化工設(shè)計(jì)-7 流體輸送設(shè)備工藝設(shè)計(jì)閥門(mén)

1、化工設(shè)計(jì) 任課教師：張宇第五章第五章 流體輸送設(shè)備工藝設(shè)計(jì)流體輸送設(shè)備工藝設(shè)計(jì)流體輸送模型的分類流體輸送模型的分類1. 泵泵Pump2. 壓縮機(jī)壓縮機(jī)Compr3. 多級(jí)壓縮機(jī)多級(jí)壓縮機(jī)MCompr4. 閥門(mén)閥門(mén)Valve5. 管道管道Pipe6. 管線管線Pipeline在在ASPEN Plus中流體輸送單元?dú)w屬壓力改變器中流體輸送單元?dú)w屬壓力改變器 (Pressure Changers)類別，共六種模型：類別，共六種模型：Valve 閥門(mén)模型閥門(mén)模型用來(lái)調(diào)節(jié)流體流經(jīng)管路時(shí)的壓降。用來(lái)調(diào)節(jié)流體流經(jīng)管路時(shí)的壓降。Valve 連接連接Valve 計(jì)算類型計(jì)算類型閥門(mén)模型有三種應(yīng)用方式閥門(mén)模型有三

2、種應(yīng)用方式(計(jì)算類型計(jì)算類型)1. 絕熱閃蒸到指定出口壓力絕熱閃蒸到指定出口壓力 Adiabatic flash for specified outlet pressure2. 對(duì)指定出口壓力計(jì)算閥門(mén)流量系數(shù)對(duì)指定出口壓力計(jì)算閥門(mén)流量系數(shù) Calculate valve flow coefficient for specified outlet pressure3. 對(duì)指定閥門(mén)計(jì)算出口壓力對(duì)指定閥門(mén)計(jì)算出口壓力(核算方式核算方式) Calculate outlet pressure for specified valveValve 閥門(mén)參數(shù)閥門(mén)參數(shù)閥門(mén)類型閥門(mén)類型 (Valve type)：截

3、止閥：截止閥 (Globe)、 球閥球閥 (Ball)、蝶閥、蝶閥(Butterfly)廠家廠家(Manufacturer)：Neles-Jamesbury系列系列/規(guī)格規(guī)格 (Series/Style): 線性流量線性流量 (linear flow)、等百分比流量、等百分比流量 (equal percent flow)尺寸尺寸 (Size)：公稱直徑：公稱直徑運(yùn)用核算方式時(shí)，需輸入以下參數(shù)：運(yùn)用核算方式時(shí)，需輸入以下參數(shù)：閥門(mén)流量特性閥門(mén)流量特性：閥門(mén)的流通能力：閥門(mén)的流通能力Kv的百分比與開(kāi)度百分的百分比與開(kāi)度百分比之間的關(guān)系。流量系數(shù)比之間的關(guān)系。流量系數(shù)Cv=1.167Kv。線性流量線

4、性流量：Kv%與開(kāi)度與開(kāi)度%之間成線性關(guān)系。之間成線性關(guān)系。 等百分比流量等百分比流量：Kv%與開(kāi)度與開(kāi)度%之間的比值等于開(kāi)度之間的比值等于開(kāi)度%。如一個(gè)閥門(mén)直徑是如一個(gè)閥門(mén)直徑是10mm，它的最大流量是，它的最大流量是10m3/h，線性流量閥：當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度線性流量閥：當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度20%時(shí)流量是時(shí)流量是2m3/h， 80%時(shí)流量是時(shí)流量是8m3/h；等百分比流量閥：當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度等百分比流量閥：當(dāng)閥門(mén)開(kāi)度20%時(shí)流量為時(shí)流量為0.4m3/h (10*20%*20%)，80%時(shí)流量為時(shí)流量為6.4m3/h(10*80%*80%)。以及閥門(mén)開(kāi)度以及閥門(mén)開(kāi)度(Opening)：Valve 計(jì)算選項(xiàng)計(jì)算選項(xiàng)檢

5、查阻塞流動(dòng)檢查阻塞流動(dòng) Check for choked flow計(jì)算空泡系數(shù)計(jì)算空泡系數(shù) Calculate cavitation index設(shè)置最小出口壓力等于阻塞壓力設(shè)置最小出口壓力等于阻塞壓力 Minimum outlet pressure: Set equal to choked outlet pressure計(jì)算閥門(mén)小開(kāi)度狀態(tài)時(shí)計(jì)算選項(xiàng)的設(shè)置很重要計(jì)算閥門(mén)小開(kāi)度狀態(tài)時(shí)計(jì)算選項(xiàng)的設(shè)置很重要空泡系數(shù)空泡系數(shù)是兩相混合物在任一流動(dòng)截面內(nèi)氣相所占的總面積分額。是兩相混合物在任一流動(dòng)截面內(nèi)氣相所占的總面積分額。阻塞流阻塞流：不可壓縮流體在流過(guò)閥門(mén)時(shí)所達(dá)到的最大流量狀態(tài)。當(dāng)閥入口壓：不可壓縮流

