第5章流體輸送單元模擬

第5章流體輸送單元模擬目錄5.1概述5.2泵Pump5.3壓縮機Compr5.4多級壓縮機Mcompr5.5閥門Valve5.6管段Pipe5.7管線系統(tǒng)Pipeline5.1概述AspenPlus提供6種流體輸送單元模塊（PressureChangers）模塊說明功能適用對象Pump泵或水輪機當已知壓力、功率或特性曲線時，改變物流壓力泵和水輪機Compr壓縮機或渦輪機當已知壓力、功率或特性曲線時，改變物流壓力多變壓縮機、多變正排量壓縮機、等熵壓縮機和等熵渦輪機MCompr多級壓縮機或渦輪機通過級間帶有中間冷卻器的多級壓縮改變物流壓力，可以從中間冷卻器采出液相物流多級多變壓縮機、多級多變正排量壓縮機、多級等熵壓縮機和多級等熵渦輪機Valve閥門確定壓降或閥系數(shù)球閥、截止閥和蝶閥中的多相絕熱流動Pipe單管段計算通過單管段或環(huán)形空間的壓降或傳熱量恒定直徑的管線Pipeline多段管線計算通過多段管線或環(huán)形空間的壓降或傳熱量具有多段不同直徑或標高的管線5.2泵PumpPump模塊用于模擬兩種設備泵（Pump）泵是把機械能轉(zhuǎn)換成液體的能量，用來給液體增壓和輸送液體的流體機械。水輪機（Turbine）水輪機是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的動力機械，它屬于流體機械中的透平機械。PUMP可以模擬實際生產(chǎn)中輸送流體的各種泵，主要用來計算將流體壓力提升到一定值時所需的功率。該模塊一般用來處理單液相，對于特殊情況，也可以進行兩相或者三相計算。5.2泵Pump——連接泵Pump連接示意圖組分縮寫式流率，kmol/hr甲烷C10.05乙烷C20.45丙烷C34.55正丁烷NC48.60異丁烷IC49.001,3-丁二烯DC49.005.2泵Pump——例題1一泵將壓力為170kPa的物流加壓到690kPa，進料的溫度為-10℃，摩爾流率及組成如下表所示。泵的效率為80%，電動機的效率為100%。計算泵提供給流體的功率、泵所需要的軸功率以及電動機消耗的電功率各是多少？物性方法采用PENG-ROB。輸入?yún)?shù)輸出結果出口壓力（Dischargepressure）所需功率（Fluidpower/Brakepower）壓力增量（Pressureincrease）所需功率（Fluidpower/Brakepower）壓力比率（Pressureratio）所需功率（Fluidpower/Brakepower）指定功率（Powerrequired）出口壓力（Dischargepressure）特性曲線（Useperformancecurvetodeterminedischargeconditions）所需功率（Fluidpower/Brakepower）5.2泵Pump——模塊參數(shù)（1）泵Pump模塊有5種計算形式出口壓力、泵的水力學效率和驅(qū)動機效率常用參數(shù)指定：5.2泵Pump——模塊參數(shù)（2）指定模型指定參數(shù)指定效率5.2泵Pump——例題2流率，m3/hr201053揚程，m40250300400一泵輸送流率為100kmol/hr的苯，苯的壓力為100kPa，溫度為40℃。泵的效率是60%，電動機的效率是90%，特性曲線數(shù)據(jù)如下表所示。計算泵的出口壓力、提供給流體的功率及泵所需要的軸功率各是多少？物性方法采用RK-SOAVE。特性曲線有三種輸入方式：5.2泵Pump——特性曲線（1）列表數(shù)據(jù)

