2.8. Теплообменники
Модель нагревателя.
Блок нагревателя (Heater) смешивает несколько входных потоков для получения одного выходного потока в определенном термодинамическом состоянии.
Блок нагревателя может представлять:
Нагреватели.
Охладители.
Клапана.
Насосы (когда результаты, относящиеся к нагрузке, не нужны).
Компрессоры (когда результаты, относящиеся к нагрузке, не нужны).
Блок нагревателя также можно использовать для установки термодинамических условий потока.
Определение входных параметров нагревателя Heater.
Допустимые комбинации:
Давление (или гидравлическое сопротивление) и один из перечисленных:
– Температура на выходе
– Тепловая нагрузка или входящий поток тепла
– Доля пара
– Изменение температуры
– Степень недогрева или перегрева
Температура на выходе или изменение температуры и:
– Давление
– Тепловая нагрузка
– Доля пара
Для одной фазы используйте давление (или гидравлическое сопротивление) и один из:
– Температура на выходе
– Тепловая производительность или входящий поток тепла
– Изменение температуры
Значение доли пара, равное 1, соответствует точке росы, 0 обозначает точку начала кипения
Потоки тепла.
Для блока Heater можно указать любое число входящих потоков тепла.
Для прямого указания чистой тепловой нагрузки нагревателя определяется только один выходной поток тепла.
Чистая тепловая нагрузка – это тепло, выделившееся или поглощенное в результате изменения температуры или давления.
Если Вы указываете только одно значение (температура или давление), Heaterбудет использовать сумму входящих тепловых потоков как спецификацию по тепловой нагрузке.
Если Вы указываете две величины, Heater использует потоки тепла только для расчета чистой тепловой нагрузки.
Модель двухпоточного теплообменника
HeatXосуществляет краткие или подробные вычисления коэффициента теплоотдачи аппарата и подробный расчет конструкции
Если конструкция теплообменника неизвестна или неважна, могут быть выполнены простые расчеты теплопередачи от потока к потоку (расчет теплового и материального баланса)
Для подробных расчетов теплоотдачи и гидравлического сопротивления должна быть указана конструкция теплообменника
HeatXможет моделировать теплообменники трубчатого типа:
Противоточные и прямоточные.
С кожухами E, F, G, H, J и X (по стандарту TEMA) с сегментными перегородками.
С кожухами E и F (по стандарту TEMA) с отбойными пластинами.
С гладкими и оребренными трубами.
HeatXвыполняет:
Полный анализ всех зон теплообменника.
Расчет теплоотдачи и гидравлического сопротивления.
Точные вычисления теплопередачи, кипения и конденсации, как в трубках, так и в межтрубном пространстве.
Корреляции, встроенные или указываемые пользователем.
HeatX не может:
Выполнить расчет конструкции.
Выполнить анализ механических вибраций и расчет на прочность.
Расчет конструкции должен выполняться в специализированных программах, таких как AspenTasc+
Модель HeatX предоставляет прямые интерфейсы к:
– Hetran
– Aerotran
– TASC+
Задание спецификаций расчета HeatX
Выберите одну из следующих спецификаций:
Поверхность теплопередачи или конструкция
Нагрузка теплообменника
Постоянная UA
Для выходящих потоков:
– Температура
– Повышение или снижение температуры
– Разница температур
– Сближение температур
– Степень перегрева или недогрева
– Доля пара
Сравнение HeatX и Heater
Для более точных расчетов используйте HeatX
Когда некоторые потоки не важны (например, вспомогательные потоки), используйте Heater
Используйте два блока Heater (соединенных потоком тепла, блоком калькулятора или спецификациями), чтобы избежать усложнения технологического процесса, создаваемого HeatX
Рис.38. HeatX
Модель многопоточного теплообменника.
MHeatXможет использоваться для моделирования теплопередачи между несколькими теплыми или холодными потоками, например, в криогенных процессах.
Может быть проведен углубленный анализ для определения степени теплообмена.
Для улучшения сходимости схемы технологического процесса MHeatX использует несколько блоковHeaterи тепловых потоков.
