第5章Aspen流体输送单元模拟

1、第第5章章 流体输送单元模拟流体输送单元模拟目录目录n5.1 概述概述n5.2 泵泵Pumpn5.3 压缩机压缩机Comprn5.4 多级压缩机多级压缩机Mcomprn5.5 阀门阀门Valven5.6 管段管段Pipen5.7 管线系统管线系统Pipeline5.1 概述概述nAspen Plus提供提供6种流体输送单元模块（种流体输送单元模块（Pressure Changers）5.2 泵泵Pump nPump模块用于模拟两种设备模块用于模拟两种设备l泵（泵（Pump）泵是把机械能转换成液体的能量，用来给液体泵是把机械能转换成液体的能量，用来给液体增压和输送液体的流体机械。增压和输送液体的

2、流体机械。 l水轮机（水轮机（Turbine）水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。力机械，它属于流体机械中的透平机械。5.2 泵泵Pump连接连接n泵泵Pump连接示意图连接示意图输入参数输入参数输出结果输出结果出口压力（出口压力（Discharge pressure）所需功率（所需功率（Fluid power/Brake power）压力增量（压力增量（Pressure increase）所需功率（所需功率（Fluid power/Brake power）压力比率（压力比率（Pressure ratio）所需功率

3、（所需功率（Fluid power/Brake power）指定功率（指定功率（Power required）出口压力（出口压力（Discharge pressure）特性曲线（特性曲线（Use performance curve to determine discharge conditions）所需功率（所需功率（Fluid power/Brake power）5.2 泵泵Pump模块参数（模块参数（1）n泵泵Pump模块有模块有5种计算形式种计算形式出口压力、泵的水力学效率和驱动机效率出口压力、泵的水力学效率和驱动机效率n常用参数指定：常用参数指定：5.2 泵泵Pump模块参数（模块参数

4、（2）指定模型指定模型指定参数指定参数指定效率指定效率n特性曲线有三种输入方式：特性曲线有三种输入方式：5.2 泵泵Pump特性曲线（特性曲线（1）l列表数据列表数据 Tabular Datal多项式多项式 Polynomialsl用户子程序用户子程序 User Subroutinesl操作转速下的单根曲线操作转速下的单根曲线 Single curve at operating speed；l参考转速下的单根曲线参考转速下的单根曲线 Single curve at reference speed；l不同转速下的多条曲线不同转速下的多条曲线 Multiple curves at differen

5、t speeds .n特性曲线的数目，有三个选项：特性曲线的数目，有三个选项：5.2 泵泵Pump特性曲线（特性曲线（2）选择曲选择曲线形式线形式设定特性设定特性曲线变量曲线变量选择曲选择曲线数目线数目n在在Curve Data页面中输入特性曲线数据：页面中输入特性曲线数据：5.2 泵泵Pump特性曲线（特性曲线（3）l特性曲线变量的单位特性曲线变量的单位 Units of curve variablesl每根曲线特性数据表每根曲线特性数据表 如如 Head vs. flow tablesl每根曲线的对应转速每根曲线的对应转速 Curve speeds5.2 泵泵Pump特性曲线（特性曲线（4

6、）曲线变曲线变量单位量单位曲线对曲线对应转速应转速输入流量输入流量扬程数据扬程数据5.2 泵泵Pump特性曲线（特性曲线（5）n在在Efficiencies页面中输入效率数据：页面中输入效率数据：输入流量输入流量效率数据效率数据n当泵的操作转速与特性曲线的转速不同时，还要输当泵的操作转速与特性曲线的转速不同时，还要输入操作转速数据：入操作转速数据：5.2 泵泵Pump特性曲线（特性曲线（6）规定操作转速规定操作转速5.2 泵泵Pump特性曲线（特性曲线（7）n用多项式表示特性曲线：用多项式表示特性曲线：输入多项式系数输入多项式系数5.2 泵泵PumpNPSHR（1）n汽蚀余量汽蚀余量又叫净正吸

7、头又叫净正吸头NPSH，是表示汽蚀性能的，是表示汽蚀性能的主要参数。主要参数。其中：其中：Hs 为允许吸上真空度为允许吸上真空度n设计泵的安装位置时，应核算设计泵的安装位置时，应核算“必需汽蚀余量必需汽蚀余量” NPSHR Net Positive Suction Head Requiredn在在NPSHR页面输入页面输入NPSHR数据数据5.2 泵泵PumpNPSHR（2）5.2 泵泵PumpNPSHR（3）n根据安装和流动情况可以算出泵进口处的根据安装和流动情况可以算出泵进口处的“有效有效汽蚀余量汽蚀余量” NPSHA Net Positive Suction Head Available

