FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 1 页 共 33 页 目目 录录 1总则3 1.1 主要应用.3 1.2 相关标准及参考书籍.3 2软件简介4 2.1 软件使用范围 .4 2.1 软件计算方法 .5 2.1.1 固定发热量（固定燃料量）.5 2.1.2 固定热负荷.5 3输入部分6 3.1 燃烧室输入.6 3.1.1 Characteristic.6 3.1.2 Furnace type7 3.1.3 Furnace dimension8 3.1.4 Flue Gas “Take-Off”.9 3.1.5 The ID’s of Coil Sections in Firebox9 3.2 对流室输入.10 3.2.1 Characteristic.10 3.2.2 Internal Duct Dimensions11 3.2.3 Coil Section, Q-Bank, or Air Preheater ID.11 3.3 烟囱输入.11 3.3.1 Characteristic.11 3.3.2 Geometry.12 3.4 管路输入 .12 3.4.1 Geometry.13 3.4. 2 Process fluid.13 3.4.3 Geometry I.14 3.4.4 Geometry II.14 3.4.5 Additional data16 3.4.6 Additional data17 3.5 炉管数据输入 .18 3.5.1 General characteristics 18 3.5.2 Fin type and diameter19 FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 2 页 共 33 页 3.5.3 Fin data20 3.6 物料数据输入 .21 3.6.1 Process stream Characteristic21 3.6.2Condition21 3.7 燃烧数据输入 .22 3.7.1 Firing data .22 3.7.2 Bridge wall temperature24 3.7.3 Fuel #1.24 3.8 燃料数据输入 .25 3.8.1 Identification .25 3.8.2 Composition26 3.9 热损失输入 .27 3.10 注入水蒸气/水数据27 3.11Q-BANK输入28 3.12 空气数据输入 .29 3.13 空气预热器输入 .30 3.13.1 General Characteristic.30 3.13.2 Specification30 3.14 物理数据输入 .31 3.14.1 自动生成的物理性质32 3.14.2 直接输入的物理数据32 3.14.3 仅仅生成的物理属性数据32 4输出部分32 4.1 输入数据的重现 .32 4.2 输入数据的处理 .33 4.3 物理属性数据的重现 .33 4.4 计算过程输出 .33 4.4 最终结果输出 .33 FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 3 页 共 33 页 1 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、烃类转化炉等常用 的工业炉的传热计算 1.2 相关标准及参考书籍 DIRECT FIRED HEATER SIMULATION SOFTWARE COMPUTER MANUAL PFR 公司加热炉模拟软件操作指南 HG/T 20541-2006 化学工业炉结构设计规定 HG/T 20525-2006 化学工业管式炉传热计算设计规定 SH/T 3036-2003 一般炼油装置用火焰加热炉 SH/T 3045-2003 石油化工管式炉热效率设计计算 SY/T 0538-2004 管式加热炉规范 SY/T 0540-2006 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.2009.9 李少萍、徐心茹石油加工过程设备.华东理工大学.2009.5 FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 4 页 共 33 页 2 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，既可以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；也可以模拟在役炉子的操作工况，对操作数据进行评价以改 善工艺操作，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，目前我国北京院、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可以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 可以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 该软件可以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， FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 5 页 共 33 页 它是一个科学、节省时间的高效软件。
2.1 软件计算方法 该软件可以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： FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 6 页 共 33 页 3 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 表表 2.1 加热炉主要部分和需要的数据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 6COIL SECT 管路每个管路的说明 7TUBE DATA 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 3.7.3 Fuel #1 对于每一个燃烧室，一共四种燃料的数据可以输入，此部分的输入包含以下几 方面的输入： 1. 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 FUEL DATA 输入界面输入数据，此处的输入 ID 要与后面的 FUEL DATA 里的 ID 对应. 2. 燃料温度输入。
3. 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 4. 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 5. 加入到燃料中的蒸汽的压力 FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 27 页 共 33 页 6. 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 3.8.1 Identification 本部分输入主要包括以下输入： 1. 燃料 ID 和燃料名称此部分燃料 ID 要与前面 FIRING DATA 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 2. 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 Specific Gravity（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 Molecular Weight（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。
3. 燃料比热如果空白，软件将采用一个估计数据 4. 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 FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 28 页 共 33 页 输入 输入界面如下： 3.8.2 Composition 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： FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 29 页 共 33 页 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： 1. 加热炉热损失部位的 ID 号 2. 热损失部位外墙的厚度 3. 热损失部位墙的材料 4. 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： 1. 只能选择一个注入点； 2. 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： 1. 加热炉注入部分的 ID 号 2. 注入部分的流速 3. 注入部分的温度、压力和焓 FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 30 页 共 33 页 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，它可以向烟气中加加热量 （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： FRNC-5PC 工艺计算软件操作指南 第 31 页 共 33 页 3.12 空气数据输入 当以下条件成立时，气流可以作为烟气进入加热炉的一部分： 1. 在对流室直接定义烟气状态； 2. 烟气回流燃烧室； 3. 补充燃烧模型； 4. 空气漏入加热炉的某个部分 加热炉的每个部分。