第 章 换热器设计软件介绍与入门

第1章换热器设计软件介绍与入门孙兰义2014-11-2主要内容1ASPENEDR软件1.1AspenEDR简介1.2AspenEDR图形界面1.3AspenEDR功能特点1.4AspenEDR主要输入页面1.5AspenEDR简单示例应用2HTRI软件2.1HTRI简介2.2HTRI图形界面2.3HTRI功能特点2.4HTRI主要输入页面2.5HTRI简单示例应用1.1AspenEDR简介AspenExchangerDesignandRating（AspenEDR）是美国AspenTech公司推出的一款传热计算工程软件套件，包含在AspenONE产品之中。AspenEDR能够为用户用户提供较优的换热器设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，AspenTech将工艺流程模拟软件和综合工具进行整合，最大限度地保证了数据的一致性，提高了计算结果的可信度，有效地减少了错误操作。Aspen7.0以后的版本已经实现了AspenPlus、AspenHYSYS和AspenEDR的对接，即AspenPlus可以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成转入换热器的设计计算，使AspenPlus、AspenHYSYS流程计算与换热器详细设计一体化，不必单独地将AspenPlus计算的数据导出再导入给换热器计算软件，用户可以很方便地进行数据传递并对换热器详细尺寸在流程中带来的影响进行分析。1.1AspenEDR简介①AspenShell&TubeExchanger：能够设计、校核和模拟管壳式换热器的传热过程②AspenShell&TubeMechanical：能够为管壳式换热器和基础压力容器提供完整的机械设计和校核③HTFSResearchNetwork：用于在线访问HTFS的设计报告、研究报告、用户手册和数据库④AspenAirCooledExchanger：能够设计、校核和模拟空气冷却器⑤AspenFiredHeater：能够模拟和校核包括辐射和对流的完整加热系统，排除操作故障，最大限度的提高效率或者找出潜在的炉管烧毁或过度焦化⑥AspenPlateExchanger：能够设计、校核和模拟板式换热器；⑦AspenPlateFinExchanger：能够设计、校核和模拟多股流板翅式换热器AspenEDR的主要设计程序有：1.1AspenEDR简介AspenShell&TubeExchanger用于管壳式换热器的详细模拟和优化设计，是新一代传热动力学模拟、设计软件。其前身是HTFS系列软件中的TASC软件，TASC是世界上非常优秀的管壳式换热器软件，早在80年代初就已进入中国，以计算准确性和工程实用性而闻名。归入AspenEDR体系的TASC软件功能更强，将所有管壳式换热器集为一体，融合了传热计算和机械强度计算，可用于多组分、多相流冷凝器，釜式再沸器，降膜蒸发器，多台换热器组等多种型式管壳式换热器的设计，并提供管束排列图。考虑到管壳式换热器是应用最广泛的换热器型式，所以将着重对AspenShell&TubeExchanger管壳式换热器的热力设计进行介绍，下文中的AspenEDR如无特别说明，均指AspenShell&TubeExchanger软件。1.2AspenEDR图形界面1.3AspenEDR功能特点AspenEDR的计算模式Design（设计）回答了“怎样的换热器能够满足给定的工况需要”。最关键的结果是换热器的几何信息。Rating/Checking（校核）回答了“这台换热器能否达到这样的热负荷”。需要设定热负荷，同时给出流体入口条件和压降估计值，软件会确定某台特定的换热器是否有足够的换热面积以满足用户要求，同时计算流体的实际压降。Simulation（模拟）回答了“这台换热器能够达到多大的热负荷”。需要提供换热器尺寸和大致估算的热负荷，通常将换热器尺寸和进料热/冷流体条件以及流量固定，软件会计算出另一股流体的条件以及相应的热负荷。FindFouling（最大污垢热阻）回答了“对于已知的换热器，多大的污垢热阻值能够使其达到需要的热负荷”。之所以命名为最大污垢热阻是指该污垢热阻值是该换热器在现有换热能力下污垢热阻的最大数值。理论基础:Q=UA∆t（Q-热负荷，U-传热系数，A-换热面积，∆t-传热温差）1.3AspenEDR功能特点AspenEDR可计算的换热器类型1.3AspenEDR功能特点AspenEDR的计算 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 算法是首先规定一系列壳侧的焓/压力点，然后结合相对应的管侧的点来确定这些焓/压力点的位置。高级算法是首先定义换热器内的一系列位置，然后计算壳侧及管侧流体流经这些点的状态（焓和压力）。一般来说，标准算法和高级算法计算出来的结果是相似的，但在计算末端空间较大的换热器时，推荐采用高级算法。1.3AspenEDR功能特点AspenEDR的物性数据来源物性计算的一般步骤：选择物性数据库－定义组分－指定组分分率－选择物性计算方法－指定温度、压力范围－规定间隔点个数（将温度区间分成多少个点）－获得物性数据。