工艺计算软件操作指南模板

年4月19日工艺计算软件操作指南模板资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。FRNC-5PC工艺计算软件操作指南目录1 总则 31.1主要应用 31.2相关标准及参考书籍 32 软件简介 42.1软件使用范围 42.1软件计算方法 52.1.1固定发热量(固定燃料量) 52.1.2固定热负荷 53 输入部分 63.1燃烧室输入 63.1.1Characteristic 63.1.2Furnacetype 73.1.3Furnacedimension 83.1.4FlueGas”Take-Off” 93.1.5TheID’sofCoilSectionsinFirebox 93.2对流室输入 103.2.1Characteristic 103.2.2InternalDuctDimensions 113.2.3CoilSection,Q-Bank,orAirPreheaterID 113.3烟囱输入 113.3.1Characteristic 113.3.2Geometry 123.4管路输入 123.4.1Geometry 133.4.2Processfluid 133.4.3GeometryI 143.4.4GeometryII 143.4.5Additionaldata 163.4.6Additionaldata 173.5炉管数据输入 183.5.1Generalcharacteristics 183.5.2Fintypeanddiameter 193.5.3Findata 203.6物料数据输入 213.6.1ProcessstreamCharacteristic 213.6.2Condition 213.7燃烧数据输入 223.7.1Firingdata 223.7.2Bridgewalltemperature 243.7.3Fuel#1 243.8燃料数据输入 253.8.1Identification 253.8.2Composition 263.9热损失输入 273.10注入水蒸气/水数据 273.11Q-Bank输入 283.12空气数据输入 293.13空气预热器输入 303.13.1GeneralCharacteristic 303.13.2Specification 303.14物理数据输入 313.14.1自动生成的物理性质 323.14.2直接输入的物理数据 323.14.3仅仅生成的物理属性数据 324 输出部分 324.1输入数据的重现 324.2输入数据的处理 334.3物理属性数据的重现 334.4计算过程输出 334.4最终结果输出 33总则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、烃类转化炉等常见的工业炉的传热计算。1.2相关标准及参考书籍DIRECTFIREDHEATERSIMULATIONSOFTWARECOMPUTERMANUALPFR公司加热炉模拟软件操作指南HG/T20541-化学工业炉结构设计规定HG/T20525-化学工业管式炉传热计算设计规定SH/T3036-一般炼油装置用火焰加热炉SH/T3045-石油化工管式炉热效率设计计算SY/T0538-管式加热炉规范SY/T0540-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..9李少萍、徐心茹。石油加工过程设备.华东理工大学..5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油厂除制氢转化炉外的所有加热炉,既能够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;也能够模拟在役炉子的操作工况,对操作数据进行评价以改进工艺操作,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,当前中国北京院、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能够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。能够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能够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软件计算方法该软件能够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:输入部分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2.1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6COILSECT管路每个管路的说明7TUBEDATA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&32FUELDATA燃料数据燃料成分3.1燃烧室输入燃烧室是加热炉热量输入部位,在FRNC-5PC软件中至少应输入一个燃烧室的数据,本软件最多可模拟五个不同的燃烧室,已成功建立燃烧室模型的类型有:圆筒炉、箱式炉和梯台炉。3.1.1Characteristic本部分包括三个输入部分。