TabularData多項式

Polynomials用戶子程序

UserSubroutines操作轉(zhuǎn)速下的單根曲線

Singlecurveatoperatingspeed；參考轉(zhuǎn)速下的單根曲線

Singlecurveatreferencespeed；不同轉(zhuǎn)速下的多條曲線

Multiplecurvesatdifferentspeeds.特性曲線的數(shù)目，有三個選項：5.2泵Pump——特性曲線（2）選擇曲線形式設定特性曲線變量選擇曲線數(shù)目在CurveData頁面中輸入特性曲線數(shù)據(jù)：5.2泵Pump——特性曲線（3）特性曲線變量的單位Unitsofcurvevariables每根曲線特性數(shù)據(jù)表如Headvs.flowtables每根曲線的對應轉(zhuǎn)速Curvespeeds5.2泵Pump——特性曲線（4）曲線變量單位曲線對應轉(zhuǎn)速輸入流量—揚程數(shù)據(jù)5.2泵Pump——特性曲線（5）在Efficiencies頁面中輸入效率數(shù)據(jù)：輸入流量—效率數(shù)據(jù)當泵的操作轉(zhuǎn)速與特性曲線的轉(zhuǎn)速不同時，還要輸入操作轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：5.2泵Pump——特性曲線（6）規(guī)定操作轉(zhuǎn)速5.2泵Pump——特性曲線（7）用多項式表示特性曲線：設定特性曲線變量輸入多項式系數(shù)5.2泵Pump——NPSHR（1）汽蝕余量又叫凈正吸頭NPSH，是表示汽蝕性能的主要參數(shù)。其中：Hs

為允許吸上真空度設計泵的安裝位置時，應核算“必需汽蝕余量”NPSHR——NetPositiveSuctionHeadRequired在NPSHR頁面輸入NPSHR數(shù)據(jù)5.2泵Pump——NPSHR（2）5.2泵Pump——NPSHR（3）根據(jù)安裝和流動情況可以算出泵進口處的“有效汽蝕余量”NPSHA——NetPositiveSuctionHeadAvailable在實際使用條件下，選擇的泵應該滿足：5.2泵Pump——結果查看結果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pump對象下選擇Results|Summary，查看結果，結果中顯示流體功率、軸功率、電功率等參數(shù)。5.3壓縮機ComprCompr模型用于模擬四種單元設備多變離心壓縮機PolytropicCentrifugalCompressor多變正排量壓縮機PolytropicPositiveDisplacementCompressor等熵壓縮機IsentropicCompressor等熵汽輪機IsentropicTurbine壓縮機可以進行單相、兩相和三相計算。5.3壓縮機Compr——連接壓縮機是將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量，用以給氣體增壓或輸送的機械。按增壓程度由低到高又可以分為通風機、鼓風機和壓縮機。5.3壓縮機Compr——連接Compr模型的連接圖如下：Compr模塊模擬壓縮機時提供8種計算模型：5.3壓縮機Compr——計算模型（1）等熵模型IsentropicASME等熵模型IsentropicusingASMEmethodGPSA等熵模型IsentropicusingGPSAmethodASME多變模型PolytropicusingASMEmethodGPSA多變模型PolytropicusingGPSAmethod分片積分多變模型Polytropicusingpiecewiseintegration正排量模型Positivedisplacement分片積分正排量模型Positivedisplacementusingpiecewiseintegration5.3壓縮機Compr——計算模型（2）Compr模塊模擬壓縮機時提供8種計算模型：5.3壓縮機Compr——計算模型（3）Compr模塊模擬渦輪機時僅有1種計算模型：等熵模型Isentropic輸入?yún)?shù)輸出結果出口壓力（Dischargepressure）所需功率（Fluidpower/Brakepower）壓力增量（Pressureincrease）所需功率（Fluidpower/Brakepower）壓力比率（Pressureratio）所需功率（Fluidpower/Brakepower）指定功率（Powerrequired）出口壓力（Dischargepressure）特性曲線（Useperformancecurvetodeterminedischargeconditions）所需功率（Fluidpower/Brakepower）5.3壓縮機Compr——模塊參數(shù)（1）壓縮機Compr模塊有5種計算形式出口壓力+指定效率常用參數(shù)指定：物流的溫度為100℃，壓力為690kPa，組成下表所示?，F(xiàn)用多變壓縮機將該物流壓縮至3450kPa，壓縮機的多變效率為100%，驅(qū)動機的機械效率為100%。計算壓縮機所需的軸功率及該物流的出口溫度和體積流率各是多少？物性方法采用PENG-ROB。5.3壓縮機Compr——例題組分縮寫式流率，kmol/hr甲烷C10.05乙烷C20.45丙烷C34.55正丁烷NC48.60異丁烷IC49.001,3-丁二烯DC49.005.3壓縮機Compr——模塊參數(shù)（2）選擇類型規(guī)定出口條件規(guī)定效率等熵效率多變效率機械效率5.3壓縮機Compr——特性曲線（1）特性曲線有4種輸入方式：列表數(shù)據(jù)

