化工设计-ASPEN软件：第二讲压力变送

第二讲压力变送设备

PressureChangers压力变送设备类型Pump(泵)当需要或已知功率时改变物流压力Compr(压缩机)当需要或已知功率时改变物流压力MCompr(多级压缩机)通过级间带冷却器的各级改变物流压力。级间冷却器可以有液相凝出物流。Valve(阀)模拟通过阀的压降Pipe(管线)模拟通过一单管段的压降，恒定直径的管线，可包括管件。Pipeline(管线系统)模拟通过一条管线或环形空间，具有多段不同直径或标高的管线。压力变送设备类型泵的模型泵流程连接泵的输入规定规定内容Pump计算内容排出压力需要的功或对外做的功压力增加(泵)或降低(透平)需要的功或对外做的功压力比(出口压力比入口压力)需要的功或对外做的功需要的功(泵)或对外做的功(透平)排出压力特性曲线 所需（产）功率泵的输入规定Specifications泵的输入规定Specifications最简单的用法是指定出口压力(Dischargepressure)，并给定泵的水力学效率(PumpEfficiency)和驱动机效率(DriverEfficiency)，计算得到出口流体状态和所需的轴功率和驱动机电功率。泵的输入规定Specifications泵的输入规定Specifications运算结果制动马力泵的输入规定Specifications泵示例1一水泵将压强为1.5bar的水加压到6bar，水的温度为25

C，流量为100m3/h。泵的效率为0.68，驱动电机的效率为0.95。求：泵提供给流体的功率、泵所需要的轴功率、以及电机消耗的电功率各是多少？泵的净吸入压头(NPSH)

Net

Positive

Suction

Head根据安装和流动情况可以算出泵进口处的“有效净吸入压头”

NPSHA

NetPositiveSuctionHeadAvailable设计泵的安装位置时，应核算“必需的净吸入压头”

NPSHR

NetPositiveSuctionHeadRequired泵的净吸入压头(NPSH)

Net

Positive

Suction

HeadNPSHR≈10－Hs其中：Hs为允许吸上真空高度泵的净吸入压头(NPSH)

Net

Positive

Suction

Head实际使用中，选择的泵应满足

NPSHA≧1.3NPSHR有关NPSH的详细内容可参见相关手册泵的特性曲线使用泵特性曲线(Performancecurve)。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列表输入是常用的方式泵的特性曲线特性曲线泵的特性曲线列表数据特性与物流变量泵的特性曲线要使用特性曲线，规定下述两者之一：1有量纲曲线，压头对流率曲线或功率对流率曲线（上述常用方法）2无量纲曲线，压头系数对流通系数曲线。泵的特性曲线压头压头系数出口压力进出口压力比进出口压力变化值泵的特性曲线压头系数流通系数泵的特性曲线泵的特性曲线然后选择特性曲线的数目，有三个选项：1、操作转速下的单根曲线

Singlecueveatoperatingspeed；2、参考转速下的单根曲线

Singlecurveatreferencespeed；3、不同转速下的多条曲线

Mutiplecurvesatdifferentspeeds.泵的特性曲线特性曲线的三选项泵的特性曲线在CurveData表单中输入具体数据：1、特性曲线变量的单位

Unitsofcurvevariables；2、每根曲线特性数据表如Headvs.flowtables；3、每根曲线的对应转速

Curvespeeds；泵的特性曲线压头和流量单位压头与流量关系数据当选择多条曲线时此复选框有效泵的特性曲线在Efficiencies表单输入效率数据：泵的特性曲线

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：泵的特性曲线在NPSHR表单中输入NPSHR数据泵的特性曲线在Block对象下选择Results查看结果泵示例2一离心泵输送流量为100m3/hr的水，水的压强为1.5bar，温度为25

C。泵的特性曲线如下：流量（m3/hr）70.090.0109.0120.0扬程（m）59.054.247.843.0效率（%）64.569.069.066.0求：泵的出口压力、提供给流体的功率、泵所需要的轴功率各是多少？Compr

压缩机/透平机Compr可用于模拟下列设备多变离心压缩机多变正位移压缩机等熵压缩机等熵透平机当要求或已知有关能量信息如功率时用Compr

可以改变物流压力压缩机流程连接Compr压缩机/透平机标准等熵模型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PositivedisplacementusingpiecewiseintegrationCompr