AspenEDR自身带有庞大的纯组分物性数据库，为用户提供四种物性数据库软件默认的B-JACDatabank油气加工领域中处于领先地位的物性数据库COMThermoAspenProperties需要用户自行输入物性数据的Userspecifiedproperties选项1.4AspenEDR主要输入页面AspenEDR的许多输入项都有缺省值，这些缺省值以红色显示，需要用户输入的数据项的背景为青绿色。每次输入或者改变输入项的值，程序会自动检查输入项是否合理和完整，如果输入的值合理，则背景为无色，如果用户输入一个不符合常规的数值，数值项的背景会以暗红色显示以进行警告。窗口底部的状态栏中会显示当前程序的状态和输入框的状态：，第一项用于观察输入是否完成，第二项用于表示当前的输入和计算结果是否吻合，第三项用于表示结果是否可以显示。下面对一些主要的输入界面进行介绍：1.4AspenEDR主要输入页面ApplicationOptions是进行换热器计算时首先设置的应用项，主要用于设置计算模式、冷热物流位置、计算方法和冷凝器、汽化器的类型等选项。1.4AspenEDR主要输入页面ProcessData用于输入冷热流体的工艺数据，包括质量流率、温度、气相质量分率、操作压力（绝压）、换热器热负荷、估计压降、允许压降以及污垢热阻等。1.4AspenEDR主要输入页面GeometrySummary用于设定最基本的换热器结构信息，包括封头和壳体的类型、安装方位、壳体和换热管的一些具体尺寸等参数。1.4AspenEDR主要输入页面Shell/Heads/Flanges/Tubesheets（壳体/封头/法兰/管板类型）窗口主要用于设置壳体、管箱、封头、法兰和管板类型，部分基本的选项与GeometrySummary界面重复，包括四个子界面，Shell/Heads用于设置壳体的各项参数，Covers用于设置管箱端盖的各项参数，Tubesheets用于设置管板的类型和各项参数，Flanges页面用于设置法兰的类型。1.4AspenEDR主要输入页面Tubes页面用于输入换热管的参数，包括管子总数、管长、管子类型、壁厚、外径、管间距、排列方式等。1.4AspenEDR主要输入页面Baffles页面用于输入折流板的各项参数，主要包括折流板类型、圆缺率、折流板数目、折流板厚度等。1.4AspenEDR主要输入页面LayoutParameters页面用于对管束的排布进行详细的设置，包括换热管布局方法、管子总数、布管方式、管程数等。1.4AspenEDR主要输入页面Shell/TubeSideNozzles页面用于设置壳/管程接管的各项参数，包括接管直径、数目、壁厚、方位等。1.4AspenEDR主要输入页面ThermosiphonPiping设置页面用于设置热虹吸式再沸器进出口管线的参数，包括管线压力降计算方式、相对基准线的塔釜液面高度等。1.5AspenEDR简单示例应用例1.1设计一台单相水平放置的BEM管壳式换热器，用燃料油预热锅炉给水，工艺数据和物性数据见下表。工艺数据和物性数据工艺流体冷流体（BoilerFeedwater）热流体（FuelOil）单位总质量流率进/出口温度进/出口密度比热进/出口粘度进/出口导热系数进口压力（绝）允许压降污垢热阻5910050/165.3501.50.000088284000213/168879.4/909.82.34/2.181.94/3.370.1/0.1071210.0005kg/h℃kg/m3kJ/kg·KmPa·sW/m2·Kbarbarm2·K/W1.5AspenEDR简单示例应用1.建立和保存文件（1）依次点击开始|所有程序|AspenTech|ExchangerDesignandRatingV8.0|ExchangerDesignandRatingUserInterface，点击菜单栏中的File|New，或者点击菜单栏上的图标，出现如下的页面。1.5AspenEDR简单示例应用（2）选择New子页面下的第一项Shell&TubeExchanger（Shell&Tube），点击OK，进入Shell&Tube|Console页面，在Console页面可以设置和浏览主要的设计参数，并可以在运行后浏览所设计的换热器的主要参数和草图，在此页面中的选项均有缺省值。本题选择在专门的输入页面输入数据。（3）点击File|SaveAs，选择保存位置，输入文件名称，本题中，将文件名设为Example1.1_Singlephaseheatexchanger_BEM_Design.EDR，点击保存文件。1.5AspenEDR简单示例应用2.初始设置（1）点击工具栏下的单位设置下拉列表，选择SI；也可以从菜单栏中，点击Tool|ProgramSettings，在General页面下，将SI度量单位设置为默认，即UnitofMeasure项下的Defaultsetoftheunitsofmeasure选择SI，然后点击OK即可。这样设置后，在之后的管壳式换热器计算中，SI度量单位将成为默认单位制。