化工設(shè)計-7 流體輸送設(shè)備工藝設(shè)計閥門

1、化工設(shè)計 任課教師：張宇第五章第五章 流體輸送設(shè)備工藝設(shè)計流體輸送設(shè)備工藝設(shè)計流體輸送模型的分類流體輸送模型的分類1. 泵泵Pump2. 壓縮機(jī)壓縮機(jī)Compr3. 多級壓縮機(jī)多級壓縮機(jī)MCompr4. 閥門閥門Valve5. 管道管道Pipe6. 管線管線Pipeline在在ASPEN Plus中流體輸送單元?dú)w屬壓力改變器中流體輸送單元?dú)w屬壓力改變器 (Pressure Changers)類別，共六種模型：類別，共六種模型：Valve 閥門模型閥門模型用來調(diào)節(jié)流體流經(jīng)管路時的壓降。用來調(diào)節(jié)流體流經(jīng)管路時的壓降。Valve 連接連接Valve 計算類型計算類型閥門模型有三種應(yīng)用方式閥門模型有三

2、種應(yīng)用方式(計算類型計算類型)1. 絕熱閃蒸到指定出口壓力絕熱閃蒸到指定出口壓力 Adiabatic flash for specified outlet pressure2. 對指定出口壓力計算閥門流量系數(shù)對指定出口壓力計算閥門流量系數(shù) Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressure3. 對指定閥門計算出口壓力對指定閥門計算出口壓力(核算方式核算方式) Calculate outlet pressure for specified valveValve 閥門參數(shù)閥門參數(shù)閥門類型閥門類型 (Valve type)：截

3、止閥：截止閥 (Globe)、 球閥球閥 (Ball)、蝶閥、蝶閥(Butterfly)廠家廠家(Manufacturer)：Neles-Jamesbury系列系列/規(guī)格規(guī)格 (Series/Style): 線性流量線性流量 (linear flow)、等百分比流量、等百分比流量 (equal percent flow)尺寸尺寸 (Size)：公稱直徑：公稱直徑運(yùn)用核算方式時，需輸入以下參數(shù)：運(yùn)用核算方式時，需輸入以下參數(shù)：閥門流量特性閥門流量特性：閥門的流通能力：閥門的流通能力Kv的百分比與開度百分的百分比與開度百分比之間的關(guān)系。流量系數(shù)比之間的關(guān)系。流量系數(shù)Cv=1.167Kv。線性流量線

4、性流量：Kv%與開度與開度%之間成線性關(guān)系。之間成線性關(guān)系。 等百分比流量等百分比流量：Kv%與開度與開度%之間的比值等于開度之間的比值等于開度%。如一個閥門直徑是如一個閥門直徑是10mm，它的最大流量是，它的最大流量是10m3/h，線性流量閥：當(dāng)閥門開度線性流量閥：當(dāng)閥門開度20%時流量是時流量是2m3/h， 80%時流量是時流量是8m3/h；等百分比流量閥：當(dāng)閥門開度等百分比流量閥：當(dāng)閥門開度20%時流量為時流量為0.4m3/h (10*20%*20%)，80%時流量為時流量為6.4m3/h(10*80%*80%)。以及閥門開度以及閥門開度(Opening)：Valve 計算選項計算選項檢

5、查阻塞流動檢查阻塞流動 Check for choked flow計算空泡系數(shù)計算空泡系數(shù) Calculate cavitation index設(shè)置最小出口壓力等于阻塞壓力設(shè)置最小出口壓力等于阻塞壓力 Minimum outlet pressure: Set equal to choked outlet pressure計算閥門小開度狀態(tài)時計算選項的設(shè)置很重要計算閥門小開度狀態(tài)時計算選項的設(shè)置很重要空泡系數(shù)空泡系數(shù)是兩相混合物在任一流動截面內(nèi)氣相所占的總面積分額。是兩相混合物在任一流動截面內(nèi)氣相所占的總面積分額。阻塞流阻塞流：不可壓縮流體在流過閥門時所達(dá)到的最大流量狀態(tài)。當(dāng)閥入口壓：不可壓縮流

6、體在流過閥門時所達(dá)到的最大流量狀態(tài)。當(dāng)閥入口壓力力p1保持一定，而逐步降低閥后壓力保持一定，而逐步降低閥后壓力p2時，流經(jīng)閥的流量會增加到一個最時，流經(jīng)閥的流量會增加到一個最大極限值，再繼續(xù)降低大極限值，再繼續(xù)降低p2，流量不再增加。此時的流動狀態(tài)即為阻塞流。，流量不再增加。此時的流動狀態(tài)即為阻塞流。Valve 結(jié)果查看結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的從數(shù)據(jù)瀏覽器的Valve對象下選擇對象下選擇Results查看結(jié)果查看結(jié)果Valve 示例示例 1 水的溫度為水的溫度為 30 C，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為 6 bar，流量為，流量為 150 m3/h ，流經(jīng)一公稱通徑為，流經(jīng)一公稱通徑為 8 英寸的截止閥。英寸的