FireboxID燃烧是号和输入一到两位数字,这个数不不需要唯一,可与后面的管路系统、炉管数据、燃料的号一样。Numberofparallel”identical”firebox(默认为1)如果平行的燃烧室具有相同工艺流、燃烧状态,它们就称为”相同”,此时只需要输入一组数据就行.ParallelfireboxIDnumber如果平行的燃烧室具有不同的工艺流、燃烧状态,它们就称为”不相同”,使用者在此输入一个数,同时软件将在输入部分出现它的号。以上输入界面见下图。3.1.2Furnacetype加热炉型式有圆筒炉、箱式炉、屋型炉和梯台炉。其界面如下:3.1.3Furnacedimension加热炉直径输入是用来计算燃烧室耐火数量,直径指的是从内防火墙之间的尺寸,各个炉型的尺寸表示如下图:如果加热炉中间有火墙,其数据应输入,输入界面如下:3.1.4FlueGas”Take-Off”1.烟气离开燃烧室的开口位置及尺寸输入是为了对燃烧室进行粗计算,默认的方式为”顶、中心”。2.InnerDimensionsofFlueGasTake-Off如果烟气离开燃烧室开口形状为长方形,则在此处输入长和宽,如果开口为圆型,则在第一个里面输入圆的直径,第二个不输入。这个尺寸决定了燃烧室辐射到对流室光管的面积。3.ScreenOpeningCode(默认为”不”)不打对号表示开口没有遮挡,打对号表示开口被辐射管和光管遮挡,如果出口被耐火材料遮蔽使热量辐射回燃烧室,这种情况也应打对号,对于对流室有光管的情况也要打对号,这部分的输入界面如下:3.1.5TheID’sofCoilSectionsinFirebox至少一组管路数据或者”Q-Bank”数据应该输入,最多能够输入9组数据。管路系统是具有相同工艺流和机械数据的炉管组成Q-Bank它是一组从烟气中增加或移出热量的管路系统,它没有具体的机械数据,编号从90~99,Q-Bank在对对流室进行热交换研究时起作用。其输入界面如下:3.2对流室输入在对流室里,炉管相对于烟气串联或平行,烟气可能向上、向下或水平穿过这些炉管,光管部分的辐射热量度部分来自燃烧室,对流室的其它部分的辐射热量则来自耐火墙和烟气的直接辐射得来。如果在对流室热量损失的比例较大,那么在后面的HeatLoss章节就应该输入数据。3.2.1Characteristic本部分包含三个输入,ID输入方法与前面的燃烧室相同,第二部分输入的是烟气进入和离开的加热炉部分的ID号,第三部分为流动阻力阻尼,默认为0.3.2.2InternalDuctDimensions如果对流室为长方形,那么输入它的长宽高,如果为圆柱形,那么在第一个里输入它的直径,第二个不填,在第三个里输入高度。选择上、下还是水平根据的是摩擦气流的方向,它的作用是粗略计算,摩擦、动量和重力在烟气穿过加热炉的过程中一直存在,因此气流方向对于粗略计算就有很大意义。其输入界面如下:3.2.3CoilSection,Q-Bank,orAirPreheaterID软件支持10组数据的输入,其输入方法与燃烧室相同。3.3烟囱输入烟囱是加热炉中垂直圆筒形的部分,如果烟囱数据没有输入,软件将不会对输入的加热炉数据进行模拟,但烟气压降会在加热炉的各个部分显现。烟囱的热损失在粗略计算时有很大作用。3.3.1Characteristic本部分包含两个输入,ID输入方法与前面的相同,一个加热炉最多允许有两个平行的烟囱;第二部分输入的是烟气进入烟囱的ID号。3.3.2Geometry为了避免不同的外径DI和内径DE,软件输入的是几何直径DG,其公式如下:输入的时候注意:烟囱直径的单位为mm,高度单位为m。流体阻力阻尼(默认为1.5倍速度头)3.4管路输入软件支持最少1组最多89组的管路数据输入,管路是一个或多个炉管的组成,她们具有以下特征:1.具有相同的方向和直径;2.具有相同的工艺流;3.进入管路的物料来自于同一个入口,而且物料具有相同的温度和压力;4.位于加热炉的位置相同;5.在燃烧室炉管相对于火焰的朝向相同;6.过程流体一直保持和入口一样的管程数。3.4.1Geometry此输入包含三部分,管路系统ID、平行管路系统数量和平行部分ID,其输入方法与前面相同。3.4.2Process1.流入此管路系统的物料ID号,其号与后面要输入的”PROCESS”号要一致。2.,如果此管路系统的物料进来自上一管路系统,则在此处输入上一管路系统的ID号,不输入默认为入口。3.如果此管路系统的物料进入到下一管路,在此输入下一管路的ID号,如果空白或输入”0,”,则认为此处为出口。4.平行进入此管路系统的物料路数,在次输入,下面第二张图分别表示的是1路、3路和4路物料的情况输入界面如下:3.4.3GeometryI此处包含4处输入部分。炉管方向(默认水平),如果炉管为水平,则输入0,垂直为90.炉管内物料的方向(向上、向下或水平),此处输入关系到重力是如何作用到关内物料的压力降的。如果是垂直管,那应该选择上或下,选择下,则减去重力的影响;选择上,则加上重力的影响,水平管不考虑重力作用。炉管内物料与烟气的方向关系,”Cocurrentflow”表示两者方向相同,”Countercurrentflow”表示两者方向相反。此处只是需要对流室炉管输入。炉管ID号,此处的号要与后面的Tube号一致。输入界面如下:3.4.4GeometryII此处包含5处输入部分。此处输入一组管路系统炉管的总根数。炉管的排数。对于燃烧室,只能输入1或2,当输入2时,软件假设物料先进入1,然后再进入2,再进入1,轮流交替,且默认1排为靠墙近的炉管;对于对流室,排数为烟气穿过的管排数,如下图所示。