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(jī)Compr5.4多級壓縮機(jī)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(jī)當(dāng)已知壓力、功率或特性曲線時，改變物流壓力泵和水輪機(jī)Compr壓縮機(jī)或渦輪機(jī)當(dāng)已知壓力、功率或特性曲線時，改變物流壓力多變壓縮機(jī)、多變正排量壓縮機(jī)、等熵壓縮機(jī)和等熵渦輪機(jī)MCompr多級壓縮機(jī)或渦輪機(jī)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(jī)、多級多變正排量壓縮機(jī)、多級等熵壓縮機(jī)和多級等熵渦輪機(jī)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(biāo)高的管線5.2泵PumpPump模塊用于模擬兩種設(shè)備泵（Pump）泵是把機(jī)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(jī)械。水輪機(jī)（Turbine）水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動力機(jī)械，它屬于流體機(jī)械中的透平機(jī)械。PUMP可以模擬實(shí)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jié)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(xué)效率和驅(qū)動機(jī)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(yáng)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(jī)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(xiàng)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(xiàng)：5.2泵Pump——特性曲線（2）選擇曲線形式設(shè)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(yīng)轉(zhuǎn)速Curvespeeds5.2泵Pump——特性曲線（4）曲線變量單位曲線對應(yīng)轉(zhuǎn)速輸入流量—揚(yáng)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(dāng)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(xiàng)式表示特性曲線：設(shè)定特性曲線變量輸入多項(xiàng)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(shè)計泵的安裝位置時，應(yīng)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(jìn)口處的“有效汽蝕余量”NPSHA——

NetPositiveSuctionHeadAvailable在實(shí)際使用條件下，選擇的泵應(yīng)該滿足：5.2泵Pump——結(jié)果查看結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pump對象下選擇Results|Summary，查看結(jié)果，結(jié)果中顯示流體功率、軸功率、電功率等參數(shù)。5.3壓縮機(jī)ComprCompr模型用于模擬四種單元設(shè)備多變離心壓縮機(jī)PolytropicCentrifugalCompressor多變正排量壓縮機(jī)PolytropicPositiveDisplacementCompressor等熵壓縮機(jī)IsentropicCompressor等熵汽輪機(jī)IsentropicTurbine壓縮機(jī)可以進(jìn)行單相、兩相和三相計算。5.3壓縮機(jī)Compr——連接壓縮機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量，用以給氣體增壓或輸送的機(jī)械。按增壓程度由低到高又可以分為通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)。5.3壓縮機(jī)Compr——連接Compr模型的連接圖如下：Compr模塊模擬壓縮機(jī)時提供8種計算模型：5.3壓縮機(jī)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(jī)Compr——計算模型（2）Compr模塊模擬壓縮機(jī)時提供8種計算模型：5.3壓縮機(jī)Compr——計算模型（3）Compr模塊模擬渦輪機(jī)時僅有1種計算模型：等熵模型Isentropic輸入?yún)?shù)輸出結(jié)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(jī)Compr——模塊參數(shù)（1）壓縮機(jī)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(jī)將該物流壓縮至3450kPa，壓縮機(jī)的多變效率為100%，驅(qū)動機(jī)的機(jī)械效率為100%。計算壓縮機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械效率5.3壓縮機(jī)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(xiàng)式

Polynomials擴(kuò)展多項(xiàng)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(xiàng)：5.3壓縮機(jī)Compr——特性曲線（2）曲線形式曲線變量曲線數(shù)量其他選項(xiàng)5.3壓縮機(jī)Compr——特性曲線（3）5.3壓縮機(jī)Compr——結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Compr對象下選擇Results|Summary查看結(jié)果，結(jié)果顯示軸功率、出口壓力、出口溫度等參數(shù)。結(jié)果查看5.4多級壓縮機(jī)MCompr多級壓縮將氣體的壓縮過程分在若干級中進(jìn)行，并在每級壓縮之后將氣體導(dǎo)入中間冷卻器進(jìn)行冷卻。在冷卻器中可以進(jìn)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(jī)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(jìn)行兩相或三相計算。5.4多級壓縮機(jī)Mcompr——連接（1）MCompr模型的外部連接圖如下：5.4多級壓縮機(jī)Mcompr——連接（2）MCompr模型的內(nèi)部連接圖如下：5.4多級壓縮機(jī)Mcompr——計算模型多級壓縮機(jī)MCompr模塊用于模擬四種單元設(shè)備多級多變壓縮機(jī)Multi-stagePolytropicCompressor多級多變正排量壓縮機(jī)Multi-stagePolytropicPositiveDisplacementCompressor多級等熵壓縮機(jī)Multi-stageIsentropicCompressor多級等熵渦輪機(jī)Multi-stageIsentropicTurbine5.4多級壓縮機(jī)Mcompr——模塊參數(shù)（1）MCompr的模型參數(shù)級數(shù)Numberofstages

指定壓縮機(jī)的級數(shù)壓縮機(jī)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(jī)Compr——模塊參數(shù)（2）設(shè)定方式(Specificationtype)

指定壓縮機(jī)的工作方式，與壓縮機(jī)Compr模塊有所不同設(shè)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(jī)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(jī)，壓縮機(jī)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(jī)的總功率，物流經(jīng)過一級壓縮機(jī)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(jī)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(jī)Mcompr——模塊參數(shù)（3）物流定義

在Material頁面定義物流規(guī)定進(jìn)料物流規(guī)定產(chǎn)品物流5.4多級壓縮機(jī)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(jī)MCompr——模塊參數(shù)（5）冷卻器設(shè)定

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

TabularData多項(xiàng)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(jī)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(jī)MCompr——特性曲線（2）曲線變量曲線表數(shù)量曲線數(shù)量葉輪設(shè)定曲線形式5.4多級壓縮機(jī)Mcompr——結(jié)果查看結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的MCompr對象下選擇Results|Summary查看結(jié)果，結(jié)果顯示出口壓力、功率、級間冷卻器負(fù)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(guān)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(yīng)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(yùn)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(xiàng)的設(shè)置很重要檢查阻塞流動

Checkforchokedflow計算空泡系數(shù)

Calculatecavitationindex設(shè)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(shè)置最小出口壓力設(shè)置計算選項(xiàng)5.5閥門Valve——結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的Valve對象下選擇Results|Summary查看結(jié)果，結(jié)果顯示出口壓力等參數(shù)結(jié)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)

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4的管道。管道長25m，出口比進(jìn)口高6m，粗糙度為0.05mm，傳熱系數(shù)為20W/m2

K。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(dāng)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（ThermalSpecific