С помощью блока MHeatXможно моделировать также и двухпоточные теплообменники, однако он не учитывает конструкцию теплообменника.
Модель HXFlux.
Используется для описания конвективного или радиационного теплообмена с поверхности
Стандартное уравнение для конвективного теплообмена:Q = UA * LMTD
Прямоточный и противоточный режимы
Не имеет входящих и исходящих материальных потоков
Имеет вход теплового потока или ссылку на тепловой поток
Автоматическое соединение с температурами потока (или с переменными EO в режиме решения, ориентированном на уравнения).
Конструкционные расчеты теплообменников
Вы можете получить доступ к программам точного расчета теплообменников производства Aspen напрямую через блоки HeatX или модели, представленные в библиотеке.
Hetran– это интерфейс к программе AspenTech, используемой для проектирования, конструкционных расчетов трубчатых теплообменников.
Aerotran– это интерфейс к программе AspenTech, используемой для проектирования, конструкционных расчетов теплообменников с воздушным охлаждением.
TASC+– это интерфейс к программе AspenTech, используемой для проектирования, конструкционных расчетов трубчатых теплообменников.
HTFI-IST– это интерфейс к программе HTRI.
Информация, относящаяся к геометрии и конфигурации теплообменников, вводится внутри специализированных программ
Кривые теплосодержания
Все модели теплообменников могут рассчитывать тепловые кривые (Hcurves).
Для различных независимых переменных (например, нагрузки или температуры) могут быть построены таблицы для любого свойства, учитываемого в Aspen Plus.
Эти таблицы могут быть распечатаны, преобразованы в графики или экспортированы для использования с другими программными продуктами для разработки теплообменников.
Табличные результаты кривых теплосодержания
Рис.39. Кривые теплосодержания
Чтобы построить график, выделите столбец, соответствующий оси X, перейдите на Plot>X-Axis Variable. Аналогичным образом выберите данные, соответствующие оси Y. Постройте график: Plot>Display Plot (Add New Curve).
Рис.40. Графики кривых теплосодержания
Вспомогательные потоки
Вспомогательные потоки (Utility) – это функция, которая может быть использована для расчета потребления энергии отдельной типовой операции, стоимость энергии и (или) количество вспомогательных потоков каждого типа (т.е. пар низкого, среднего и высокого давления).
В отличие от материальных потоков, вспомогательные потоки в Aspen Plus реализованы как переменные, в которых предполагается, что имеется общий источник теплоносителей, доступный для использования, а их использование в каждой типовой операции рассчитывается на основе величины нагрева или охлаждения, требуемого блоком.
Вы можете назначить вспомогательные потоки любому блоку, у которого указывается или вычисляется нагрузка или мощность (за исключением MHeatX).
Доступны следующие виды вспомогательные потоки:
– Уголь (Coal)
– Электроэнергия (Electricity)
– Газ (Gas)
– Нефть (Oil)
– Хладагент (Refrigerant)
– Пар (Stream)
– Вода (Water)
– Общие (любого состава) (General)
Укажите тип расходов, стоимость и условия, либо значение нагрева или охлаждения, либо входящее или исходящее состояние
Как происходит моделирование вспомогательных потоков.
Для расчета необходимых вспомогательных потоков определенного процесса не нужно даже изменять схему. Просто выполните следующие шаги:
1. Создайте новый объект в папке Utilities
2. Выберите тип вспомогательных потоков из восьми доступных вариантов
3. Для расчета стоимости вспомогательных потоков введите либо закупочную стоимость (Purchase price), либо стоимость энергии (Energy price)
4. Установите параметру расчетов (Calculation) значение Specify heating/cooling value (по умолчанию) или Specify inlet/outlet conditions (установка значений на форме State Variables) и укажите значение нагрева или охлаждения в первом случае и условий на входе и выходе во втором
5. Откройте форму ввода блока, для которого задаются вспомогательные потоки и передаются на закладку Utility
6. Из выпадающего списка Utility ID выберите Ваш объект.