第6章Aspen换热器单元模拟.ppt

第6章换热器单元模拟 换热器单元模拟 6 1概述6 2换热器Heater6 3换热器HeatX 6 1概述 1 如 开水锅炉 水杯 冰箱 空调等 2 是许多工业部门广泛应用的通用工艺设备 通常 在化工厂的建设中 换热器约占总投资的11 40 换热器定义 换热器是用来改变物流热力学状态的传热设备 AspenPlus换热器单元模块说明 6 2换热器Heater Heater模型用于模拟单股或多股物流 使其变成某一特定状态下的单股物流 也可通过设定条件来求已知组成物流的热力学状态 求已知物流的泡点或者露点求已知物流的过热或者过冷的匹配温度计算物流达到某一状态所需热负荷模拟加热器 冷却器 或换热器的一侧模拟泵 压缩机 压缩机 仅改变压力 不涉及功率 Heater可以进行以下类型的单相或多相计算 6 2换热器Heater 典型的Heater流程连接图 Heater模型设定参数 Heater模型有两组模型设定参数 闪蒸规定与有效相态 6 2换热器Heater 注意 指定压力 Pressure 当指定值 0时 代表出口的绝对压力值 当指定值 0 代表出口相对于进口的压力降低值 Heater的常用的几种闪蒸规定组合 6 2换热器Heater Heater应用实例 6 2换热器Heater 例6 125 压力0 4MPa 流率5000kg hr的软水在锅炉中被加热变成0 45MPa的饱和蒸汽 物性方法选用针对水 蒸汽 体系的IAPWS 95 求所需的锅炉供热量 例6 2流率为500kg hr 压力为0 1MPa 含乙醇60 w 水40 w 的饱和蒸汽在冷凝器中部分冷凝 冷凝器的压降为0 冷凝物流的汽 液比 mol 为1 1 物性方法选用UNIQUAC 求冷凝器热负荷 换热器HeatX用于模拟两股物流逆流或并流换热时的热量交换过程 可以对大多数类型的双物流换热器进行简捷计算或详细计算 6 2换热器HeatX 逆流 并流 Countercurrent Cocurrent 壳程采用折流板 SegmentalBaffleinShell 壳程采用棍式挡板 RodBaffleinShell 裸管 低翅片管 Bare Low finnedTubes 模拟下述常见结构的管 壳式换热器 典型的HeatX流程连接 6 2换热器HeatX Heatx的模型设定参数 HeatX的设定要从HeatX的Specification页面进行操作 有四组设定参数 1 计算类型 Calculation 2 流动方式 Flowarrangement 3 运算模式 Type 4 换热器设定 Exchangerspecification 6 2换热器HeatX 6 2换热器HeatX 1 Calculation栏中有五个选项 1 简捷计算 Short cut 2 详细计算 Detailed 3 管壳式换热器计算 Shell Tube 4 空冷器计算 AirCooled 5 板式换热器计算 Plateheatexchangers Heatx的模型设定参数 2 流动方式设定包括以下选项 1 热流体 Hotfluid 流动方式 热流体走壳程 Shell 管程 Tube 2 流动方向 Flowdirection 逆流 Countercurrent 并流 Cocurrent 多管程流动 Multiplepasses Heatx的模型设定参数 6 2换热器HeatX 在换热器中 流体走管程 壳程 下列几点可作为选择的一般原则 a 不洁净或易结垢的液体宜在管程 方便清洗 b 腐蚀性流体宜在管程 以免管束和壳体同时受到腐蚀 c 压力高的流体宜在管内 以免壳体承受压力 d 饱和蒸汽宜走壳程 饱和蒸汽较清洁 表面传热系数与流速无关 而且冷凝液易排出 e 流量小而粘度大的流体一般以壳程为宜 f 需要被冷却物料一般选壳程 便于散热 Heatx的模型设定参数 6 2换热器HeatX 3 Type选择框中有三个选项 1 设计 Design 2 核算 Rating 3 模拟 Simulation Calculation与Type两组选项按下述方式配合使用 详细计算只能与核算或模拟选项配合 详细计算可根据给定的换热器几何结构和流动情况计算实际的热面积 传热系数 对数平均温度校正因子和压降 使用核算选项时 模块根据设定的换热要求计算需要的换热面积 使用模拟选项时 模块根据实际的换热面积计算两股物流的出口状态 Heatx的模型设定参数 6 2换热器HeatX 4 换热器闪蒸规定包括13个选项 1 热物流出口温度 Hotstreamoutlettemperature 2 热物流出口 相对于热物流入口 温降 Hotstreamoutlettemperaturedecrease 3 热物流出口温差 