能量集成與換熱網(wǎng)絡(luò)-aspen過程

十二月18,20221AspenPlus換熱過程2換熱器*Requiresseparatelicense模型說明目的用法Heater加熱器或冷卻器確定熱和相態(tài)條件換熱器、冷卻器、閥門、當(dāng)與功有關(guān)的結(jié)果不需要時的泵和壓縮機(jī)HeatX兩物流換熱器兩股物流的換熱器兩股物流換熱器、當(dāng)知道管殼換熱器尺寸時可以進(jìn)行核算.MHeatX多物流換熱器任何數(shù)量物流的換熱器多股熱流和冷流換熱器、兩股物流換熱器、LNG換熱器.HXFlux對流給熱換熱器對流換熱過程模擬用于計算采用對流換熱的熱接收器與熱源之間的熱傳遞Hetran*BJACHetran程序界面管殼式換熱器的設(shè)計和模擬具有多種結(jié)構(gòu)的管殼式換熱器.Aerotran*BJACAerotran程序界面空冷器的設(shè)計和模擬具有多種結(jié)構(gòu)的空冷器.用于模擬節(jié)煤器和加熱爐的對流段.ASPENPlus7.0以后改名為AspenExchangerDesignandRating3操作HeaterHeater模塊在規(guī)定熱力學(xué)狀態(tài)下把多股入口物流混合生成單股出口物流。可以使用Heater表示:Heaters（加熱器）Coolers（冷卻器）Valves（閥門，僅改變壓力，不涉及阻力）Pumps（泵）和Compressors（壓縮機(jī)）(無論何時都不需要與功有關(guān)的結(jié)果。)4Heater輸入規(guī)定允許組合:壓力(或壓降)和下列之一:出口溫度熱負(fù)荷或入口熱流股汽化分率溫度變化過冷或過熱度數(shù)出口溫度或溫度變化和下列之一:壓力熱負(fù)荷汽化分率5Heater－連接Heater

模型的連接圖如下：6Heater輸入規(guī)定對于單相用壓力（壓降）和下列之一:出口溫度熱負(fù)荷或入口熱流股溫度變化汽化分率為：1是露點(diǎn),0是泡點(diǎn)簡單的例子：常壓下，0℃、1000kg/hr的水升高1℃，需要多少熱量？(熱力學(xué)方法使用SRK)7Heater應(yīng)用示例(1)20℃、0.41MPa、4000kg/hr流量的軟水在鍋爐中加熱成為飽和水蒸氣進(jìn)入生蒸汽總管。求所需的鍋爐供熱量。2.56004E+06Kcal/hr1000kg/hr、0.41MPa的飽和水蒸汽用蒸汽過熱器加熱到過熱度100℃（0.41MPa），求過熱蒸汽溫度和所需供熱量。

245.57℃、51034.7kcal/hr8Heater應(yīng)用示例(2)流量為1000kg/hr、0.11MPa、含乙醇70%w、水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（摩爾）=1/3。求冷凝器熱負(fù)荷。

-238597Kcal/hr流量為100kg/hr、0.2MPa、20℃的丙酮(CH3COCH3)通過一電加熱器。當(dāng)加熱功率分別為2kW、5kW、10kW和20kW

