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1、万辉 化工学院,第五章 ASPEN PLUS的换热器模型,化工软件应用,第五章 换热器的设计与模拟,5.1 ASPEN PLUS的换热器模型,ASPEN PLUS的换热器模型,Heater加热器或冷却器，可执行简单的能量守恒计算，仅需要一个过程流股 HeatX两股物流的换热器，在严格计算时使用，可以计算能量守恒、压降、换热器面积等。需要两个流股(冷、热流体)。 MheatX多股物流的换热器 Hetran管壳式换热器，使用B-JAC Hetran换热器程序的换热器算法，如果没有B-JAC程序，就不能使用该模块。 Aerotran空冷换热器，使用B-JAC程序的另一模块 HXFlux热通量换热器，
2、用于计算采用对流传热的热接收器与热源之间的热传递。 HTRIXISTASPEN与HTRI的接口。,Heater 模型,Heater 模型用于模拟以下单元，改变单股物流的温度、压力和相态：,加热器 冷却器 阀门（仅改变压力，不涉及阻力） 泵（仅改变压力，不涉及功率） 压缩机（仅改变压力，不涉及功率）,Heater 连接,Heater 模型的连接图如下：,Heater 模型参数,Heater模型有两组模型设定参数： 1、闪蒸规定( Flash specifications) （1）温度 Temperature （2）压力 Pressure （3）温度改变 Temperature change （4
3、）蒸汽分率 Vapor fraction （5）过热度 Degrees of superheating （6）过冷度 Degrees of subcooling （7）热负荷 Heat duty,从中任选两项,Heater 模型参数,2、有效相态 ( Valid Phase ) （1）蒸汽 （2）液体 （3）固体 （4）汽液 （5）汽液液 （6）液游离水 （7）汽液游离水,HeatX 模型,HeatX 模型用于模拟下述结构的管-壳式换热器： 逆流/并流（Countercurrent / Cocurrent) 弓形折流板壳程（Segmental Baffle Shell） 圆盘型折流板壳程（Ro
4、d Baffle Shell） 光管/低翅片管（Bare/Low-finned Tubes),HeatX 连接,HeatX 模型的连接图如下：,HeatX模型设定,计算类型 Calculation 流动方式 Flow arrangement 换热器设定 Exchanger specification,HeatX 的设定从规定(Specification) 表单着手，有三组设定参数：,HeatX计算类型,计算栏目中有三个选项： 1、简捷计算 Short-cut 2、详细计算 Detailed 3、Hetran 精确计算 Hetran Rigorous 输出Hetran软件(换热器设计专用软件)的
5、输入文件供其精确计算。 下部的下拉式选择框中也有三个选项： 1、设计 Design 2、核算 Rating 3、模拟 Simulation 两组选项按下述方式配合使用：,HeatX简捷计算,简捷计算只能与设计或模拟选项配合。简捷计算不考虑换热器几何结构对传热和压降的影响，人为给定传热系数和压降的数值。 使用设计选项时，需设定热(冷)物流的出口状态或换热负荷，模块计算达到指定换热要求所需的换热面积。 使用模拟选项时，需设定换热面积，模块计算两股物流的出口状态。,HeatX的简捷法核算与严格法核算比较,用Setup Specifications页上的Calculation Type（核算类型）字段
6、来规定简捷法或严格法核算。 简捷法核算不需要换热器结构或几何尺寸数据。 对于严格法核算模型，可以用换热器几何尺寸去估算： 膜系数（Film coefficients） 压降（Pressure drops） 对数平均温差校正因子（Log-mean temperature difference correction factor）,HeatX流动方式,流动方式设定包括： 1、热流体(Hot fluid)流动空间： 壳程 (Shell) /管程 (Tube) 2、流动方向(Flow direction)： 逆流 (Countercurrent) 并流 (Co-current) 多管程流动 (Mult
7、iple passes),HeatX流动方式,1、逆流 Countercurrent,2、并流 Cocurrent,HeatX 换热器设定,热物流出口温度 (Hot stream outlet temperature) 热物流出口温降 (Hot stream outlet temperature decrease) 热物流出口温差 (Hot stream outlet temperature approach) 热物流出口过冷度 (Hot stream outlet degrees subcooling) 热物流出口蒸汽分率 (Hot stream outlet vapor fraction)