模块提供八种计算模型：

模拟多变压缩机用GPSA

或ASME

方法都可以。模拟等熵压缩机/透平可以用GPSA，ASME或Mollier-based方法。GPSA(GasProcessorsSuppliersAssociation气体加工和供应者协会)ASME(AmericanSocietyofMechanicalEngineers美国机械工程师协会)Compr压缩机/透平机Compr压缩机/透平机GPSA

方法可基于下列条件之一吸入条件吸入平均值和排放条件对于多变压缩机或等熵压缩机的计算，ASME

方法要比GPSA

方法严格得多。对于等熵压缩机Mollier

方法是最严格的方法。Compr压缩机/透平机Compr

压缩机/透平机

Compr

模型规定有五选项：指定模型参数 计算结果参数排出压力 所需（产）功率压力增量 所需（产）功率进出口压力比率 所需（产）功率制动马力 排出压力特性曲线 所需（产）功率Compr压缩机/透平机5项规定

Compr

模型的三种效率：1、等熵效率 IsentropicEfficiency

对于压缩机

对于汽轮机其中

h：摩尔焓

hsout

：假定等熵压缩机或膨胀机达到了规定的出口压力膨胀率时出口摩尔焓

Compr

模型的三种效率：2、多变效率 PolytropicEfficiency

Compr模型的三种效率：3、机械效率 MechanicalEfficiency

压缩机ηm=IHP/BHP=(对气体做功)/(轴功)

汽轮机ηm=(轴功)/(对气体做功)

其中

IHP=F▽hIHP：指示的马力F：摩尔流率

▽h：每摩尔的焓变化BHP：轴功

Compr

模型的三种效率：三种效率特性曲线有四种输入方式：Compr的特性曲线列表数据 TabularData多项式 Polynomials扩展多项式 ExtendedPolynomials用户子程序 UserSubroutines最常用的还是列表数据特性曲线有四种输入方式：

Compr的计算结果制动马力或轴功Compr示例1一压缩机将压强为1.1bar的空气加压到3.3bar，空气的温度为25

C，流量为1000m3/h。压缩机的多变效率为0.71，驱动机构的机械效率为0.97。求：压缩机所需要的轴功率、驱动机的功率以及空气的出口温度和体积流量各是多少？Compr示例2一汽轮机用压强为35bar、温度为435

C的过热水蒸汽为工作介质，汽轮机的背压为10bar，蒸汽的流量为10000kg/h。汽轮机的等熵效率为0.8，驱动机构的机械效率为0.98。求：汽轮机所提供的机械功率以及蒸汽的出口温度和体积流量各是多少？MCompr

可以模拟多级多变压缩机多级正位移压缩机等熵压缩机等熵透平MCompr

压缩机/透平机MCompr

模型的外部连接图如下：MCompr

在每个压缩级之间有一台中间冷却器。一个接在最后压缩级之后的后冷却器是可选的。冷却器可以有液体凝出物流，在级间可以引入进料物流，对压缩段和冷却段有各种规定选项可供使用Compr

压缩机/透平机MCompr模型的内部连接图如下：MCompr

模型的外部连接MCompr的模型参数

MCompr

的模型参数有级数(Numberofstages)

指定压缩机的级数。压缩机模型(Compressormodel)

有六种计算模型供选用。设定方式(Specificationtype)

指定压缩机的工作方式。MCompr的模型参数设定方式与Compr模块有所不同：指定末级排出压力

(Fixdischargepressurefromlaststage)指定每级排出条件

(Fixdischargeconditionfromeachstage)用特性曲线确定排出条件

(Useperformancecurvestodeterminedischargeconditions)

MCompr的模型参数级数计算模型设定参数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 UserSubroutinesMCompr的特性曲线MCompr的特性曲线

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)MCompr的特性曲线MCompr的特性曲线Valve

——

阀门模型阀门模型用来调节流体流经管路时的压降。Valve

——

阀门模型

阀门模型有三种计算类型

1绝热闪蒸到指定的出口压力(PressureChange)Adiabaticflashforspecifiedoutletpressure2.对指定的出口压力计算阀门流量系数(design)Calculatevalveflowcoefficientforspecified

outletpressure3.对指定的阀门计算出口压力(核算方式rating)

CalculateoutletpressureforspecifiedvalveValve

——

阀门模型Valve

——

阀门模型对于绝热闪蒸，只要输入要求的出口压力即可Valve

——

阀门模型对于阀门的设计计算，也只要输入规定的出口压力和阀参数Valve

——

阀门模型而对于给定的阀门欲进行核算，需输入以下参数阀门类型(Valvetype)：截止阀(Globe)、球阀(Ball)、蝶阀(Butterfly)厂家(Manufacturer)：Neles-Jamesbury(耐莱斯﹣詹姆斯伯雷)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（nominalDiameter）开度%（Opening）Valve

