化工设计-7 流体输送设备工艺设计阀门

1、化工设计 任课教师：张宇第五章第五章 流体输送设备工艺设计流体输送设备工艺设计流体输送模型的分类流体输送模型的分类1. 泵泵Pump2. 压缩机压缩机Compr3. 多级压缩机多级压缩机MCompr4. 阀门阀门Valve5. 管道管道Pipe6. 管线管线Pipeline在在ASPEN Plus中流体输送单元归属压力改变器中流体输送单元归属压力改变器 (Pressure Changers)类别，共六种模型：类别，共六种模型：Valve 阀门模型阀门模型用来调节流体流经管路时的压降。用来调节流体流经管路时的压降。Valve 连接连接Valve 计算类型计算类型阀门模型有三种应用方式阀门模型有三

2、种应用方式(计算类型计算类型)1. 绝热闪蒸到指定出口压力绝热闪蒸到指定出口压力 Adiabatic flash for specified outlet pressure2. 对指定出口压力计算阀门流量系数对指定出口压力计算阀门流量系数 Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressure3. 对指定阀门计算出口压力对指定阀门计算出口压力(核算方式核算方式) Calculate outlet pressure for specified valveValve 阀门参数阀门参数阀门类型阀门类型 (Valve type)：截

3、止阀：截止阀 (Globe)、 球阀球阀 (Ball)、蝶阀、蝶阀(Butterfly)厂家厂家(Manufacturer)：Neles-Jamesbury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)尺寸尺寸 (Size)：公称直径：公称直径运用核算方式时，需输入以下参数：运用核算方式时，需输入以下参数：阀门流量特性阀门流量特性：阀门的流通能力：阀门的流通能力Kv的百分比与开度百分的百分比与开度百分比之间的关系。流量系数比之间的关系。流量系数Cv=1.167Kv。线性流量线

4、性流量：Kv%与开度与开度%之间成线性关系。之间成线性关系。 等百分比流量等百分比流量：Kv%与开度与开度%之间的比值等于开度之间的比值等于开度%。如一个阀门直径是如一个阀门直径是10mm，它的最大流量是，它的最大流量是10m3/h，线性流量阀：当阀门开度线性流量阀：当阀门开度20%时流量是时流量是2m3/h， 80%时流量是时流量是8m3/h；等百分比流量阀：当阀门开度等百分比流量阀：当阀门开度20%时流量为时流量为0.4m3/h (10*20%*20%)，80%时流量为时流量为6.4m3/h(10*80%*80%)。以及阀门开度以及阀门开度(Opening)：Valve 计算选项计算选项检

5、查阻塞流动检查阻塞流动 Check for choked flow计算空泡系数计算空泡系数 Calculate cavitation index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 pressure计算阀门小开度状态时计算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空泡系数空泡系数是两相混合物在任一流动截面内气相所占的总面积分额。是两相混合物在任一流动截面内气相所占的总面积分额。阻塞流阻塞流：不可压缩流体在流过阀门时所达到的最大流量状态。当阀入口压：不可压缩流

6、体在流过阀门时所达到的最大流量状态。当阀入口压力力p1保持一定，而逐步降低阀后压力保持一定，而逐步降低阀后压力p2时，流经阀的流量会增加到一个最时，流经阀的流量会增加到一个最大极限值，再继续降低大极限值，再继续降低p2，流量不再增加。此时的流动状态即为阻塞流。，流量不再增加。此时的流动状态即为阻塞流。Valve 结果查看结果查看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Results查看结果查看结果Valve 示例示例 1 水的温度为水的温度为 30 C，压强为，压强为 6 bar，流量为，流量为 150 m3/h ，流经一公称通径为，流经一公称通径为 8 英寸的截止阀。英寸的

7、截止阀。阀门的规格为阀门的规格为V500系列的线性流量阀，阀门系列的线性流量阀，阀门的开度为的开度为 20%。求：阀门出口的水压强是多少？求：阀门出口的水压强是多少？Pipe 管段模型管段模型管段模型计算等直径、等坡度的一段管段模型计算等直径、等坡度的一段管道的压降和传热量。管道的压降和传热量。管道参数表单：管道参数表单： Pipe parameters长度长度 Length直径直径 Diameter 内径内径/管道规格表管道规格表提升提升 Elevation 高度高度/上升角上升角粗糙度粗糙度 RoughnessPipe 管段参数管段参数热参数设定表单热参数设定表单 Thermal spec

8、ification 恒温恒温 Constant temperature 线性温度剖型线性温度剖型 Linear temperature profile 绝热绝热(零热负荷零热负荷) Adiabatic (zero duty) 热衡算热衡算 Perform energy balancePipe 热参数设定热参数设定管件参数表单管件参数表单 Fittings 连接方式：连接方式： Connection type 法兰连接法兰连接/焊接焊接 Flanged/Welded，螺纹连接，螺纹连接 Screwed 管件数量：管件数量： Number of fittings 闸阀闸阀 Gate valves，