（2）在数据浏览区点击进入Input|ProblemDefinition|ApplicationOptions|ApplicationOptions页面，在General下，将Calculationmode选项设为Design（设计模式），将Locationofhotfluid选项设为Tubeside，其余选项保持默认设置。1.5AspenEDR简单示例应用3.输入工艺数据点击进入Input|ProblemDefinition|ApplicationOptions|ProcessData页面，或者点击工具栏的Next按钮，输入工艺数据：1.5AspenEDR简单示例应用4.输入物性数据点击进入Input|PropertyData|HotStreamCompositions|Composition页面，或者点击下一步按钮，输入热流体的物性，因为热流体组分未知，且题中给出了热流体的物性数据，所以，用自定义的方法得到热流体的物性数据。在Physicalpropertypackage的下拉列表中选择Userspecifiedproperties选项。1.5AspenEDR简单示例应用点击进入Input|PropertyData|HotstreamProperties|Properties页面，或者点击下一步按钮，输入两个温度下的物性数据；此题只给出了一个压力下的物性数据，故在PressureLevels框点击选中第二个压力数据，然后点击DeleteSet按钮，将软件默认的第二个压力删除。1.5AspenEDR简单示例应用点击进入Input|PropertyData|ColdStreamCompositions|Composition页面，或者点击下一步按钮，输入冷流体的物性。冷流体为较简单的纯物质水，在此选择软件默认的B-JAC数据库。1.5AspenEDR简单示例应用点击Databank按钮，出现SearchChemicalComponents页面，找到所需的组分Water，点击选中，然后点击Add按钮，最后点击OK按钮。1.5AspenEDR简单示例应用点击进入Input|PropertyData|ColdStreamProperties|Properties页面，点击GetProperties按钮，程序将在默认的压力和温度范围内计算水的物性。1.5AspenEDR简单示例应用此时可看到数据浏览区的各项均无红色叉号，在页面右下角的程序状态栏显示，即数据输入完成。点击保存文件。5.运行程序点击菜单栏中的Run|RunShell&Tube，运行程序，亦可点击工具栏中的运行程序。6.查看结果点击进入各结果页面，查看结果。2.1HTRI简介HTRIXchangerSuite是HTRI开发的换热器设计及校核的集成图形化用户环境，采用了标准的Windows用户页面，其计算方法是基于50多年来HTRI广泛收集的工业级传热设备的试验数据而研发的，并采用在全球处于领导地位的工艺热传递及换热器技术，包含了换热器及燃烧式加热炉的热传递计算及其他相关的计算软件。HTRIXchangerSuite已应用多年，目前的较新的版本是7.0，其所有组件均很灵活，用户可以严格规定换热器的几何结构，从而利用HTRI所专有的热传递计算和压降计算的经验 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 ，对换热器性能进行精确预测。2.1HTRI简介HTRIXchangerSuite主要包括以下几个部分：2.2HTRI图形界面2.3HTRI功能特点HTRI的计算模式Design（设计）对于经典设计方法，程序在满足所输入的几何参数、工艺数据和物性数据要求的基础上，设计出串并联数最少并且尺寸最小的换热器；对于网格设计方法，可以通过指定某些关键参数的范围和变化步长以达到对设计过程进行较为严格控制的目的，最终程序会设计出满足工艺要求的尺寸最小的换热器。Rating/Checking（校核）定义换热器的几何参数和足够的工艺数据，程序计算传热系数和压力降，并把计算结果与需要的热负荷进行对比，校核热负荷是否满足要求。Simulation（模拟）定义换热器的几何参数和比校核模式少的工艺数据后，软件来计算换热性能，包括传热系数、压力降和热负荷，给出的热负荷是换热器所能达到的最大热负荷。2.3HTRI功能特点HTRI可计算的换热器类型HTRI可计算多种类型的换热设备，包括管壳式换热器和非管式换热器（non-tubularexchangers）、空冷器和省煤器、热回收管束（heatrecoverybundles）、火焰加热炉等。2.3HTRI功能特点HTRI的物性数据来源HTRIDatabank是软件自带的纯组分数据库，也是软件默认的数据库，包含一百多种纯物质的物性数据，当所用物料组分已知时，可以直接应用此数据库，不需要用户另外输入其它的物性数据。VMGThermo是一个应用广泛的对流体物理性质进行计算的软件，该软件由VirtualMaterialsGroup,Inc.开发，可进行任意类型的管壳式换热器的设计、校核和模拟计算2.4HTRI主要输入页面HTRI的许多输入项都有缺省值，大多数情况下缺省值根据其它数据计算得到，需要用户输入的输入项有红框。