TabularData多項式

Polynomials擴展多項式ExtendedPolynomials用戶子程序

UserSubroutines操作轉(zhuǎn)速下的單根曲線

Singlecurveatoperatingspeed參考轉(zhuǎn)速下的單根曲線

Singlecurveatreferencespeed不同轉(zhuǎn)速下的多條曲線

Multiplecurvesatdifferentspeeds特性曲線的數(shù)目，有三個選項：5.3壓縮機Compr——特性曲線（2）曲線形式曲線變量曲線數(shù)量其他選項5.3壓縮機Compr——特性曲線（3）5.3壓縮機Compr——結果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Compr對象下選擇Results|Summary查看結果，結果顯示軸功率、出口壓力、出口溫度等參數(shù)。結果查看5.4多級壓縮機MCompr多級壓縮將氣體的壓縮過程分在若干級中進行，并在每級壓縮之后將氣體導入中間冷卻器進行冷卻。在冷卻器中可以進行單相、兩相或三相閃蒸計算。除了最后一級的后冷卻器外，每個冷卻器都有一個液相凝出物流。多級壓縮機一般用來處理單一的可壓縮相態(tài)，某些特殊情況，也可以進行兩相或三相計算。5.4多級壓縮機Mcompr——連接（1）MCompr模型的外部連接圖如下：5.4多級壓縮機Mcompr——連接（2）MCompr模型的內(nèi)部連接圖如下：5.4多級壓縮機Mcompr——計算模型多級壓縮機MCompr模塊用于模擬四種單元設備多級多變壓縮機Multi-stagePolytropicCompressor多級多變正排量壓縮機Multi-stagePolytropicPositiveDisplacementCompressor多級等熵壓縮機Multi-stageIsentropicCompressor多級等熵渦輪機Multi-stageIsentropicTurbine5.4多級壓縮機Mcompr——模塊參數(shù)（1）MCompr的模型參數(shù)級數(shù)Numberofstages

指定壓縮機的級數(shù)壓縮機模型Compressormodel

有6種計算模型供選用計算模型英文對照

等熵模型IsentropicASME等熵模型IsentropicusingASMEmethodGPSA等熵模型IsentropicusingGPSAmethodASME多變模型PolytropicusingASMEmethodGPSA多變模型PolytropicusingGPSAmethod正排量模型Positivedisplacement5.4壓縮機Compr——模塊參數(shù)（2）設定方式(Specificationtype)

指定壓縮機的工作方式，與壓縮機Compr模塊有所不同設定方式英文對照固定最后一級出口壓力Fixdischargepressurefromlaststage固定每級出口條件Fixdischargeconditionsfromeachstage用特性曲線確定出口條件UseperformancecurvestodeterminedischargeconditionsMCompr的模型參數(shù)5.4多級壓縮機MCompr——例題物流的溫度為100℃，壓力為690kPa，組成如下表所示。使該物流通過一個二級等熵壓縮機，壓縮機一級和二級之間的冷卻器移出熱量30kW，壓降為0。計算壓縮機的總功率，物流經(jīng)過一級壓縮機后的溫度，以及最終的出口溫度各是多少？物性方法采用PENG-ROB。組分縮寫式流率，kmol/hr甲烷C10.05乙烷C20.45丙烷C34.55正丁烷NC48.60異丁烷IC49.001,3-丁二烯DC49.005.4多級壓縮機Mcompr——模塊參數(shù)（3）規(guī)定級數(shù)指定類型工作方式5.4多級壓縮機Mcompr——模塊參數(shù)（3）物流定義

在Material頁面定義物流規(guī)定進料物流規(guī)定產(chǎn)品物流5.4多級壓縮機MCompr——模塊參數(shù)（4）規(guī)定級間參數(shù)

在Spec頁面定義級間參數(shù)：效率、溫度等5.4多級壓縮機MCompr——模塊參數(shù)（5）冷卻器設定

在Cooler頁面定義中間冷卻器參數(shù)：冷卻器負荷、冷卻器溫度等5.4多級壓縮機Mcompr——特性曲線（1）多級壓縮機特性曲線有三種輸入方式：列表數(shù)據(jù)