8、n在实际使用条件下，选择的泵应该满足：在实际使用条件下，选择的泵应该满足：5.2 泵泵Pump结果查看结果查看结果查看结果查看n从数据浏览器的从数据浏览器的Pump对象下选择对象下选择Results | Summary，查看结果，结果中显示流体功率、轴，查看结果，结果中显示流体功率、轴功率、电功率等参数。功率、电功率等参数。组分组分缩写式缩写式流率，流率，kmol/hr甲烷甲烷C10.05乙烷乙烷C20.45丙烷丙烷C34.55正丁烷正丁烷NC48.60异丁烷异丁烷IC49.001,3-丁二烯丁二烯DC49.005.2 泵泵Pump例题例题1n一泵将压力为一泵将压力为170kPa的物流加压到的

9、物流加压到690kPa，进，进料的温度为料的温度为-10，摩尔流率及组成如下表所示。，摩尔流率及组成如下表所示。泵的效率为泵的效率为80%，电动机的效率为，电动机的效率为100%。计算。计算泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功率以及电动泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功率以及电动机消耗的电功率各是多少？物性方法采用机消耗的电功率各是多少？物性方法采用PENG-ROB。5.2 泵泵Pump例题例题2流率，流率，m3/hr201053扬程，扬程，m40250300400n一泵输送流率为一泵输送流率为100kmol/hr的苯，苯的压力为的苯，苯的压力为100kPa，温度为，温度为40。泵的效率是。泵的

10、效率是60%，电动机，电动机的效率是的效率是90%，特性曲线数据如下表所示。计算泵，特性曲线数据如下表所示。计算泵的出口压力、提供给流体的功率及泵所需要的轴功的出口压力、提供给流体的功率及泵所需要的轴功率各是多少？物性方法采用率各是多少？物性方法采用RK-SOAVE。5.3 压缩机压缩机ComprnCompr 模型用于模拟四种单元设备模型用于模拟四种单元设备l多变离心压缩机多变离心压缩机 Polytropic Centrifugal Compressorl多变正排量压缩机多变正排量压缩机 Polytropic Positive Displacement Compressorl等熵压缩机等熵压缩

11、机 Isentropic Compressorl等熵汽轮机等熵汽轮机 Isentropic Turbine5.3 压缩机压缩机Compr连接连接n压缩机压缩机是将是将机械能转变为机械能转变为气体能量，用气体能量，用以给气体增压以给气体增压或输送的机械或输送的机械。按增压程度。按增压程度由低到高又可由低到高又可以分为通风机以分为通风机、鼓风机和压、鼓风机和压缩机。缩机。5.3 压缩机压缩机Compr连接连接nCompr 模型的连接图如下：模型的连接图如下：nCompr 模块模拟压缩机时提供模块模拟压缩机时提供8种计算模型：种计算模型：5.3 压缩机压缩机Compr计算模型（计算模型（1）l等熵模

12、型等熵模型 Isentropic lASME等熵模型等熵模型 Isentropic using ASME methodlGPSA等熵模型等熵模型 Isentropic using GPSA methodlASME多变模型多变模型 Polytropic using ASME methodlGPSA多变模型多变模型 Polytropic using GPSA methodl分片积分多变模型分片积分多变模型 Polytropic using piecewise integrationl正排量模型正排量模型 Positive displacementl分片积分正排量模型分片积分正排量模型 Positi

13、ve displacement using piecewise integration5.3 压缩机压缩机Compr计算模型（计算模型（2）nCompr 模块模拟压缩机时提供模块模拟压缩机时提供8种计算模型：种计算模型：5.3 压缩机压缩机Compr计算模型（计算模型（3）nCompr 模块模拟涡轮机时仅有模块模拟涡轮机时仅有1种计算模型：种计算模型：l等熵模型等熵模型 Isentropic 输入参数输入参数输出结果输出结果出口压力（出口压力（Discharge pressure）所需功率（所需功率（Fluid power/Brake power）压力增量（压力增量（Pressure incr

14、ease）所需功率（所需功率（Fluid power/Brake power）压力比率（压力比率（Pressure ratio）所需功率（所需功率（Fluid power/Brake power）指定功率（指定功率（Power required）出口压力（出口压力（Discharge pressure）特性曲线（特性曲线（Use performance curve to determine discharge conditions）所需功率（所需功率（Fluid power/Brake power）5.3 压缩机压缩机Compr模块参数（模块参数（1）n压缩机压缩机Compr模块有模块有5种计