Hotstreamoutlettemperatureapproach 4 热物流出口过冷度 Hotstreamoutletdegreessubcooling 5 热物流出口蒸汽分率 Hotstreamoutletvaporfraction 6 冷物流出口温度 Coldstreamoutlettemperature Heatx的模型设定参数 6 2换热器HeatX Heatx的模型设定参数 注意 对于并流或者逆流换热来讲 热物流出口温差的表示方法是不同的 6 2换热器HeatX 7 冷物流出口 相对于冷物流入口 温升 Coldstreamoutlettemperatureincrease 8 冷物流出口温差 Coldstreamoutlettemperatureapproach 9 冷物流出口过热度 Coldstreamoutletdegreessuperheat 10 冷物流出口蒸汽分率 Coldstreamoutletvaporfraction 11 传热面积 Heattransferarea 12 热负荷 Exchangerduty 13 几何条件 Geometry 详细计算时采用 Heatx的模型设定参数 6 2换热器HeatX Heatx的模型设定参数 注意 对于并流或者逆流换热来讲 冷物流出口温差的表示方法是不同的 6 2换热器HeatX HeatX模块可以对大多类型的双物流换热器进行简捷的或严格的计算这两种计算方法的主要区别是总的传热系数的计算程序 简捷法总是采用用户规定的或缺省的总的传热系数值 严格方法采用膜系数的严格热传递方程 并能合并由于壳侧和管侧膜所带来的管壁阻力来计算总的传热系数 用这种方法时 用户需要知道几何尺寸 Heatx简捷计算与严格计算 6 2换热器HeatX Heatx严格计算变量以及使用准则 严格法核算模型对HeatX提供了较多的规定选项 因此也需要较多的输入 严格法核算模型提供了很多缺省的选项 用户可以改变缺省的项来控制整个计算 这些选项包括以下计算变量 LMTD对数平均温差校正因子 U methods传热系数 Filmconfficients膜系数 PressureDrop压降等 6 2换热器HeatX 6 2换热器HeatX Heatx严格计算变量以及使用准则 Heatx严格计算变量以及使用准则 6 2换热器HeatX Heatx严格计算变量以及使用准则 6 2换热器HeatX Heatx严格计算变量以及使用准则 6 2换热器HeatX Heatx严格计算变量以及使用准则 注意 U methods传热系数 Filmconfficients膜系数的计算方法中的相态法需要分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数 对于压降 当指定热侧和冷侧的出口压力 Outletpressure 时 若指定值 0 代表出口的绝对压力值 指定值 0 代表出口相对于进口的压力降低值 6 2换热器HeatX Heatx换热器的几何结构参数 详细计算时需输入换热器的几何结构参数 包括 以管壳式换热器为例 壳程 Shell 管程 Tubes 管翅 Tubefins 挡板 Baffles 和管嘴 Nozzles 等 6 2换热器HeatX 壳程 Shell 表单中允许用户对以下参数进行设置 壳程类型 TEMAshelltype 管程数 No oftubepasses 换热器方位 Exchangerorientation 密封条数 Numberofsealingstrippairs 管程流向 Directionoftubesideflow 壳内径 Insideshelldiameter 壳 管束间隙 Shelltobundleclearance 串联壳程数 NumberofshellsinSeries 并联壳程数 NumberofshellsinParallel Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 壳程 Shell 表单输入界面 6 2换热器HeatX Heatx换热器的几何结构参数 管程 Tubes 表单中允许用户对以下参数进行设置 1 管类型 Selecttubetype 裸管 Baretube 翅片管 Finnedtube 2 管程布置 Tubelayout 总管数 Totalnumber 管长 Length 排列方式 Pattern 管心距 Pitch 材料 Material 导热系数 Conductivity Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 管程 Tubes 表单中允许用户对以下参数进行设置 3 管子尺寸 Tubesize 