時，求出口物流的狀態(tài)。液相分率為：1液相分率為：0.8992液相分率為：0.5398液相分率為：09HeatX—連接HeatX

模型的連接圖如下：10操作HeatXHeatX能模擬如下管殼換熱器類型:逆流和并流弓形隔板TEMAE,F,G,H,J和X殼圓形隔板TEMAE和F殼裸管和翅片管HeatX執(zhí)行:全區(qū)域分析傳熱和壓降計算顯熱、氣泡狀汽化、凝結(jié)膜系數(shù)計算內(nèi)置的或用戶定義的關(guān)聯(lián)式11操作HeatXHeatX不能:進(jìn)行設(shè)計計算進(jìn)行機(jī)械震動分析估算污垢系數(shù)12操作HeatX當(dāng)規(guī)定HeatX時，要考慮:嚴(yán)格/詳細(xì)計算或簡化/簡捷法什么規(guī)定類型怎樣計算對數(shù)平均溫差傳熱系數(shù)壓降用什么設(shè)備和幾何尺寸規(guī)定13HeatX輸入規(guī)定選擇如下規(guī)定之一:傳熱面積和幾何尺寸換熱負(fù)荷熱端或冷端出口物流:溫度溫度變化接近溫度過熱/過冷度數(shù)汽化分率14HeatX模型有四組設(shè)定參數(shù)：計算類型 Calculationtype流動方向 Flowdirection對數(shù)平均溫差校正 LMTDcorrection換熱器設(shè)定 ExchangerspecificationHeatX—模型參數(shù)15有兩個選項：簡捷計算Short-cut不考慮換熱器的幾何結(jié)構(gòu)對傳熱和壓降的影響，人為設(shè)定傳熱系數(shù)和壓降。詳細(xì)計算Detailed根據(jù)換熱器的幾何結(jié)構(gòu)和流場情況自動計算傳熱換熱系數(shù)和壓降。首先確定熱側(cè)—管程/殼程；冷側(cè)—管程/殼程HeatX—計算類型16逆流Countercurrent并流CocurrentHeatX—流動方向17常數(shù)Constant由用戶指定校正系數(shù)，可查手冊。幾何結(jié)構(gòu)Geometry由軟件根據(jù)換熱器結(jié)構(gòu)和流動情況計算。用戶子程序User-subrHeatX—LMTD校正18傳熱溫差：推動力列管式換熱器中兩種流體的流動比較復(fù)雜的多程流動。對于錯流或折流平均溫差，通常是先按逆流求算，然后再根據(jù)流動型式加以修正，即——溫差修正系數(shù)與冷熱兩流體溫度變化有關(guān)，表示為P和R兩參數(shù)的函數(shù)19傳熱溫差：推動力溫差修正曲線＜1(tm＜tm,逆)是由于復(fù)雜流動中同時存在并流和逆流；換熱器設(shè)計時

值不應(yīng)小于0.8，否則不經(jīng)濟(jì)；可改用多殼程來增大，即將幾臺換熱器串聯(lián)使用。20熱物流出口溫度(Hotstreamoutlettemperature)熱物流出口溫降(Hotstreamoutlettemperaturedecrease)熱物流出口溫差(Hotstreamoutlettemperatureapproach)熱物流出口過冷度(Hotstreamoutletdegreessubcooling)熱物流出口蒸汽分率(Hotstreamoutletvaporfraction)HeatX—換熱器設(shè)定共有12個選項21HeatX—熱物流出口溫差

22冷物流出口溫度(Coldstreamoutlettemperature)冷物流出口溫升(Coldstreamoutlettemperatureincrease)冷物流出口溫差(Coldstreamoutlettemperatureapproach)冷物流出口過熱度(Coldstreamoutletdegreessuperheat)冷物流出口蒸汽分率(Coldstreamoutletvaporfraction)HeatX—換熱器設(shè)定共有13個選項23HeatX—冷物流出口溫差24熱物流出口減冷物流進(jìn)口溫差(Hotoutlet-coldinlettemperaturedifference)熱物流進(jìn)口減冷物流出口溫差(Hotinlet-coldoutlettemperaturedifference)熱負(fù)荷(Exchangerduty)HeatX—換熱器設(shè)定共有13個選項25壓降(PressureDrop)分別指定熱側(cè)和冷側(cè)的出口壓力(Outletpressure)指定值>0，代表出口的絕對壓力值指定值≤0，代表出口相對于進(jìn)口的壓力降低值

總傳熱系數(shù)計算方法(Umethods)常數(shù)(Constant)相態(tài)法(Phasespecificvalues)分別指定冷熱兩側(cè)不同相態(tài)組合下的傳熱系數(shù)冪函數(shù)(Powerlawexpression)U=Uref(Flow/Flowref)^exponentHeatX—簡捷計算26HeatX—U-相態(tài)法27用1200kg/hr飽和水蒸汽(0.3MPa)加熱2000kg/hr甲醇(20℃、0.3MPa)。離開換熱器的蒸汽冷凝水壓力為0.28MPa、過冷度為2℃。換熱器傳熱系數(shù)根據(jù)相態(tài)選擇。求甲醇出口溫度、相態(tài)、需要的換熱面積。（LMTD校正選用0.95）熱力學(xué)方法使用NRTL109.8℃、氣相、9.413m2HeatX—應(yīng)用示例(1)