管子布局。选择Staggered是交错布局,选择in-line是沿线布局,如果管排只有一排炉管,那么根据与它相邻的管排的位置输入,如果燃烧室管排数为2,则软件假设它们为交错布置。为一排管子中相邻管子间的距离,在下图中以S表示。如果这个数据没有输入,软件默认为1.5倍外径。为相邻管排简单距离,这个数据是用来确定管排高度和计算管排热损失的。在下图中以L表示。输入界面如下图:3.4.5Additionaldata此处包含3处输入部分。输入界面如下:Fitting、HeaderandmanifoldTypeID(炉管连接件和弯头类型)进入管路系统的连接件和弯头的类型(默认为1)管路系统内部炉管连接弯头的类型(默认为1)离开管路系统的连接件和弯头的类型(默认为1)连接件和弯头类型ID共有1~5个,其主要特征如下表所示,如果类型特殊,可在后面的FITTING输入部分输入。连接件类型1~5和K-LOSSID主要特征LOSS1U型弯头,加热炉外0.752U型弯头,加热炉内0.753骡子耳朵,加热炉外1.54跳头(转油线),加热炉外1.0590O弯头,加热炉外0.52.CentertoCenterDistancetoAdjacentUpstreamCoilSection(相邻管路系统距离)这一部分的输入只适用于对流室,它的输入是用来确定管排距离对烟气热交换的影响。如果输入的距离大于10倍管心距,那么烟气的湍流强度就会很低,如果空白或输入数据小于10倍管心距,那么湍流强度很大,热交换系数取最大值。3.Non-IdealTubeBank牛腿是连接在耐火墙上,隔一段伸出一段距离,它的作用是让烟气在对流室中有不同的流向,增加它的湍流强度,它的伸出长度有1/2管心距、1/2管排距。3.4.6Additionaldata此处包含3处输入部分。1.TypeofCoilSection炉管类型,Radiant辐射管,位于燃烧室,它的热量来源主要来自辐射传热。Shock光管,位于辐射室或对流室。Neither除了上面两种管子外的类型,位于对流室。2.LocationofCoilSection炉管位置。此处输入只适用于燃烧室炉管,其位置有:耐火墙、炉顶、炉底、中心和中间耐火墙上。3.Tube炉管中心距耐火墙的距离。此处输入只适用于位置位于燃烧室墙、顶和底的辐射管和光管。输入界面如下:3.5炉管数据输入炉管的各种数据在此处输入,最多允许20种管子数据的输入。不同的管路系统能够使用相同的管子ID号。3.5.1Generalcharacteristics此处输入包括以下几部分。1.管子ID号,此处ID号要与前面管路系统输入的ID号对应。2.管子外径和平均管子厚度。3.OverallandEffectiveTubeLengthPerTube管子的总长度是用于计算压力降,管子的有效长度是用来计算管子传热有效表面积。4.TubeMaterialCode炉管材料,如果空白,那么软件默认为炉管材料为碳钢,炉管材料在输入不封闭能够用下拉菜单选择,这个选择是用来进行传热计算和进行炉管最高温度时的强度校核。TubeMaterialThermalConductivity炉管材料导热率。如果空白,软件默认为炉管材料导热率为上面选择材料的数据,如果想要修改,则软件采用修改后的数据输入界面如下:3.5.2Fintypeanddiameter此处输入包括以下几部分。管子表面形状选择,其形状有:翅片管,锯齿型管和钉头管,其中管子的长度L、翅片或钉头的高度H、厚度D1、D2如下图所示,当选择的管表面形状不同时,上面的字母表示的意义不同,软件会在输入界面有提示。输入界面如下图:3.5.3Findata此部分输入有以下几部分。每单位长度上翅片和钉头的数量;每环上翅片和钉头的数量;翅片和钉头的材料(默认为碳钢);翅片和钉头的热导率;翅片和钉头和光管的粘合抗力;每单位长度上伸出部分的面积。3.6物料数据输入最多10组不同的物料数据能够输入,物料速度和进出口条件(温度、压力蒸汽百分比和焓)能够输入,不同的物料能够有相同的物理属性,软件提供”固定燃烧速率”和”固定热负荷”两种计算方法。3.6.1ProcessstreamCharacteristic本部分包括以下输入。物料ID号,此部分要与前面的管路系统的输入的ID号一致。物料状态,有固定出口状态、固定入口状态和固定出入口状态三种。其中固定出口状态时,软件计算入口状态;固定入口状态时,软件计算出口状态。固定出入口状态,且前面的热负荷没有输入时,那么程序变成固定热负荷计算方法;如果固定出入口状态和前面的热负荷都输入时,软件会根据出入口状态进行计算,并会把计算结果与输入的热负荷进行比较,如果两者之间相差1%时,软件会特别进行报告。物料速率,此处输入部分必须输入,如果蒸汽注入到物料中,那输入物料速度时不包括注入的蒸汽量。热负荷输入。输入此部分软件变为固定热负荷模拟。污垢阻力。如果管子光洁,那么此部分空白,如果输入数据,那么这个数据会加到每跟炉管上面,这个数据在计算炉管热交换时起作用。3.6.2Condition此部分包含物料的温度、压力、焓和蒸汽质量四部分的输入。其中物料的出口状态必须输入,如果进口状态不输入,软件会计算出一个宽松的结果;如果物料的P、T、H都输入时,软件会使用P、H而忽略T。输入界面如下图:3.7燃烧数据输入每一个燃烧室对应一个燃烧输入,燃烧输入部分包括下面几部分:燃烧速率或燃料流速燃烧情况:过剩空气系数和混合空气温度最多四种燃料数据的输入燃气离开燃烧室的温度3.7.1Firingdata此部分包含以下输入:ID号,此部分的ID号要与燃烧室的一一对应。