7、截止閥。閥門的規(guī)格為閥門的規(guī)格為V500系列的線性流量閥，閥門系列的線性流量閥，閥門的開度為的開度為 20%。求：閥門出口的水壓強(qiáng)是多少？求：閥門出口的水壓強(qiáng)是多少？Pipe 管段模型管段模型管段模型計算等直徑、等坡度的一段管段模型計算等直徑、等坡度的一段管道的壓降和傳熱量。管道的壓降和傳熱量。管道參數(shù)表單：管道參數(shù)表單： Pipe parameters長度長度 Length直徑直徑 Diameter 內(nèi)徑內(nèi)徑/管道規(guī)格表管道規(guī)格表提升提升 Elevation 高度高度/上升角上升角粗糙度粗糙度 RoughnessPipe 管段參數(shù)管段參數(shù)熱參數(shù)設(shè)定表單熱參數(shù)設(shè)定表單 Thermal spec

8、ification 恒溫恒溫 Constant temperature 線性溫度剖型線性溫度剖型 Linear temperature profile 絕熱絕熱(零熱負(fù)荷零熱負(fù)荷) Adiabatic (zero duty) 熱衡算熱衡算 Perform energy balancePipe 熱參數(shù)設(shè)定熱參數(shù)設(shè)定管件參數(shù)表單管件參數(shù)表單 Fittings 連接方式：連接方式： Connection type 法蘭連接法蘭連接/焊接焊接 Flanged/Welded，螺紋連接，螺紋連接 Screwed 管件數(shù)量：管件數(shù)量： Number of fittings 閘閥閘閥 Gate valves，

9、蝶閥，蝶閥 Butterfly valves 90度肘管度肘管 Large 90 degree elbows， 直行三通直行三通 Straight tees，旁路三通，旁路三通 Branched tees 其余當(dāng)量長度：其余當(dāng)量長度： Miscellaneous L/DPipe 管件參數(shù)管件參數(shù)Pipe 結(jié)果查看結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pipe對象下選擇對象下選擇Results查看結(jié)果查看結(jié)果計算結(jié)果還包括流體狀態(tài)沿管長的分布剖形計算結(jié)果還包括流體狀態(tài)沿管長的分布剖形(Profiles)Pipe 示例示例 1 流量為流量為 5000 kg/h，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為 7 bar的飽和水蒸的

10、飽和水蒸汽流經(jīng)汽流經(jīng) 108 4 mm的管道。管道長的管道。管道長 20 m，出口，出口比進(jìn)口高比進(jìn)口高 5 m，粗糙度為，粗糙度為 0.05 mm。管道采用。管道采用法蘭連接，安裝有閘閥法蘭連接，安裝有閘閥 1 個，個，90 肘管肘管 2 個。環(huán)個。環(huán)境溫度為境溫度為 20 C，傳熱系數(shù)為，傳熱系數(shù)為 20 W/m2 K。求：。求：出口處蒸汽的壓強(qiáng)、溫度和含水率，以及管道出口處蒸汽的壓強(qiáng)、溫度和含水率，以及管道的熱損失各是多少？的熱損失各是多少？Pipeline 管線模型管線模型管線模型計算由多段管道串聯(lián)組成的一管線模型計算由多段管道串聯(lián)組成的一條管線的壓降。條管線的壓降。在結(jié)構(gòu)表單在結(jié)構(gòu)表

11、單(Configuration)中輸入以下參數(shù)中輸入以下參數(shù) 計算方向計算方向 Calculation direction 管段幾何管段幾何 Segment geometry 熱選項熱選項 Thermal options 物性計算物性計算 Property calculations 流動基準(zhǔn)流動基準(zhǔn) Pipeline flow basisPipeline 管線參數(shù)管線參數(shù)1連接狀態(tài)表單：連接狀態(tài)表單： Connectivity 在彈出的管段數(shù)據(jù)在彈出的管段數(shù)據(jù)(Segment data)對話框?qū)υ捒蛑兄鸲屋斎朊恳还芏蔚拈L度、角度、直徑、中逐段輸入每一管段的長度、角度、直徑、粗糙度，或者節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)