15、算形式种计算形式出口压力出口压力+指定效率指定效率n常用参数指定：常用参数指定：5.3 压缩机压缩机Compr模块参数（模块参数（2）选择类型选择类型规定出口条件规定出口条件规定效率规定效率等熵效率等熵效率 多变效率多变效率 机械效率机械效率5.3 压缩机压缩机Compr效率（效率（1）l对于压缩机对于压缩机l对于汽轮机对于汽轮机n等熵效率等熵效率 Isentropic Efficiency5.3 压缩机压缩机Compr效率（效率（2）n多变效率多变效率Polytropic Efficiency5.3 压缩机压缩机Compr效率（效率（3）n机械效率机械效率Mechanical Efficie

16、ncyl压缩机压缩机l汽轮机汽轮机5.3 压缩机压缩机Compr特性曲线（特性曲线（1）n特性曲线有特性曲线有4种输入方式：种输入方式：l列表数据列表数据 Tabular Datal多项式多项式 Polynomialsl扩展多项式扩展多项式 Extended Polynomialsl用户子程序用户子程序User Subroutinesl操作转速下的单根曲线操作转速下的单根曲线 Single curve at operating speedl参考转速下的单根曲线参考转速下的单根曲线 Single curve at reference speedl不同转速下的多条曲线不同转速下的多条曲线 Mult

17、iple curves at different speeds n 特性曲线的数目，有三个选项特性曲线的数目，有三个选项：5.3 压缩机压缩机Compr特性曲线（特性曲线（2）曲线曲线形式形式曲线曲线变量变量曲线曲线数量数量其他其他选项选项5.3 压缩机压缩机Compr结果查看结果查看n从数据浏览器的从数据浏览器的Compr对象下选择对象下选择Results | Summary查看结果，结果显示轴功率、出口压力、查看结果，结果显示轴功率、出口压力、出口温度等参数。出口温度等参数。结果查看结果查看n物流的温度为物流的温度为100，压力为，压力为690kPa，组成下表，组成下表所示。现用多变压缩机

18、将该物流压缩至所示。现用多变压缩机将该物流压缩至3450kPa，压缩机的多变效率为压缩机的多变效率为100%，驱动机的机械效率为，驱动机的机械效率为100%。计算压缩机所需的轴功率及该物流的出口。计算压缩机所需的轴功率及该物流的出口温度和体积流率各是多少？物性方法采用温度和体积流率各是多少？物性方法采用PENG-ROB。5.3 压缩机压缩机Compr例题例题组分组分缩写式缩写式流率，流率，kmol/hr甲烷甲烷C10.05乙烷乙烷C20.45丙烷丙烷C34.55正丁烷正丁烷NC48.60异丁烷异丁烷IC49.001,3-丁二烯丁二烯DC49.005.4 多级压缩机多级压缩机MComprn多级压

19、缩将气体的压缩过程分在若干级中进行，并多级压缩将气体的压缩过程分在若干级中进行，并在每级压缩之后将气体导入中间冷却器进行冷却。在每级压缩之后将气体导入中间冷却器进行冷却。5.4 多级压缩机多级压缩机Mcompr连接（连接（1）nMCompr 模型的外部连接图如下：模型的外部连接图如下：5.4 多级压缩机多级压缩机Mcompr连接（连接（2）nMCompr 模型的内部连接图如下：模型的内部连接图如下：5.4 多级压缩机多级压缩机Mcompr计算模型计算模型n多级压缩机多级压缩机MCompr 模块用于模拟四种单元设备模块用于模拟四种单元设备l多级多变压缩机多级多变压缩机 Multi-stage P

20、olytropic Compressorl多级多变正排量压缩机多级多变正排量压缩机 Multi-stage Polytropic Positive Displacement Compressorl多级等熵压缩机多级等熵压缩机 Multi-stage Isentropic Compressorl多级等熵涡轮机多级等熵涡轮机 Multi-stage Isentropic Turbine5.4 多级压缩机多级压缩机Mcompr模块参数（模块参数（1）n MCompr 的的模型参数模型参数l级数级数 Number of stages 指定压缩机的级数指定压缩机的级数l压缩机模型压缩机模型 Compre

21、ssor model 有有6种计算模型供选用种计算模型供选用计算模型计算模型英文对照英文对照 等熵模型等熵模型 Isentropic ASME等熵模型等熵模型 Isentropic using ASME methodGPSA等熵模型等熵模型 Isentropic using GPSA methodASME多变模型多变模型 Polytropic using ASME methodGPSA多变模型多变模型 Polytropic using GPSA method正排量模型正排量模型 Positive displacement5.4 压缩机压缩机Compr模块参数（模块参数（2）l设定方式设定方式