TabularData多項式

Polynomials用戶子程序

UserSubroutines可以提供多張?zhí)匦郧€表(Maps)，每張表又可以有多條特性曲線。多級壓縮機的每一級可以有多個葉輪(wheels)，可以為每個葉輪選用不同的特性曲線表、葉輪直徑和比例因子(scalingfactors)5.4多級壓縮機MCompr——特性曲線（2）曲線變量曲線表數(shù)量曲線數(shù)量葉輪設定曲線形式5.4多級壓縮機Mcompr——結果查看結果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的MCompr對象下選擇Results|Summary查看結果，結果顯示出口壓力、功率、級間冷卻器負荷等。5.5閥門Valve閥門Valve模塊用來調(diào)節(jié)流體流經(jīng)管路時的壓降。閥門Valve模塊假定流動過程絕熱，并將閥門的壓降與流量系數(shù)關聯(lián)起來，可確定閥門出口物流的熱狀態(tài)和相態(tài)。5.5閥門Valve——計算模型閥門模型有三種應用方式（計算類型）指定出口壓力下的絕熱閃蒸

Adiabaticflashforspecifiedoutletpressure計算指定出口壓力下的閥門流量系數(shù)

Calculatevalveflowcoefficientforspecifiedoutletpressure計算指定閥門的出口壓力(核算方式)Calculateoutletpressureforspecifiedvalve5.5閥門Valve——例題水的溫度為25℃，壓力為600kPa，流率為100m3/hr，流經(jīng)一公稱直徑為6英寸的截止閥。閥門的規(guī)格為V500系列的線性流量閥，開度為30%。計算閥門的出口壓力是多少？物性方法采用STEAM-TA。5.5閥門Valve——模塊參數(shù)（1）運用核算方式時，即計算指定閥門的出口壓力時，需輸入以下參數(shù)：閥門類型(Valvetype)截止閥(Global)、球閥(Ball)、蝶閥(Butterfly)廠家(Manufacturer)Neles-Jamesbury系列/規(guī)格(Series/Style)線性流量(linearflow)、等百分比流量(equalpercentflow)尺寸(Size)公稱直徑閥門開度（Openning）5.5閥門Valve——模塊參數(shù)（2）計算類型閥門開度規(guī)定規(guī)定計算類型及閥門開度5.5閥門Valve——模塊參數(shù)（3）閥門參數(shù)選擇閥門類型、廠家、系列/規(guī)格、尺寸5.5閥門Valve——模塊參數(shù)（4）計算閥門小開度狀態(tài)時計算選項的設置很重要檢查阻塞流動

Checkforchokedflow計算空泡系數(shù)

Calculatecavitationindex設置最小出口壓力等于阻塞壓力Minimumoutletpressure:Setequaltochokedoutletpressure5.5閥門Valve——模塊參數(shù)（5）設置最小出口壓力設置計算選項5.5閥門Valve——結果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Valve對象下選擇Results|Summary查看結果，結果顯示出口壓力等參數(shù)結果查看5.6管段Pipe管段Pipe計算等直徑、等坡度的一段管道的壓降和傳熱量。已知入口壓力，管段Pipe可計算出口壓力；已知出口壓力，管段Pipe可計算入口壓力并更新入口物流的參數(shù)。流率為4000kg/hr，壓力為600kPa的飽和水蒸汽流經(jīng)1144的管道。管道長25m，出口比進口高6m，粗糙度為0.05mm，傳熱系數(shù)為20W/m2K。管道采用法蘭連接，安裝有閘閥1個，90肘管2個，環(huán)境溫度為22℃。計算出口蒸汽的壓力、溫度以及管道的熱損失各是多少？物性方法采用STEAM-TA。5.6管段Pipe——例題管段參數(shù)（Pipeparameters）長度（Length）、直徑（Diameter）、高度（Elevation）和粗糙度（Roughness）傳熱規(guī)定（ThermalSpecification）恒溫（Constanttemperature）、線性溫度分布（Lineartemperatureprofile）、絕熱（Adiabatic）和熱衡算（Performenergybalance）管件參數(shù)（Fittings）連接形式（Connectiontype）、管件數(shù)目（Numberoffittings）和其余當量長度（MiscellaneousL/D）5.6管段Pipe——模塊參數(shù)（1）5.6管段Pipe——模塊參數(shù)（2）長度

直徑

高度

粗糙度

管段參數(shù)（Pipeparameters）5.6管段Pipe傳熱規(guī)定類型能量平衡參數(shù)傳熱規(guī)定（ThermalSpecificat