用火焰加热炉 SH T 3045 2003 石油化工管式炉热效率设计计算 SY T 0538 2004 管式加热炉规范 SY T 0540 2006 石油工业用加热炉型式与基本参数 钱家麟等 管式加热炉 第二版 中国石化出版社 2009 9 李少萍 徐心茹 石油加工过程设备 华东理工大学 2009 5 2 软件简介 FRNC 5PC 软件是 PFR 公司的一款加热炉工艺计算软件 它的适用范围包括炼 4 34 油厂除制氢转化炉外的所有加热炉 既可以用于新炉子的设计计算 迅速的进行多 方案比较和优化设计 也可以模拟在役炉子的操作工况 对操作数据进行评价以改 善工艺操作 预测物料组成 注汽 水 量和位置以及燃料类型等的改变对加热炉 的影响 目前我国北京院 洛阳院等设计院的加热炉工艺计算都使用的是这个软件 2 1 软件使用范围 FRNC 5PC 软件能对炼油厂和石化厂大部分的加热炉进行性能模拟和效率预测 其中包括 常压炉 减压炉 重整炉 焦化炉 减粘炉 煤炭液化炉 余热回收和蒸汽发生炉 重沸炉 润滑油馏分油和蜡加热炉 热解炉 加热炉关键的过程和条件都可以在加热炉任何部位进入 输出 流程模拟 预 测热量转换和压降等方法先进科学 可以模拟加热炉的部分包括 综合工艺过程 多个盘管布局 多个燃烧室 多个管路和翅片类型 对流室部分 转油线 管道 流体形态 烟囱 配件 FRNC 5PC 软件的计算范围包括 辐射及全炉热效率 两相流流型 火墙温度 两相流沸腾形式 各部位烟气温度 两相流传热及压降 辐射及对流热强度 烟气侧传热及抽力 管壁金属温度 露点腐蚀温度 翅片或顶头尖端温度 烘炉预测 该软件可以模拟多股物料的复杂工况 对工艺 设计和运营部门的工程师来说 它是一个科学 节省时间的高效软件 2 1 软件计算方法 5 34 该软件可以按照两种方式进行模拟 一种是固定发热量 固定燃料量 另一种是 固定热负荷 2 1 1 固定发热量 固定燃料量 即燃料速率由用户给定 软件计算出热负荷 吸热量 每种物料的最终条件 和中间结果以及其它性能参数 其计算步骤如下 2 1 2 固定热负荷 即物流吸热由用户给定 所需的供热量及燃料量由程序求出 同时计算出其它 性能参数 其计算步骤如下 3 输入部分 6 34 FRNC 5PC 软件的输入部分主要有下面几部分 机械数据 燃烧室 对流 管道 烟囱 管道 管路配置和炉管尺寸 过程数据 物料流量和终端工艺条件 温度 压力 物理性质 油气流的可自动生成的热力学和输运性质 燃烧信息 燃油流量 燃料成分 燃烧空气温度和过剩空气系数 输入部分是按照加热炉的各个部分分为不同的逻辑块 每一部分的输入都会有 一个关键词和描述 表 2 1 说明加热炉各个部分的关键词和相应的描述 表表 2 1 加热炉主要部分和需要的数据加热炉主要部分和需要的数据 表关键字数据 1FURNACE 加热炉字母数字说明情况 3FIREBOX 燃烧室燃烧室机械数据 4CONVECTIVE 对流室对流段机械数据 5STACK 烟囱烟囱数据 6COIL SECT 管路每个管路的说明 7TUBE DATA 炉管数据炉管尺寸 8PROCESS 物料工艺流条件 流量 温度和压力 10FIRING 燃烧燃烧条件 燃料和空气的数据资料 12 3 7 3 Fuel 1 对于每一个燃烧室 一共四种燃料的数据可以输入 此部分的输入包含以下几 方面的输入 1 燃料的 ID 号 如果用户要输入混合燃料 那么就需要在后面的 FUEL DATA 输入界面输入数据 此处的输入 ID 要与后面的 FUEL DATA 里的 ID 对应 2 燃料温度输入 3 燃料速度单位 主要包括 MSCF 千立方英尺 天 BPD 桶 天 LB H 磅 小时 WTFR 质量分数 仅用于超过一种燃料的混合燃料的情况 如果用 户使用的是国际通用单位 此部分不用输入 4 此处输入加入到燃料中的蒸汽的流速 如果流速输入 那么输入的单位一 定要设置好 5 加入到燃料中的蒸汽的压力 25 34 6 加入到燃料中的蒸汽的温度 输入界面如下图 3 8 燃料数据输入 此部分输入的是燃料的发热量 比热和组成 3 8 1 Identification 本部分输入主要包括以下输入 1 燃料 ID 和燃料名称 此部分燃料 ID 要与前面 FIRING DATA 输入的 ID 号 保持一致 燃料名称输入是方便使用者区分各种燃料 没其它意义 2 下面两个输入是关于气 液燃料的 如果加热炉的燃料为液体 则输入第 一个 Specific Gravity 比重 此时输入的数据为液体燃料密度与 1000Kg m3的水密度的比值 如果加热炉的燃料为气体 此时输入的数据为 气体燃料密度与 1 22Kg m3的空气密度的比值 一般来说 气体燃料输入的 是下面的 Molecular Weight 分子量 如果气体燃料两个空格都输入数据 那么软件使用的是比重里的数据 3 燃料比热 如果空白 软件将采用一个估计数据 4 燃料发热量 单位 燃料的发热量有高发热量 HHV 和低发热量 LHV 两种 一般使用的是低发热量 单位有 kJ kg 和 kJ nm3两中 数值在上面的表格中 输入 26 34 输入界面如下 3 8 2 Composition 