——

阀门模型

对阀门进行核算开度Valve

——

阀门模型Valve

——

阀门模型阀门参数（ValveParameters）说明Xt：压降比例因子。计算当流体通过阀门时，阀门的内部几何尺寸对流体密度的影响。Fi：压力补偿因子。计算当流体在节流状态下阀门的内部几何尺寸对液体流动能力的影响Cv：阀门流通系数。用来度量阀的流通能力。阀门流通系数是这样定义的，水60°F流过阀门能产生1psi压降的流率。该流率的单位是USgallons/minute。Valve

——

阀门模型计算阀门小开度状态时计算选项的设置检查阻塞流动Checkforchokedflow计算空泡（气穴）指数Calculatecavitationindex设置最小出口压力等于阻塞压力

Minimumoutletpressure:SetequaltochokedoutletpressureValve

——

阀门模型阀门计算示例1

水的温度为30

C，压强为6bar，流量为150m3/h，流经一公称通径为8英寸的截止阀。阀门的规格为V500系列的线性流量阀，阀门的开度为20%。求：阀门出口的水压强是多少？管段模型Pipe

管段Pipe模型是计算等直径、等坡度的一段管道的压降和传热量。Pipe

模型能处理一个单一的入口和出口物流，该模型假定流率是一维的、稳态的、且是均匀的，即不模拟入口的影响。Pipe

模型可以处理一相两相或三相的计算。流动方向可以是水平的或者是有斜角度的管段模型Pipe如果已知入口压力，Pipe模型能计算出口压力。如果已知出口压力，Pipe模型会计算入口压力并更新入口物流的状态变量。管段模型Pipe

管道参数Pipeparameters输入：长度Length直径Diameter

内径/管道规格表提升

Elevation

高度/上升角粗糙度Roughness管段模型Pipe

管道参数Pipeparameters输入：腐蚀速度系数管道参数Pipeparameters输入：热参数设定：Thermalspecification

恒温

Constanttemperature

线性温度图线

Lineartemperatureprofile

绝热（零热负荷）

Adiabatic(zeroduty)

热衡算

Performenergybalance管道参数Pipeparameters输入：恒定的热流管件Fittings参数输入

连接方式

Connectiontype：

法兰连接/焊接

Flanged/Welded，螺纹连接Screwed

管件数量：

Numberoffittings

闸阀

Gatevalves，蝶阀

Butterflyvalves90度肘管

Large90degreeelbows，

直行三通

Straighttees，旁路三通

Branchedtees

其余当量长度：MiscellaneousL/D管件Fittings参数输入当量长度法兰螺纹管件Fittings参数输入（2006版新增）其它阻力当量因子K管件Fittings参数输入（2006版新增）管道扩张管道收缩孔板选择Results查看结果

提升高度压降摩擦压降当量长度

流量为5000kg/h，压强为7bar的饱和水蒸汽流经

108

4的管道。管道长20m，出口比进口高5m，粗糙度为0.05mm。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20

C，传热系数为20W/m2

K。求：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？Pipe计算示例1管线压降PipelinePipeline

可进行如下计算：用序贯模块模拟管网包括油井和输油线在每个模块中包含任何数量的段，以描述管子的几何尺寸计算入口或排放条件计算一相两相或三相气体及液体物流的压降。在计算压降和液体滞留量时Pipeline

将多液相如油相和水相作为单一均匀的液相来处理，如果存在气-液流动，Pipeline就会计算液体滞留量和流动状态流动型式。管线压降Pipeline管线Pipeline的输入规定在结构表单(Configuration)中输入以下参数计算方向Calculationdirection

管段几何Segmentgeometry

热选项Thermaloptions

物性计算Propertycalculations

流动基准Pipelineflowbasis管线Pipeline的输入规定连接状态Connectivity表单参数输入

在弹出的管段数据(Segmentdata)对话框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(Nodecoordinates)、直径、粗糙度。Connectivity数据输入环形通道外管内径Pipeline

示例1

流量为100m3/h，温度为50

C，压强为5bar的水流经

108

4的管线。管线首先向东延伸5m，再向北5m，再向东10m，再向南5m，然后升高10m，再向东5m。管内壁粗糙度为0.05mm。求：管线出口处的压强是多少？AspenPlus是根据我们输入的过程参数(如进料流股和模型参数)计算结果数据(如非进料流股和设备状态数据)。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。对于这类应用需求，ASP