8、,共 有 13 个 选 项,HeatX 换热器设定,冷物流出口温度 (Cold stream outlet temperature) 冷物流出口温升 (Cold stream outlet temperature increase) 冷物流出口温差 (Cold stream outlet temperature approach) 冷物流出口过热度 (Cold stream outlet degrees superheat) 冷物流出口蒸汽分率 (Cold stream outlet vapor fraction),HeatX 换热器设定,传热面积 (Heat transfer area) 热
9、负荷 (Exchanger duty) 几何条件 (Geometry) 在详细计算时采用。,HeatX 换热器设定,热物流出口温差,HeatX 换热器设定,冷物流出口温差,HeatX LMTD校正,由于换热器内的流动并非理想的并流或逆流，因此有效传热推动力需在对数平均温差(LMTD)的基础上进行校正。校正因子的计算方法有四个选项： 1、常数 Constant 由用户指定校正系数，可查手册。 2、几何结构 Geometry 由软件根据换热器结构和流动情况计算。 3、用户子程序 User-subr 4、计算值 Calculated 流动方向为多管程流动时采用。,HeatX 压降,压降 ( Pres
10、sure Drop ) 分别指定热侧和冷侧的出口压力 ( Outlet pressure ) 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,HeatX总传热系数方法,总传热系数方法 ( U methods ) 常数 (Constant) 相态法 (Phase specific values) 分别指定冷热两侧不同相态组合下的传热系数 幂函数 (Power law expression) U=Uref (Flow/Flowref)exponent,HeatX总传热系数方法,相态法,HeatX结果查看,HeatX最重要的是热参数结果(Thermal results)
11、，其下包括五张表单： 概况 Summary 衡算 Balance 换热器详情 Exchanger details 压降/速度 Pre drop/velocities 分区 Zones,HeatX结果查看,概况表单给出了冷、热物流的进、出口温度、压力、蒸汽分率(Vapor fraction)，以及换热器的热负荷(Heat duty)。,HeatX结果查看,对于简捷算法，换热器详情表单给出了需要的换热器面积(Required exchanger area) 、结垢(Dirty)条件下的平均传热系数(Avg. heat transfer coefficient)、校正后的对数平均温差(LMTD co
12、rrected) 和对数平均温差校正因子(LMTD correction factor)等有用的信息。,HeatX结果查看,分区表单给出了换热器内根据冷、热流体相态对传热面积分区计算的情况，包括各区域的热流体温度、冷流体温度、对数平均温差、传热系数、热负荷和传热面积信息。我们可根据此信息分析换热方案是否合理以及改进设计方案的方向。,HeatX具有有效值的选项,HeatX详细计算,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换热面积、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
13、根据实际的换热面积计算两股物流的出口状态。,HeatX详细计算,压降 ( Pressure Drop ) 分别指定热侧和冷侧的出口压力 ( Outlet pressure ) 根据几何结构计算 ( Calculated from geometry ),HeatX详细计算,总传热系数方法 ( U methods ) 常数 ( Constant ) 相态法 ( Phase specific values ) 幂函数 ( Power law expression ) 换热器几何结构 ( Exchanger Geometry ) 传热膜系数 ( Film coefficients ) 详细计算采用后两
14、种方法,HeatX详细计算,膜系数法根据换热器的几何结构和流动情况分别计算热流体侧和冷流体侧的传热膜系数(Film coefficients)，根据管壁材料和厚度计算传导热阻，再结合给定的污垢热阻因子(Fouling factor)计算出总传热系数U。,HeatX详细计算,在简捷法核算模型中，HeatX模型不计算膜系数，在严格法核算模型中，如果在传热系数计算方法中使用膜系数或换热器几何尺寸，HeatX计算传热系数，使用： hc = 冷流膜系数 hh = 热流膜系数,HeatX详细计算,详细计算时需输入换热器的几何结构参数。从数据浏览器左侧的目录树中选择几何(Geometry)项目，然后在右侧的壳程(Shell)、管程(Tubes)、管翅(Tube fins)、折流挡板(Baffles)和管嘴(Nozzles)表单中输入相应的数据。,HeatX详细计算,壳程(Shell)表单中包含以下参数： 壳程类型 TEMA shell type 管程数 No. of tube passes 换热器方位 Exchanger orientation 密封圈数 Number of sealing strip pairs 管程流向 Direction of tubeside flow 壳内径 Inside shell diameter 壳/管束间隙 Shell to bundle c
