第5章流体输送单元模拟

第5章流体输送单元模拟目录5.1概述5.2泵Pump5.3压缩机Compr5.4多级压缩机Mcompr5.5阀门Valve5.6管段Pipe5.7管线系统Pipeline5.1概述AspenPlus提供6种流体输送单元模块（PressureChangers）模块说明功能适用对象Pump泵或水轮机当已知压力、功率或特性曲线时，改变物流压力泵和水轮机Compr压缩机或涡轮机当已知压力、功率或特性曲线时，改变物流压力多变压缩机、多变正排量压缩机、等熵压缩机和等熵涡轮机MCompr多级压缩机或涡轮机通过级间带有中间冷却器的多级压缩改变物流压力，可以从中间冷却器采出液相物流多级多变压缩机、多级多变正排量压缩机、多级等熵压缩机和多级等熵涡轮机Valve阀门确定压降或阀系数球阀、截止阀和蝶阀中的多相绝热流动Pipe单管段计算通过单管段或环形空间的压降或传热量恒定直径的管线Pipeline多段管线计算通过多段管线或环形空间的压降或传热量具有多段不同直径或标高的管线5.2泵PumpPump模块用于模拟两种设备泵（Pump）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。水轮机（Turbine）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。PUMP可以模拟实际生产中输送流体的各种泵，主要用来计算将流体压力提升到一定值时所需的功率。该模块一般用来处理单液相，对于特殊情况，也可以进行两相或者三相计算。5.2泵Pump——连接泵Pump连接示意图组分缩写式流率，kmol/hr甲烷C10.05乙烷C20.45丙烷C34.55正丁烷NC48.60异丁烷IC49.001,3-丁二烯DC49.005.2泵Pump——例题1一泵将压力为170kPa的物流加压到690kPa，进料的温度为-10℃，摩尔流率及组成如下表所示。泵的效率为80%，电动机的效率为100%。计算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PENG-ROB。输入参数输出结果出口压力（Dischargepressure）所需功率（Fluidpower/Brakepower）压力增量（Pressureincrease）所需功率（Fluidpower/Brakepower）压力比率（Pressureratio）所需功率（Fluidpower/Brakepower）指定功率（Powerrequired）出口压力（Dischargepressure）特性曲线（Useperformancecurvetodeterminedischargeconditions）所需功率（Fluidpower/Brakepower）5.2泵Pump——模块参数（1）泵Pump模块有5种计算形式出口压力、泵的水力学效率和驱动机效率常用参数指定：5.2泵Pump——模块参数（2）指定模型指定参数指定效率5.2泵Pump——例题2流率，m3/hr201053扬程，m40250300400一泵输送流率为100kmol/hr的苯，苯的压力为100kPa，温度为40℃。泵的效率是60%，电动机的效率是90%，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率各是多少？物性方法采用RK-SOAVE。特性曲线有三种输入方式：5.2泵Pump——特性曲线（1）列表数据

TabularData多项式

Polynomials用户子程序

UserSubroutines操作转速下的单根曲线

Singlecurveatoperatingspeed；参考转速下的单根曲线

Singlecurveatreferencespeed；不同转速下的多条曲线

Multiplecurvesatdifferentspeeds.特性曲线的数目，有三个选项：5.2泵Pump——特性曲线（2）选择曲线形式设定特性曲线变量选择曲线数目在CurveData页面中输入特性曲线数据：5.2泵Pump——特性曲线（3）特性曲线变量的单位Unitsofcurvevariables每根曲线特性数据表如Headvs.flowtables每根曲线的对应转速Curvespeeds5.2泵Pump——特性曲线（4）曲线变量单位曲线对应转速输入流量—扬程数据5.2泵Pump——特性曲线（5）在Efficiencies页面中输入效率数据：输入流量—效率数据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：5.2泵Pump——特性曲线（6）规定操作转速5.2泵Pump——特性曲线（7）用多项式表示特性曲线：设定特性曲线变量输入多项式系数5.2泵Pump——NPSHR（1）汽蚀余量又叫净正吸头NPSH，是表示汽蚀性能的主要参数。其中：Hs

为允许吸上真空度设计泵的安装位置时，应核算“必需汽蚀余量”NPSHR——NetPositiveSuctionHeadRequired在NPSHR页面输入NPSHR数据5.2泵Pump——NPSHR（2）5.2泵Pump——NPSHR（3）根据安装和流动情况可以算出泵进口处的“有效汽蚀余量”NPSHA——