此处输入的是燃料 C H 和其它成分的质量分数 关于 C H 有两个选择 CH 组合的质量分数和 C H 各自的质量分数 其余的 O2 N2和 S 的含量视情况输入 最下边两个为灰和水的质量分数输入 它只是液体燃料时输入 输入界面如下 3 9 热损失输入 27 34 FRNC 5 软件提供加热炉热损失的计算 如果用户不输入 那么软件默认热损 失为燃料用量的 1 5 输入 0 为无损失 它的输入包含以下几部分 1 加热炉热损失部位的 ID 号 2 热损失部位外墙的厚度 3 热损失部位墙的材料 4 热损失部位墙导热系数 如果墙的材料输入的话 这一项可不填 输入界面如下图 3 10 注入水蒸气 水数据 注入到一个工艺流中的水蒸气和水受下面的两条限制 1 只能选择一个注入点 2 不会在一个管路系统的入口处注入 此部分输入包含以下几方面 1 加热炉注入部分的 ID 号 2 注入部分的流速 3 注入部分的温度 压力和焓 输入界面如下 28 34 3 11Q Bank 输入 Q bank 是一项没有过程数据和材料数据的管路系统 它可以向烟气中加加热量 输入 Q 和减热量 输入 Q 主要用来对对流室热量回收研究起作用 软件支 持十组 Q bank 的输入 ID 号从 90 99 输入界面如下 3 12 空气数据输入 29 34 当以下条件成立时 气流可以作为烟气进入加热炉的一部分 1 在对流室直接定义烟气状态 2 烟气回流燃烧室 3 补充燃烧模型 4 空气漏入加热炉的某个部分 加热炉的每个部分都允许有废气流 需要输入的是加热炉部分的 ID 号 气流 的流速 温度和组成 气流没有燃烧 但它被假设为随烟气燃烧产生的 其输入界面如下面两图所示 3 13 空气预热器输入 30 34 空气预热器模型在燃烧室的燃烧空气和对流室的烟气间建立热平衡 它可以位 于加热炉的任意部位 进入进热炉燃烧室的燃烧空气应在进入前预热 空气预热器应位于对流室 并 且应在 Coil Section ID 和 CONVECTIVE 部分输入其 ID 号 FRNC 5 通过迭代计算算出燃烧室的燃烧空气 如果进入燃烧室的预热空气的 温度输入的话 那么在进行燃烧室传热计算有很大帮助 3 13 1 General Characteristic 本部分包含以下输入 1 空气预热器 ID 号 此处的输入 ID 必须与对流室中 Coil Section ID 部分的 ID 号一致 一个加热炉只允许有一个空气预热器 2 第一个燃烧室的 ID 号 此处输入预热空气进入的燃烧室的 ID 号 后面的 第二 第三都是此意思 3 进入预热器时空气的温度 如果默认 为室温 其输入界面如下 3 13 2 Specification 本部分包含以下输入 1 空气预热热负荷 它是指空气预热器热交换的负荷 如果它输入的数值远 大于空气预热器的最大负荷 那么最大负荷将作为计算的数据 软件会在 最后的输出报告中给出一个警告 31 34 2 空气在预热器出口的温度 这个温度是期望的出口温度 根据这个温度算 出的热负荷如果远大于空气预热器的最大负荷 那么最大负荷将作为计算 的数据 软件会在最后的输出报告中给出一个警告 3 有效系数 它是真实热负荷与预热器最大热负荷的比值 它的数值应该在 0 1 之间 如果前面两个数值输入的话 那么这个数值会被忽略 4 空气与烟气的流动方向 它包含三种相对方向 Cocurrent 顺流 Countercurrent 逆流 crossflow 错流 5 预热器 U X 它是总的传热系数 U 与总表面积 X 的乘积 6 矫正系数 F 它是配合前面的 U X 的输入 如果前面几项有输入的话 它 可以忽略 值在 0 1 之间 7 预热器表面积 8 烟气侧压降 它用于烟气压降的粗略计算 其值可正可负 9 输入界面如下 3 14 物理数据输入 这一部分需要工艺流热力学和热交换物理性质 燃料和烟气属性来自于 FUEL DATA 和 GAS STREAM 部分的直接输入和燃烧计算的结果两部分 3 14 1 自动生成的物理性质 物理数据包中的数据是因为软件的需要而在内部产生的 通过利用工艺流的成 32 34 分和组成 物理数据包计算出需要的数据和属性 当物理数据包是为工艺流服务时 工艺流的组成和成分应在输入表格中输入而 不是存在于物理属性格栅中 工艺流的入口和出口的终端状态应在 PROCESS 中输 入 这衣服分的范围仅限于实施和使用物理数据包系统 物理数据包数据开始于一个 STREAM 输入 结束于一个 END COMPOSITION 记录 这些输入应该作为独立的燃烧热量单元而被保存于某个地方 工艺包的 ID 号应该与 PROCESS 中的 ID 号一致 3 14 2 直接输入的物理数据 用户可以输入最多 6 种工艺流 每一个工艺流可以有 20 种温度和 7 种压力水 平 这些物理属性的输入应该在温度和压力许可的范围之内 以下是三种经典的例 子 1 仅在液相中加热 2 仅在气相中加热 3 气 液两相中加热 3 14 3 仅仅生成的物理属性数据 FRNC 5 可以在没有实际燃烧传热模型下生成一个碳氢化合物的物理属性 这 一程序需要 FURNACE FIREBOX FIRING PROCESS 和