实际尺寸或者公称尺寸设定 实际尺寸 Actual 内径 Innerdiameter 外径 Outerdiameter 厚度 Tubethickness 公称尺寸 Nominal 直径 Diameter BWG规格 Birminghamwiregauge Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 管程 Tubes 表单输入界面 Heatx换热器的几何结构参数 对于翅片管 还需从管翅 Tubefins 中输入以下参数 6 2换热器HeatX 翅片高度 Finheight 翅片高度 Finheight 翅片根部平均直径 Finrootmeandiameter 翅片间距 Finspacing 翅片数 单位长度 Numberoffins unitlength 翅片厚度 Finthickness 可选项Optional翅化面积与管内面积之比 Ratiooffinnedareatoinsidetubearea 翅片效率 Finefficiency Heatx换热器的几何结构参数 对于翅片管 还需从管翅 Tubefins 输入界面 6 2换热器HeatX 挡板 Baffles 中有两种挡板结构可供选用 圆缺挡板Segmentalbaffle 棍式挡板Rodbaffle Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 所有壳程中的挡板总数 No ofbaffles allpasses 挡板圆缺率Bafflecut fractionofshelldiameter 管板到第一挡板间距 Tubesheetto1stbafflespacing 挡板间距 Baffletobafflespacing 最后挡板与管板间距 Lastbaffletotubesheetspacing 壳壁 挡板间隙 Shell baffleclearance 管壁 挡板间隙 Tube baffleclearance Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 圆缺挡板 Segmentalbaffle 需输入以下参数 Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 圆缺挡板 Segmentalbaffle 参数输入界面 注意 安装折流挡板的目的是为提高管外表面传热系数 为取得良好的效果 挡板的形状和间距必须适当 对圆缺形挡板而言 弓形缺口的大小对壳程流体的流动情况有重要影响 弓形缺口太大或太小都会产生 死区 既不利于传热 又往往增加流体阻力 挡板的间距对壳体的流动亦有重要的影响 间距太大 不能保证流体垂直流过管束 使管外表面传热系数下降 间距太小 不便于制造和检修 阻力损失亦大 一般取挡板间距为壳体内径的0 2 1 0倍 Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 棍式挡板 Rodbaffle 需输入以下参数 Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 所有壳程中的挡板总数 No ofbaffles allpasses 圆环内径 Insidediameterofring 圆环外径 Outsidediameterofring 支撑棍直径 Supportroddiameter 每块挡板的支撑棍总长 Totallengthofsupportrodsperbaffle 棍式挡板 Rodbaffle 参数输入界面 Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 管嘴 Nozzle 表单中允许用户对以下参数设定 Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 壳程管嘴直径 Entershellsidenozzlediameters 进口管嘴直径 Inetnozzlediameter 出口管嘴直径 Outletnozzlediameter 管程管嘴直径 Entertubesidenozzlediameters 进口管嘴直径 Inletnozzlediameter 出口管嘴直径 Outletnozzlediameter 管嘴 Nozzle 表单参数输入界面 Heatx换热器的几何结构参数 6 2换热器HeatX 运算完毕后 可以在Blocks 换热器 ThermolResult Summary查看换热器结果 简捷计算与详细计算都可以在此查看结果 主要包括 热 冷物流见出口温度 热 冷物流见出口压力 热 冷物流见出口汽化率 换热器热负荷