NetPositiveSuctionHeadAvailable在实际使用条件下，选择的泵应该满足：5.2泵Pump——结果查看结果查看从数据浏览器的Pump对象下选择Results|Summary，查看结果，结果中显示流体功率、轴功率、电功率等参数。5.3压缩机ComprCompr模型用于模拟四种单元设备多变离心压缩机PolytropicCentrifugalCompressor多变正排量压缩机PolytropicPositiveDisplacementCompressor等熵压缩机IsentropicCompressor等熵汽轮机IsentropicTurbine压缩机可以进行单相、两相和三相计算。5.3压缩机Compr——连接压缩机是将机械能转变为气体能量，用以给气体增压或输送的机械。按增压程度由低到高又可以分为通风机、鼓风机和压缩机。5.3压缩机Compr——连接Compr模型的连接图如下：Compr模块模拟压缩机时提供8种计算模型：5.3压缩机Compr——计算模型（1）等熵模型IsentropicASME等熵模型IsentropicusingASMEmethodGPSA等熵模型IsentropicusingGPSAmethodASME多变模型PolytropicusingASMEmethodGPSA多变模型PolytropicusingGPSAmethod分片积分多变模型Polytropicusingpiecewiseintegration正排量模型Positivedisplacement分片积分正排量模型Positivedisplacementusingpiecewiseintegration5.3压缩机Compr——计算模型（2）Compr模块模拟压缩机时提供8种计算模型：5.3压缩机Compr——计算模型（3）Compr模块模拟涡轮机时仅有1种计算模型：等熵模型Isentropic输入参数输出结果出口压力（Dischargepressure）所需功率（Fluidpower/Brakepower）压力增量（Pressureincrease）所需功率（Fluidpower/Brakepower）压力比率（Pressureratio）所需功率（Fluidpower/Brakepower）指定功率（Powerrequired）出口压力（Dischargepressure）特性曲线（Useperformancecurvetodeterminedischargeconditions）所需功率（Fluidpower/Brakepower）5.3压缩机Compr——模块参数（1）压缩机Compr模块有5种计算形式出口压力+指定效率常用参数指定：物流的温度为100℃，压力为690kPa，组成下表所示。现用多变压缩机将该物流压缩至3450kPa，压缩机的多变效率为100%，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温度和体积流率各是多少？物性方法采用PENG-ROB。5.3压缩机Compr——例题组分缩写式流率，kmol/hr甲烷C10.05乙烷C20.45丙烷C34.55正丁烷NC48.60异丁烷IC49.001,3-丁二烯DC49.005.3压缩机Compr——模块参数（2）选择类型规定出口条件规定效率等熵效率多变效率机械效率5.3压缩机Compr——特性曲线（1）特性曲线有4种输入方式：列表数据

TabularData多项式

Polynomials扩展多项式ExtendedPolynomials用户子程序

UserSubroutines操作转速下的单根曲线

Singlecurveatoperatingspeed参考转速下的单根曲线

Singlecurveatreferencespeed不同转速下的多条曲线

Multiplecurvesatdifferentspeeds特性曲线的数目，有三个选项：5.3压缩机Compr——特性曲线（2）曲线形式曲线变量曲线数量其他选项5.3压缩机Compr——特性曲线（3）5.3压缩机Compr——结果查看从数据浏览器的Compr对象下选择Results|Summary查看结果，结果显示轴功率、出口压力、出口温度等参数。结果查看5.4多级压缩机MCompr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。在冷却器中可以进行单相、两相或三相闪蒸计算。除了最后一级的后冷却器外，每个冷却器都有一个液相凝出物流。多级压缩机一般用来处理单一的可压缩相态，某些特殊情况，也可以进行两相或三相计算。5.4多级压缩机Mcompr——连接（1）MCompr模型的外部连接图如下：5.4多级压缩机Mcompr——连接（2）MCompr模型的内部连接图如下：5.4多级压缩机Mcompr——计算模型多级压缩机MCompr模块用于模拟四种单元设备多级多变压缩机Multi-stagePolytropicCompressor多级多变正排量压缩机Multi-stagePolytropicPositiveDisplacementCompressor多级等熵压缩机Multi-stageIsentropicCompressor多级等熵涡轮机Multi-stageIsentropicTurbine5.4多级压缩机Mcompr——模块参数（1）MCompr的模型参数级数Numberofstages

指定压缩机的级数压缩机模型Compressormodel

有6种计算模型供选用计算模型英文对照

等熵模型IsentropicASME等熵模型IsentropicusingASMEmethodGPSA等熵模型IsentropicusingGPSAmethodASME多变模型PolytropicusingASMEmethodGPSA多变模型PolytropicusingGPSAmethod正排量模型Positivedisplacement5.4压缩机Compr——模块参数（2）设定方式(Specificationtype)