22、(Specification type) 指定压缩机的工作方式，与压缩机指定压缩机的工作方式，与压缩机Compr模块有所不同模块有所不同设定方式设定方式英文对照英文对照固定最后一级出口压力固定最后一级出口压力Fix discharge pressure from last stage 固定每级出口条件固定每级出口条件Fix discharge conditions from each stage用特性曲线确定出口条件用特性曲线确定出口条件Use performance curves to determine discharge conditionsn MCompr 的的模型参数模型参数5.4

23、多级压缩机多级压缩机Mcompr模块参数（模块参数（3）规定级数规定级数指定类型指定类型工作方式工作方式5.4 多级压缩机多级压缩机Mcompr模块参数（模块参数（3）物流定义物流定义n 在在Material页面定义物流页面定义物流规定进规定进料物流料物流规定产规定产品物流品物流5.4 多级压缩机多级压缩机MCompr模块参数（模块参数（4）规定级规定级间参数间参数n 在在Spec页面定义级间参数：效率、温度等页面定义级间参数：效率、温度等5.4 多级压缩机多级压缩机MCompr模块参数（模块参数（5）冷却器设定冷却器设定n 在在Cooler页面定义中间冷却器参数：冷却器负荷页面定义中间冷却器

24、参数：冷却器负荷、冷却器温度等、冷却器温度等5.4 多级压缩机多级压缩机Mcompr特性曲线（特性曲线（1）n多级压缩机特性曲线有三种输入方式：多级压缩机特性曲线有三种输入方式：l列表数据列表数据Tabular Datal多项式多项式Polynomialsl用户子程序用户子程序User Subroutinesn可以提供多张特性曲线表可以提供多张特性曲线表(Maps)，每张表又可，每张表又可以有多条特性曲线。多级压缩机的每一级可以有多以有多条特性曲线。多级压缩机的每一级可以有多个叶轮个叶轮(wheels)，可以为每个叶轮选用不同的特性，可以为每个叶轮选用不同的特性曲线表、叶轮直径和比例因子曲线表

25、、叶轮直径和比例因子(scaling factors)5.4 多级压缩机多级压缩机MCompr特性曲线（特性曲线（2）曲线曲线变量变量曲线表曲线表数量数量曲线曲线数量数量叶轮叶轮设定设定曲线曲线形式形式5.4 多级压缩机多级压缩机Mcompr结果查看结果查看结果查看结果查看n从数据浏览器的从数据浏览器的MCompr对象下选择对象下选择Results | Summary查看结果，结果显示出口压力、功率查看结果，结果显示出口压力、功率、级间冷却器负荷等。、级间冷却器负荷等。5.4 多级压缩机多级压缩机MCompr例题例题n物流的温度为物流的温度为100，压力为，压力为690kPa，组成如下，组成如

26、下表所示。使该物流通过一个二级等熵压缩机，压缩表所示。使该物流通过一个二级等熵压缩机，压缩机一级和二级之间的冷却器移出热量机一级和二级之间的冷却器移出热量30kW，压降，压降为为0。计算压缩机的总功率，物流经过一级压缩机。计算压缩机的总功率，物流经过一级压缩机后的温度，以及最终的出口温度各是多少？物性方后的温度，以及最终的出口温度各是多少？物性方法采用法采用PENG-ROB。组分组分缩写式缩写式流率，流率，kmol/hr甲烷甲烷C10.05乙烷乙烷C20.45丙烷丙烷C34.55正丁烷正丁烷NC48.60异丁烷异丁烷IC49.001,3-丁二烯丁二烯DC49.005.5 阀门阀门Valven阀

27、门阀门Valve模块用来调节流体流经管路时的压降。模块用来调节流体流经管路时的压降。n阀门阀门Valve模块假定流动过程绝热，并将阀门模块假定流动过程绝热，并将阀门的压降与流量系数关联起来，可确定阀门出口物的压降与流量系数关联起来，可确定阀门出口物流的热状态和相态。流的热状态和相态。5.5 阀门阀门Valve计算模型计算模型n阀门模型有三种应用方式（计算类型）阀门模型有三种应用方式（计算类型）l指定出口压力下的绝热闪蒸指定出口压力下的绝热闪蒸 Adiabatic flash for specified outlet pressurel计算指定出口压力下的阀门流量系数计算指定出口压力下的阀门流量