12、粗糙度，或者節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(Node coordinates)、直徑、粗糙度。直徑、粗糙度。Pipeline 管線參數(shù)管線參數(shù)2完成后的表單如下：完成后的表單如下：Pipeline 結(jié)果查看結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pipeline對象下選擇對象下選擇Results查看結(jié)果查看結(jié)果Pipeline的的Profiles給出了每個節(jié)點(diǎn)處的結(jié)果給出了每個節(jié)點(diǎn)處的結(jié)果Pipeline 示例示例 1 流量為流量為 100 m3/h，溫度為，溫度為 50 C，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為 5 bar的水流經(jīng)的水流經(jīng) 108 4mm 的管線。管線首先的管線。管線首先向東延伸向東延伸 5 m，再向北，再向北 5 m，再

13、向東，再向東 10 m，再向南再向南 5 m，然后升高，然后升高 10 m，再向東，再向東 5 m。管內(nèi)壁粗糙度為管內(nèi)壁粗糙度為 0.05 mm。 求：管線出口處的壓強(qiáng)是多少？求：管線出口處的壓強(qiáng)是多少？Design Specification 設(shè)計規(guī)定設(shè)計規(guī)定ASPEN Plus通常是根據(jù)我們輸入的過程參數(shù)通常是根據(jù)我們輸入的過程參數(shù)(如如進(jìn)料流股和模型參數(shù)進(jìn)料流股和模型參數(shù))計算結(jié)果數(shù)據(jù)計算結(jié)果數(shù)據(jù)(如非進(jìn)料流股和如非進(jìn)料流股和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù))。進(jìn)行過程設(shè)計時，常常希望確定某。進(jìn)行過程設(shè)計時，常常希望確定某個過程參數(shù)的特定值從而使某個結(jié)果數(shù)據(jù)達(dá)到給定值。個過程參數(shù)的特定值從而使某

14、個結(jié)果數(shù)據(jù)達(dá)到給定值。對于這類應(yīng)用需求，對于這類應(yīng)用需求，ASPEN Plus提供了設(shè)計規(guī)定提供了設(shè)計規(guī)定(Design Spec)工具。設(shè)計規(guī)定從數(shù)據(jù)瀏覽器的左側(cè)目工具。設(shè)計規(guī)定從數(shù)據(jù)瀏覽器的左側(cè)目錄欄中進(jìn)入。錄欄中進(jìn)入。設(shè)計規(guī)定是流程選項設(shè)計規(guī)定是流程選項(Flowsheeting Options)下屬的對象下屬的對象1、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對象管理器、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對象管理器(Object Manager)中點(diǎn)中點(diǎn)擊新建擊新建(New)按鈕；按鈕；2、在彈出對話框中為新對象指定一個辨識號、在彈出對話框中為新對象指定一個辨識號(ID)；3、在定義、在定義(Define)表單中點(diǎn)擊新建表單

15、中點(diǎn)擊新建(New) 按鈕，創(chuàng)建設(shè)計規(guī)按鈕，創(chuàng)建設(shè)計規(guī)定對象所需的變量；定對象所需的變量；4、在彈出對話框中輸入新變量的變量名、在彈出對話框中輸入新變量的變量名(Variable name)；5、在變量定義、在變量定義(Variable Definition)對話框中的下拉式選擇框?qū)υ捒蛑械南吕竭x擇框中選擇變量的類別中選擇變量的類別(Category)、類型、類型(Type)、流股、流股(Stream)或模塊或模塊(Block)代號，并指定具體變量代號，并指定具體變量(Variable)。步驟步驟6：在規(guī)定：在規(guī)定(Spec)表單中輸入規(guī)定表達(dá)式表單中輸入規(guī)定表達(dá)式(Spec)、目、目標(biāo)值標(biāo)值(Target)和計算容差和計算容差(Tolerance)。步驟步驟7：在變化：在變化(Vary)表單中輸入調(diào)節(jié)變量表單中輸入調(diào)節(jié)變量(Manupulated variable)的類型、名稱和具體變量的類型、名稱和具體變量(variable),并并指定體調(diào)節(jié)上、下限指定體調(diào)節(jié)上、下限(Upper/Lower limits)。規(guī)定變量的實(shí)現(xiàn)情況可以從規(guī)定變量的實(shí)現(xiàn)情況可以從Design Spec對象的對象的Results表表單中查看單中查看調(diào)節(jié)變量的迭代過程則從相應(yīng)的收斂對象調(diào)節(jié)變量的迭代過程則從相應(yīng)的收斂對象(Convergence)