指定压缩机的工作方式，与压缩机Compr模块有所不同设定方式英文对照固定最后一级出口压力Fixdischargepressurefromlaststage固定每级出口条件Fixdischargeconditionsfromeachstage用特性曲线确定出口条件UseperformancecurvestodeterminedischargeconditionsMCompr的模型参数5.4多级压缩机MCompr——例题物流的温度为100℃，压力为690kPa，组成如下表所示。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30kW，压降为0。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？物性方法采用PENG-ROB。组分缩写式流率，kmol/hr甲烷C10.05乙烷C20.45丙烷C34.55正丁烷NC48.60异丁烷IC49.001,3-丁二烯DC49.005.4多级压缩机Mcompr——模块参数（3）规定级数指定类型工作方式5.4多级压缩机Mcompr——模块参数（3）物流定义

在Material页面定义物流规定进料物流规定产品物流5.4多级压缩机MCompr——模块参数（4）规定级间参数

在Spec页面定义级间参数：效率、温度等5.4多级压缩机MCompr——模块参数（5）冷却器设定

在Cooler页面定义中间冷却器参数：冷却器负荷、冷却器温度等5.4多级压缩机Mcompr——特性曲线（1）多级压缩机特性曲线有三种输入方式：列表数据

TabularData多项式

Polynomials用户子程序

UserSubroutines可以提供多张特性曲线表(Maps)，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个叶轮(wheels)，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(scalingfactors)5.4多级压缩机MCompr——特性曲线（2）曲线变量曲线表数量曲线数量叶轮设定曲线形式5.4多级压缩机Mcompr——结果查看结果查看从数据浏览器的MCompr对象下选择Results|Summary查看结果，结果显示出口压力、功率、级间冷却器负荷等。5.5阀门Valve阀门Valve模块用来调节流体流经管路时的压降。阀门Valve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，可确定阀门出口物流的热状态和相态。5.5阀门Valve——计算模型阀门模型有三种应用方式（计算类型）指定出口压力下的绝热闪蒸

Adiabaticflashforspecifiedoutletpressure计算指定出口压力下的阀门流量系数

Calculatevalveflowcoefficientforspecifiedoutletpressure计算指定阀门的出口压力(核算方式)Calculateoutletpressureforspecifiedvalve5.5阀门Valve——例题水的温度为25℃，压力为600kPa，流率为100m3/hr，流经一公称直径为6英寸的截止阀。阀门的规格为V500系列的线性流量阀，开度为30%。计算阀门的出口压力是多少？物性方法采用STEAM-TA。5.5阀门Valve——模块参数（1）运用核算方式时，即计算指定阀门的出口压力时，需输入以下参数：阀门类型(Valvetype)截止阀(Global)、球阀(Ball)、蝶阀(Butterfly)厂家(Manufacturer)Neles-Jamesbury系列/规格(Series/Style)线性流量(linearflow)、等百分比流量(equalpercentflow)尺寸(Size)公称直径阀门开度（Openning）5.5阀门Valve——模块参数（2）计算类型阀门开度规定规定计算类型及阀门开度5.5阀门Valve——模块参数（3）阀门参数选择阀门类型、厂家、系列/规格、尺寸5.5阀门Valve——模块参数（4）计算阀门小开度状态时计算选项的设置很重要检查阻塞流动

Checkforchokedflow计算空泡系数

Calculatecavitationindex设置最小出口压力等于阻塞压力Minimumoutletpressure:Setequaltochokedoutletpressure5.5阀门Valve——模块参数（5）设置最小出口压力设置计算选项5.5阀门Valve——结果查看从数据浏览器的Valve对象下选择Results|Summary查看结果，结果显示出口压力等参数结果查看5.6管段Pipe管段Pipe计算等直径、等坡度的一段管道的压降和传热量。已知入口压力，管段Pipe可计算出口压力；已知出口压力，管段Pipe可计算入口压力并更新入口物流的参数。流率为4000kg/hr，压力为600kPa的饱和水蒸汽流经

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4的管道。管道长25m，出口比进口高6m，粗糙度为0.05mm，传热系数为20W/m2

K。管道采用法兰连接，安装有闸阀1个，90

肘管2个，环境温度为22℃。计算出口蒸汽的压力、温度以及管道的热损失各是多少？物性方法采用STEAM-TA。5.6管段Pipe——例题管段参数（Pipeparameters）长度（Length）、直径（Diameter）、高度（Elevation）和粗糙度（Roughness）传热规定（ThermalSpecification）恒温（Constanttemperature）、线性温度分布（Lineartemperatureprofile）、绝热（Adiabatic）和热衡算（Performenergybalance）管件参数（Fittings）连接形式（Connectiontype）、管件数目（Numberoffittings）和其余当量长度（MiscellaneousL/D）5.6管段Pipe——模块参数（1）5.6管段Pipe——模块参数（2）长度

直径

高度

粗糙度

管段参数（Pipeparameters）5.6管段Pipe传热规定类型能量平衡参数传热规定（ThermalSpecific