当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

第1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
1 ASPEN EDR软件
1.1 Aspen EDR简介 1.2 Aspen EDR图形界面 1.3 Aspen EDR功能特点 1.4 Aspen EDR主要输入页面 1.5 Aspen EDR简单示例应用

2 HTR

I软件
2.1 HTRI简介 2.2 HTRI图形界面 2.3 HTRI功能特点 2.4 HTRI主要输入页面 2.5 HTRI简单示例应用

1.1 Aspen EDR简介
Aspen Exchanger Design and Rating(Aspen EDR)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。 Aspen EDR能够为用户用户提供较优的换热器设计方案,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Aspen Plus 、 Aspen HYSYS和Aspen EDR的对接,即Aspen Plus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Aspen Plus、Aspen HYSYS流程计算与换热器详 细设计一体化,不必单独地将Aspen Plus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。

1.1 Aspen EDR简介
Aspen EDR的主要设计程序有:
① Aspen Shell & Tube Exchanger:能够设计、校核和模拟管壳式换热器的传热 过程 ② Aspen Shell & Tube Mechanical: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 ③ HTFS Research Network:用于在线访问HTFS的设计报告、研究报告、用 户手册和数据库 ④ Aspen Air Cooled Exchanger:能够设计、校核和模拟空气冷却器 ⑤ Aspen Fired Heater: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 ⑥ Aspen Plate Exchanger:能够设计、校核和模拟板式换热器; ⑦ Aspen Plate Fin Exchanger:能够设计、校核和模拟多股流板翅式换热器

1.1 Aspen EDR简介
Aspen Shell & Tube Exchanger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Aspen EDR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 Aspen Shell & Tube Exchanger 管壳式换热器的热力设计进行介绍,下文 中的Aspen EDR如无特别说明,均指Aspen Shell & Tube Exchanger软件。

1.2 Aspen EDR图形界面

1.3 Aspen EDR功能特点
Aspen EDR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。 Find Fouling(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)

1.3 Aspen EDR功能特点
Aspen EDR可计算的换热器类型

1.3 Aspen EDR功能特点
Aspen EDR的计算方法
标准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。

1.3 Aspen EDR功能特点
Aspen EDR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。 Aspen EDR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-JAC Databank ? 油气加工领域中处于领先地位的物性数据库COMThermo ? Aspen Properties ? 需要用户自行输入物性数据的User specified properties选项

1.4 Aspen EDR主要输入页面
Aspen EDR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:

1.4 Aspen EDR主要输入页面
Application Options 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。

1.4 Aspen EDR主要输入页面
Process Data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。

1.4 Aspen EDR主要输入页面
Geometry Summary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。

1.4 Aspen EDR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 Geometry Summary 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。

1.4 Aspen EDR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。

1.4 Aspen EDR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。

1.4 Aspen EDR主要输入页面
Layout Parameters 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。

1.4 Aspen EDR主要输入页面
Shell/Tube Side Nozzles

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。

1.4 Aspen EDR主要输入页面
Thermosiphon Piping 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。

1.5 Aspen EDR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 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 50 1.5 0.000088 冷流体(Boiler Feedwater) 59100 50/165.3 热流体(Fuel Oil) 284000 213/168 879.4/909.8 2.34/2.18 1.94/3.37 0.1/0.107 12 1 0.0005 单位 kg/h ℃ kg/m3 kJ/kg·K mPa·s W/m2·K bar bar m2·K/W

1.5 Aspen EDR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|Aspen Tech|Exchanger Design and Rating V8.0| Exchanger Design and Rating User Interface ,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。

1.5 Aspen EDR简单示例应用
(2)选择New子页面下的第一项Shell & Tube Exchanger(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|Save As,选择保存位置,输入文件名称,本题中,将文件 名设为 Example1.1_Single phase heat exchanger_BEM_Design.EDR,点击 保存文件。

1.5 Aspen EDR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|Program Settings,在General页面下,将SI度量单位设置为默认 ,即Unit of Measure项下的Default set of the units of measure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|Problem Definition|Application Options |Application Options页面,在General下,将Calculation mode选项 设为Design(设计模式),将Location of hot fluid选项设为Tube side,其 余选项保持默认设置。

1.5 Aspen EDR简单示例应用
3. 输入工艺数据 点击进入Input|Problem Definition|Application Options|Process Data 页面,或者点击工具栏的Next按钮,输入工艺数据:

1.5 Aspen EDR简单示例应用
4. 输入物性数据 点击进入Input|Property Data|Hot Stream Compositions|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Physical property package的下拉列表中选择User specified properties选项。

1.5 Aspen EDR简单示例应用
点击进入Input|Property Data|Hot stream Properties|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Pressure Levels框点击选中第二个压力数据,然 后点击Delete Set按钮,将软件默认的第二个压力删除。

1.5 Aspen EDR简单示例应用
点击进入Input|Property Data|Cold Stream Compositions|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。

1.5 Aspen EDR简单示例应用
点击 Databank 按钮,出现 Search Chemical Components 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。

1.5 Aspen EDR简单示例应用
点击进入Input|Property Data|Cold Stream Properties|Properties页面,点 击Get Properties按钮,程序将在默认的压力和温度范围内计算水的物性。

1.5 Aspen EDR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 5. 运行程序 点击菜单栏中的Run|Run Shell & Tube,运行程序,亦可点击工具栏 中的 运行程序。 ,即数据输入完成。点击 保存文件。