28、系数 Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressurel计算指定阀门的出口压力计算指定阀门的出口压力(核算方式核算方式) Calculate outlet pressure for specified valve5.5 阀门阀门Valve模块参数（模块参数（1）n运用核算方式时，需输入以下参数：运用核算方式时，需输入以下参数：l阀门类型阀门类型 (Valve type)截止阀截止阀 (Global)、球阀、球阀 (Ball)、蝶阀、蝶阀(Butterfly)l厂家厂家(Manufacturer)Neles-Jamesb

29、uryl系列系列/规格规格 (Series/Style)线性流量线性流量 (linear flow)、等百分比流量、等百分比流量 (equal percent flow)l尺寸尺寸 (Size)公称直径公称直径l阀门开度（阀门开度（Openning）5.5 阀门阀门Valve模块参数（模块参数（2）计算类型计算类型阀门开阀门开度规定度规定n规定计算类型及阀门开度规定计算类型及阀门开度5.5 阀门阀门Valve模块参数（模块参数（3）阀门阀门参数参数n选择阀门类型、厂家、系列选择阀门类型、厂家、系列/规格、尺寸规格、尺寸5.5 阀门阀门Valve模块参数（模块参数（4）n计算阀门小开度状态时计算

30、选项的设置很重要计算阀门小开度状态时计算选项的设置很重要l检查阻塞流动检查阻塞流动 Check for choked flowl计算空泡系数计算空泡系数 Calculate cavitation indexl设置最小出口压力等于阻塞压力设置最小出口压力等于阻塞压力Minimum outlet pressure:Set equal to choked outlet pressure5.5 阀门阀门Valve模块参数（模块参数（5）设置设置最小最小出口出口压力压力设置计设置计算选项算选项5.5 阀门阀门Valve结果查看结果查看n从数据浏览器的从数据浏览器的Valve对象下选择对象下选择Resul

31、ts | Summary查看结果，结果显示出口压力等参数查看结果，结果显示出口压力等参数结果结果查看查看5.5 阀门阀门Valve例题例题n水的温度为水的温度为25，压力为，压力为600kPa，流率为，流率为100m3/hr，流经一公称直径为，流经一公称直径为6英寸的截止阀英寸的截止阀。阀门的规格为。阀门的规格为V500系列的线性流量阀，开度系列的线性流量阀，开度为为30%。计算阀门的出口压力是多少？物性方。计算阀门的出口压力是多少？物性方法采用法采用STEAM-TA。5.6 管段管段Pipen管段管段Pipe计算等直径、等坡度的一段管道的压降计算等直径、等坡度的一段管道的压降和传热量。和传热

32、量。n已知入口压力，管段已知入口压力，管段Pipe可计算出口压力；可计算出口压力；n已知出口压力，管段已知出口压力，管段Pipe可计算入口压力并更新可计算入口压力并更新入口物流的参数。入口物流的参数。n管段参数（管段参数（Pipe parameters）长度（长度（Length）、直径（）、直径（Diameter）、高度（）、高度（Elevation）和粗糙度（）和粗糙度（Roughness）n传热规定（传热规定（Thermal Specification）恒温（恒温（Constant temperature）、线性温度分布（）、线性温度分布（Linear temperature profil

33、e）、绝热（）、绝热（Adiabatic）和热）和热衡算（衡算（Perform energy balance）n管件参数（管件参数（Fittings）连接形式（连接形式（Connection type）、管件数目（）、管件数目（Number of fittings）和其余当量长度（）和其余当量长度（Miscellaneous L/D）5.6 管段管段Pipe模块参数（模块参数（1）5.6 管段管段Pipe模块参数（模块参数（2）长度长度 直径直径 高度高度 粗糙度粗糙度 n管段参数（管段参数（Pipe parameters）5.6 管段管段Pipe传热规传热规定类型定类型能量平能量平衡参数衡参

34、数n传热规定（传热规定（Thermal Specification）5.6 管段管段Pipen管件参数（管件参数（Fittings）管件数目管件数目连接形式连接形式其余当量长度其余当量长度5.6 管段管段Pipe结果查看结果查看查看结果查看结果n从数据浏览器的从数据浏览器的Pipe对象下选择对象下选择Results | Summary查看结果，结果显示压降等参数。查看结果，结果显示压降等参数。n流率为流率为4000kg/hr，压力为，压力为600kPa的饱和水的饱和水蒸汽流经蒸汽流经 114 4的管道。管道长的管道。管道长25m，出口，出口比进口高比进口高6m，粗糙度为，粗糙度为0.05mm，传热系数，传热系数为为20W/m2 K。管道采用法兰连接，安装有闸。管道采用法兰连接，安装有闸阀阀1个，个，90 肘管肘管2个，环境温度为个，环境温度为