28壓降(PressureDrop)分別指定熱側(cè)和冷側(cè)的出口壓力(Outletpressure)根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)計算(Calculatedfromgeometry)依據(jù)流體關(guān)聯(lián)式計算壓降管側(cè)壓降(Flow-dependentcorrelation)

總傳熱系數(shù)方法(Umethods)常數(shù)(Constant)相態(tài)法(Phasespecificvalues)冪函數(shù)(Powerlawexpression)換熱器幾何結(jié)構(gòu)(ExchangerGeometry)傳熱膜系數(shù)(Filmcoefficients)用戶子程序(User-subroutine)HeatX—詳細(xì)計算29單程管殼式換熱器1—外殼2—管束3、4—接管5—封頭6—管板7—折流板管殼式換熱器結(jié)構(gòu)名稱30殼層－TEMA類型HeatX—幾何結(jié)構(gòu)31HeatX—幾何結(jié)構(gòu)翅片效率：對于翅片管外膜傳熱系數(shù)的計算，以光管外表面為基準(zhǔn)，其關(guān)系式如下：hf0—以光管外表面積為基準(zhǔn)的翅片管外膜傳熱系數(shù)hf—翅片管表面膜傳熱系數(shù)At—翅片管的光管部分的面積Af—翅片管的翅片部分的面積A0—光管的外表面積

Ω—翅片效率32HeatX—幾何結(jié)構(gòu)管板厚度（TEMA標(biāo)準(zhǔn)指定）管板用于固定管子，管板的受力情況比較復(fù)雜，影響管板強(qiáng)度的因素很多，TEMA標(biāo)準(zhǔn)指定選擇方法。設(shè)計壓力會影響管板的厚度。管子排列模式正方形－90℃旋轉(zhuǎn)正方形－45℃三角形－30℃旋轉(zhuǎn)三角形－60℃

三角形排列比正方形排列更為緊湊，管外流體的湍動程度高，給熱系數(shù)大，但正方形排列的管束清洗方便，對易結(jié)垢流體更為適用，旋轉(zhuǎn)45℃放置，也可提高給熱系數(shù)。33管子壁厚管子內(nèi)徑管壁厚度伯明翰線規(guī)用以表示金屬的線徑、板厚、管壁厚度，其與毫米之關(guān)系如下:B.W.G毫米(mm)

B.W.G毫米(mm)

B.W.G毫米(mm)0000

000

00

0

1

2

3

4

5

611.5

10.8

9.65

8.63

7.62

7.21

6.58

6.04

5.59

5.15

7

8

9

10

11

12

13

14

15

164.57

4.19

3.76

3.4

3.05

2.77

2.41

2.11

1.83

1.65

17

18

19

20

21

22

23

24

251.47

1.24

1.07

0.89

0.81

0.71

0.63

0.56

0.51HeatX—幾何結(jié)構(gòu)34HeatX—幾何結(jié)構(gòu)折流板結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)35用1200kg/hr飽和水蒸汽(0.3MPa)加熱2000kg/hr甲醇(20℃、0.3MPa)。離開換熱器的蒸汽冷凝水壓力為0.28MPa、過冷度為2℃。換熱器傳熱系數(shù)根據(jù)相態(tài)選擇。求甲醇出口溫度、相態(tài)、需要的換熱面積。選用下面的數(shù)據(jù)進(jìn)行核算：外殼直徑：300mm，公稱面積：10m2，管長：3m，管徑：Ф19x2mm，管數(shù)：76，管心距：25mm，排列方式：正三角，管程數(shù)：2，殼程數(shù)：1折流板間距：150mm，個數(shù)：19折流板缺口高度：79mm殼層接管直徑：進(jìn)口200mm、出口200mm管程接管直徑：進(jìn)口32mm、出口38mmHeatX—應(yīng)用示例(2)

36Heat