9、蝶阀，蝶阀 Butterfly valves 90度肘管度肘管 Large 90 degree elbows， 直行三通直行三通 Straight tees，旁路三通，旁路三通 Branched tees 其余当量长度：其余当量长度： Miscellaneous L/DPipe 管件参数管件参数Pipe 结果查看结果查看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查看结果查看结果计算结果还包括流体状态沿管长的分布剖形计算结果还包括流体状态沿管长的分布剖形(Profiles)Pipe 示例示例 1 流量为流量为 5000 kg/h，压强为，压强为 7 bar的饱和水蒸的

10、饱和水蒸汽流经汽流经 108 4 mm的管道。管道长的管道。管道长 20 m，出口，出口比进口高比进口高 5 m，粗糙度为，粗糙度为 0.05 mm。管道采用。管道采用法兰连接，安装有闸阀法兰连接，安装有闸阀 1 个，个，90 肘管肘管 2 个。环个。环境温度为境温度为 20 C，传热系数为，传热系数为 20 W/m2 K。求：。求：出口处蒸汽的压强、温度和含水率，以及管道出口处蒸汽的压强、温度和含水率，以及管道的热损失各是多少？的热损失各是多少？Pipeline 管线模型管线模型管线模型计算由多段管道串联组成的一管线模型计算由多段管道串联组成的一条管线的压降。条管线的压降。在结构表单在结构表

11、单(Configuration)中输入以下参数中输入以下参数 计算方向计算方向 Calculation direction 管段几何管段几何 Segment geometry 热选项热选项 Thermal options 物性计算物性计算 Property calculations 流动基准流动基准 Pipeline flow basisPipeline 管线参数管线参数1连接状态表单：连接状态表单： Connectivity 在弹出的管段数据在弹出的管段数据(Segment data)对话框对话框中逐段输入每一管段的长度、角度、直径、中逐段输入每一管段的长度、角度、直径、粗糙度，或者节点坐标

12、粗糙度，或者节点坐标(Node coordinates)、直径、粗糙度。直径、粗糙度。Pipeline 管线参数管线参数2完成后的表单如下：完成后的表单如下：Pipeline 结果查看结果查看从数据浏览器的从数据浏览器的Pipeline对象下选择对象下选择Results查看结果查看结果Pipeline的的Profiles给出了每个节点处的结果给出了每个节点处的结果Pipeline 示例示例 1 流量为流量为 100 m3/h，温度为，温度为 50 C，压强为，压强为 5 bar的水流经的水流经 108 4mm 的管线。管线首先的管线。管线首先向东延伸向东延伸 5 m，再向北，再向北 5 m，再

13、向东，再向东 10 m，再向南再向南 5 m，然后升高，然后升高 10 m，再向东，再向东 5 m。管内壁粗糙度为管内壁粗糙度为 0.05 mm。 求：管线出口处的压强是多少？求：管线出口处的压强是多少？Design Specification 设计规定设计规定ASPEN Plus通常是根据我们输入的过程参数通常是根据我们输入的过程参数(如如进料流股和模型参数进料流股和模型参数)计算结果数据计算结果数据(如非进料流股和如非进料流股和设备状态数据设备状态数据)。进行过程设计时，常常希望确定某。进行过程设计时，常常希望确定某个过程参数的特定值从而使某个结果数据达到给定值。个过程参数的特定值从而使某

14、个结果数据达到给定值。对于这类应用需求，对于这类应用需求，ASPEN Plus提供了设计规定提供了设计规定(Design Spec)工具。设计规定从数据浏览器的左侧目工具。设计规定从数据浏览器的左侧目录栏中进入。录栏中进入。设计规定是流程选项设计规定是流程选项(Flowsheeting Options)下属的对象下属的对象1、从数据浏览器右侧的对象管理器、从数据浏览器右侧的对象管理器(Object Manager)中点中点击新建击新建(New)按钮；按钮；2、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号、在弹出对话框中为新对象指定一个辨识号(ID)；3、在定义、在定义(Define)表单中点击新建表单

15、中点击新建(New) 按钮，创建设计规按钮，创建设计规定对象所需的变量；定对象所需的变量；4、在弹出对话框中输入新变量的变量名、在弹出对话框中输入新变量的变量名(Variable name)；5、在变量定义、在变量定义(Variable Definition)对话框中的下拉式选择框对话框中的下拉式选择框中选择变量的类别中选择变量的类别(Category)、类型、类型(Type)、流股、流股(Stream)或模块或模块(Block)代号，并指定具体变量代号，并指定具体变量(Variable)。步骤步骤6：在规定：在规定(Spec)表单中输入规定表达式表单中输入规定表达式(Spec)、目、目标值标值(Target)和计算容差和计算容差(Tolerance)。步骤步骤7：在变化：在变化(Vary)表单中输入调节变量表单中输入调节变量(Manupulated variable)的类型、名称和具体变量的类型、名称和具体变量(variable),并并指定体调节上、下限指定体调节上、下限(Upper/Lower limits)。规定变量的实现情况可以从规定变量的实现情况可以从Design Spec对象的对象的Results表表单中查看单中查看调节变量的迭代过程则从相应的收敛对象调节变量的迭代过程则从相应的收敛对象(Convergence)