6. 查看结果 点击进入各结果页面,查看结果。

2.1 HTRI简介
HTRI Xchanger Suite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。 HTRI Xchanger Suite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,对换热器性能进行精确预 测。

2.1 HTRI简介
HTRI Xchanger Suite主要包括以下几个部分:

2.2 HTRI图形界面

2.3 HTRI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。

2.3 HTRI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-tubular exchangers)、空冷器和 省煤器、热回收管束(heat recovery bundles)、火焰加 热炉等。

2.3 HTRI功能特点
HTRI的物性数据来源
HTRI Databank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 Virtual Materials Group,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

2.4 HTRI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Run Converged时说明程序运行成功,出现Run Canceled时说明运行被 用户取消,出现Run Failed时说明运行失败。 下面对一些主要的输入界面进行介绍:

2.4 HTRI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。

2.4 HTRI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。

2.4 HTRI主要输入页面
Tubes-Tube Geometry 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Average wall thickness,其他的数据采用默认值 或者由软件自行计算。

2.4 HTRI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Baffle Spacing和Baffle Cut。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。

2.4 HTRI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。

2.4 HTRI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。

2.5 HTRI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。

2.5 HTRI简单示例应用
1. 建立和保存文件 (1)选择开始|所有程序|HTRI|HTRI Xchanger Suite 6.0,在File菜 单下选择“New Shell and Tube Exchanger”,或者点击工具栏中的 图

标,出现程序选择页面,选择Shell and Tube Exchanger(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|Save As,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。

2.5 HTRI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Input Summary页面,Case Mode(案例模式)选择 Rating(校核模式)。

2.5 HTRI简单示例应用
3.输入结构数据 点击进入Input Summary|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。

2.5 HTRI简单示例应用
数据表中没有提供关于Tubepass Arrangement和Tube Layout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 Input Summary| Geometry|Baffles页面,输入折流板的几何参数。

2.5 HTRI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 Input Summary|Geometry|Nozzle Location页面,输入接管的位置信息。

2.5 HTRI简单示例应用
点击进入 Input Summary|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 Input Summary|Geometry页面查看所有的结构数据。

2.5 HTRI简单示例应用
4.输入工艺数据 点击进入Input Summary|Process页面,对冷热流体的工艺数据进行设定。

2.5 HTRI简单示例应用
5.输入物性数据 点 击 进 入 Input Summary|Hot Fluid Properties 页 面 , 在 Physical Property Input Option框下选择component by component,Heat Release Input Method框下选择Program calculated。

2.5 HTRI简单示例应用
在数据浏览区点击进入Input Summary|Hot Fluid Properties|Components 页面,选择<User Defined>,然后点击Add,在User Name栏中填写Oil, 在Phase下拉列表中选择Liquid。

2.5 HTRI简单示例应用
点击进入Input Summary|Hot Fluid Properties|Components|Oil|Liquid Properties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。

2.5 HTRI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 8.查看结果 图标运行程序。

运行后出现Output Summary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。


相关文章:
换热器学习指导
关于HTFS,HTRI 软件,不做过多说明和介绍了,相信对换热器设计有所了解的 人,都知道这两个软件的重要性,下面我谈谈个人的学习体会,分几点说吧: 1、首先要有...
换热器设计
1 化工原理课程设计 第二章、管壳式换热器简介 2....必须在熟练和掌握换热器的结构及其工作特点的基础 上...尽管以前经常用这个软件但是还是不晓得怎样用材更加规范...
换热器设计介绍
换热器设计介绍_机械/仪表_工程科技_专业资料。换热器设计介绍 换热器:也称热交换器, 换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备, 又称热交换器。 换热器:安...
换热器的设计
手工计算完成换热器设计与校核; 2. 用 EDR 软件...17 3 第 1 章前言 第 1 章前言化工原理课程设计...通过化工原理课程设计,要学会应用相关课程设计基础只是...
换热器设计书7
基础理论和基本知识去完成换 热单元操作设备设计任务的实践能力 二、设计目标设计...化工原理课程设计任务书—列管式换热器 第一章 1.1 换热器的简单介绍 概 述 ...
换热器设计指导书
换热器传热计算推荐选用软件: 1.HTRI(Heat Transfer ...手孔 钢制化工容设计基础规定 钢制化工容器材料选用...JB/T4735、JB/T4731、JB/T4732 的有关章节规定...
课程设计--换热器设计
课程设计--换热器设计_工学_高等教育_教育专区。包含了手算、软件设计过程,计算....19 第 1 章 前言 第一章 前言 换热器是石油化工生产中重要的设备之一,它...
AspenPlus与外部换热器设计软件的使用
计算机基础课程第三章 W... 图像尺寸变换技巧——巧...1/2 相关文档推荐 ...Aspen Plus 与外部换热器设计软件的使用(上) 主要分为下面几个步骤: 1 设置 ...
换热器设计指南
换热器工程规定——SEI(2005) 2 设计基础 2.1 ...表 2-2 常用计算软件 程序编号 ST CST HTRI RKH...许用应力均按 GB 150-1999 第 4 章及其附录 A ...
换热器设计说明书样本4
以及附属设备的选型作了介绍,此外给出了设计时所使用 的现行技术标准和一些基础...编者 2010 年 6 月 22 日 -1- 目录第一章概述 1.1 换热器的结构形式…...
更多相关标签:
换热器介绍 | 板式换热器介绍 | 管壳式换热器结构介绍 | 换热器设计手册 | 换热器原理与设计 | 换热器设计 | 换热器设计技术 | 换热器设计软件 |