燃烧速率。燃烧室的燃料速率根据燃料燃烧的低发热量(LHV)来输入。如果燃烧速率输入,而前面没有指定为固定热负荷时,软件就变成固定燃烧速率的模拟计算,如果前面指定为固定热负荷时,则此处输入被忽略,它的作用为粗略计算。过剩空气系数的输入。过剩空气系数对于燃烧室的燃烧效率有很大作用,对于气体燃料它的范围最好位于10~15%,对于液体燃料,它的范围最好为20-30%,它的选取与空气中氧的含量有关,也可根据烟气中氧的含量进行选取,其选取数据图片如下:进入燃烧室的空气温度。如果空白,软件默认为200C输入界面如下:3.7.2Bridge这一温度指的是离开辐射传热的燃烧室时烟气的温度。软件经过迭代计算的方法计算出这一温度。如果一个正确假设的温度输入,那么将会对软件进行后面的传热计算有很大帮助。输入界面如下;3.7.3Fuel#1对于每一个燃烧室,一共四种燃料的数据能够输入,此部分的输入包含以下几方面的输入: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FUELDATA输入界面输入数据,此处的输入ID要与后面的FUELDATA里的ID对应.燃料温度输入。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。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。加入到燃料中的蒸汽的压力。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。3.8.1Identification本部分输入主要包括以下输入:燃料ID和燃料名称。此部分燃料ID要与前面FIRINGDATA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。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SpecificGravity(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MolecularWeight(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。燃料比热。如果空白,软件将采用一个估计数据。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。输入界面如下:3.8.2Composition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:加热炉热损失部位的ID号。热损失部位外墙的厚度。热损失部位墙的材料。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:只能选择一个注入点;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:加热炉注入部分的ID号。注入部分的流速。注入部分的温度、压力和焓输入界面如下: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,它能够向烟气中加加热量(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空气数据输入当以下条件成立时,气流能够作为烟气进入加热炉的一部分:在对流室直接定义烟气状态;烟气回流燃烧室;补充燃烧模型;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,它能够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,而且应在”CoilSectionID”和CONVECTIVE部分输入其ID号。FRNC-5经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。3.13.1GeneralCharacteristic本部分包含以下输入:空气预热器ID号。此处的输入ID必须与对流室中CoilSectionID部分的ID号一致,一个加热炉只允许有一个空气预热器。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。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:3.13.2Specification本部分包含以下输入: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。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。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。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。预热器U×X。它是总的传热系数U与总表面积X的乘积。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,它能够忽略,值在0~1之间。预热器表面积。烟气侧压降。它用于烟气压降的粗略计算,其值可正可负。输