每次输入或者改变输入项的值，程序会自动检查输入项是否合理和完整，如果输入的值合理，则红框消失，如果用户输入的值不合理，数值会显示红色以进行警告。窗口底部的状态栏（Status）中间和右侧会显示受影响数值的 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 以及当前程序的状态：当中间为空白时表示结果与输入相符，出现Modified字符时说明结果可能与输入不相符；右侧显示空白时说明程序未运行，出现RunConverged时说明程序运行成功，出现RunCanceled时说明运行被用户取消，出现RunFailed时说明运行失败。下面对一些主要的输入界面进行介绍：2.4HTRI主要输入页面Shell页面用于设置换热器壳体的结构数据，包括计算模式、换热器类型、壳体内径、安装方位等。2.4HTRI主要输入页面Reboiler页面用于设置再沸器的相关结构参数，包括再沸器类型、管束直径、出口处的雾沫夹带比率等。2.4HTRI主要输入页面Tubes-TubeGeometry页面用于设置换热管的结构参数，对于设计模式，只需输入Pitch和Averagewallthickness，其他的数据采用默认值或者由软件自行计算。2.4HTRI主要输入页面Baffles页面用于指定折流板的几何形状，定义其尺寸、类型、间距和其他一些设计参数，最重要的参数是BaffleSpacing和BaffleCut。除了K型壳体和X型壳体外，其余所有类型的壳体均可以使用折流板。2.4HTRI主要输入页面Nozzles页面用于定义壳侧和管侧接管/管嘴的尺寸、数量、位置和型式。2.4HTRI主要输入页面Process页面用于输入冷热流体的工艺数据和污垢信息，包括相态、流率、温度、压力、压降等。2.5HTRI简单示例应用例1.2根据下面的TEMA数据表进行管壳式换热器的校核计算。2.5HTRI简单示例应用1.建立和保存文件（1）选择开始|所有程序|HTRI|HTRIXchangerSuite6.0，在File菜单下选择“NewShellandTubeExchanger”，或者点击工具栏中的图标，出现程序选择页面，选择ShellandTubeExchanger（Xist）选项，点击OK按钮，进入管壳式换热器计算主页面。（2）点击File|SaveAs，选择保存位置，输入文件名称，本题中，将文件名设为Example1.2_liquid-liquid_BEU_rating.htri，保存文件。2.5HTRI简单示例应用2.初始设置根据题目所给的数据单位，首先在工具栏内将单位制设为国际单位制SI，如图所示。然后在InputSummary页面，CaseMode（案例模式）选择Rating（校核模式）。2.5HTRI简单示例应用3.输入结构数据点击进入InputSummary|Geometry|Shell页面，输入换热器的壳体参数此页面不再有红框，说明壳体参数已输入完成。2.5HTRI简单示例应用数据表中没有提供关于TubepassArrangement和TubeLayout这两项的详细信息，模拟的换热器没有翅片或内插物，所以点击进入InputSummary|Geometry|Baffles页面，输入折流板的几何参数。2.5HTRI简单示例应用对于此题可不必输入，程序将自行计算出合适的接管尺寸。点击进入InputSummary|Geometry|NozzleLocation页面，输入接管的位置信息。2.5HTRI简单示例应用点击进入InputSummary|Geometry|Optional页面，输入冷热流体的温度和压力，至此已依据数据表完成了结构数据的输入。在InputSummary|Geometry页面查看所有的结构数据。2.5HTRI简单示例应用4.输入工艺数据点击进入InputSummary|Process页面，对冷热流体的工艺数据进行设定。2.5HTRI简单示例应用5.输入物性数据点击进入InputSummary|HotFluidProperties页面，在PhysicalPropertyInputOption框下选择componentbycomponent，HeatReleaseInputMethod框下选择Programcalculated。2.5HTRI简单示例应用在数据浏览区点击进入InputSummary|HotFluidProperties|Components页面，选择<UserDefined>，然后点击Add，在UserName栏中填写Oil，在Phase下拉列表中选择Liquid。2.5HTRI简单示例应用点击进入InputSummary|HotFluidProperties|Components|Oil|LiquidProperties页面，完成对热流体的物性输入，按同样的方法和步骤完成冷流体的物性输入。2.5HTRI简单示例应用6.完成数据输入如果工具栏中的指示灯为红色，说明数据输入不完整，需要检查页面上带红框的输入框，将数据补充完整，直到指示灯显示为绿色，即说明数据输入完成，可以开始运行。7.运行程序点击工具栏中的图标运行程序。8.查看结果运行后出现OutputSummary页面，包括了主要的计算结果信息。可进入不同的结果界面查看所需的结果。