6、體在流過(guò)閥門(mén)時(shí)所達(dá)到的最大流量狀態(tài)。當(dāng)閥入口壓力力p1保持一定，而逐步降低閥后壓力保持一定，而逐步降低閥后壓力p2時(shí)，流經(jīng)閥的流量會(huì)增加到一個(gè)最時(shí)，流經(jīng)閥的流量會(huì)增加到一個(gè)最大極限值，再繼續(xù)降低大極限值，再繼續(xù)降低p2，流量不再增加。此時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)即為阻塞流。，流量不再增加。此時(shí)的流動(dòng)狀態(tài)即為阻塞流。Valve 結(jié)果查看結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的從數(shù)據(jù)瀏覽器的Valve對(duì)象下選擇對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果查看結(jié)果Valve 示例示例 1 水的溫度為水的溫度為 30 C，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為 6 bar，流量為，流量為 150 m3/h ，流經(jīng)一公稱通徑為，流經(jīng)一公稱通徑為 8 英寸的截止閥。英寸的

7、截止閥。閥門(mén)的規(guī)格為閥門(mén)的規(guī)格為V500系列的線性流量閥，閥門(mén)系列的線性流量閥，閥門(mén)的開(kāi)度為的開(kāi)度為 20%。求：閥門(mén)出口的水壓強(qiáng)是多少？求：閥門(mén)出口的水壓強(qiáng)是多少？Pipe 管段模型管段模型管段模型計(jì)算等直徑、等坡度的一段管段模型計(jì)算等直徑、等坡度的一段管道的壓降和傳熱量。管道的壓降和傳熱量。管道參數(shù)表單：管道參數(shù)表單： Pipe parameters長(zhǎng)度長(zhǎng)度 Length直徑直徑 Diameter 內(nèi)徑內(nèi)徑/管道規(guī)格表管道規(guī)格表提升提升 Elevation 高度高度/上升角上升角粗糙度粗糙度 RoughnessPipe 管段參數(shù)管段參數(shù)熱參數(shù)設(shè)定表單熱參數(shù)設(shè)定表單 Thermal spec

8、ification 恒溫恒溫 Constant temperature 線性溫度剖型線性溫度剖型 Linear temperature profile 絕熱絕熱(零熱負(fù)荷零熱負(fù)荷) Adiabatic (zero duty) 熱衡算熱衡算 Perform energy balancePipe 熱參數(shù)設(shè)定熱參數(shù)設(shè)定管件參數(shù)表單管件參數(shù)表單 Fittings 連接方式：連接方式： Connection type 法蘭連接法蘭連接/焊接焊接 Flanged/Welded，螺紋連接，螺紋連接 Screwed 管件數(shù)量：管件數(shù)量： Number of fittings 閘閥閘閥 Gate valves，

9、蝶閥，蝶閥 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 其余當(dāng)量長(zhǎng)度：其余當(dāng)量長(zhǎng)度： Miscellaneous L/DPipe 管件參數(shù)管件參數(shù)Pipe 結(jié)果查看結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pipe對(duì)象下選擇對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果查看結(jié)果計(jì)算結(jié)果還包括流體狀態(tài)沿管長(zhǎng)的分布剖形計(jì)算結(jié)果還包括流體狀態(tài)沿管長(zhǎng)的分布剖形(Profiles)Pipe 示例示例 1 流量為流量為 5000 kg/h，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為 7 bar的飽和水蒸的

10、飽和水蒸汽流經(jīng)汽流經(jīng) 108 4 mm的管道。管道長(zhǎng)的管道。管道長(zhǎng) 20 m，出口，出口比進(jìn)口高比進(jìn)口高 5 m，粗糙度為，粗糙度為 0.05 mm。管道采用。管道采用法蘭連接，安裝有閘閥法蘭連接，安裝有閘閥 1 個(gè)，個(gè)，90 肘管肘管 2 個(gè)。環(huán)個(gè)。環(huán)境溫度為境溫度為 20 C，傳熱系數(shù)為，傳熱系數(shù)為 20 W/m2 K。求：。求：出口處蒸汽的壓強(qiáng)、溫度和含水率，以及管道出口處蒸汽的壓強(qiáng)、溫度和含水率，以及管道的熱損失各是多少？的熱損失各是多少？Pipeline 管線模型管線模型管線模型計(jì)算由多段管道串聯(lián)組成的一管線模型計(jì)算由多段管道串聯(lián)組成的一條管線的壓降。條管線的壓降。在結(jié)構(gòu)表單在結(jié)構(gòu)表

11、單(Configuration)中輸入以下參數(shù)中輸入以下參數(shù) 計(jì)算方向計(jì)算方向 Calculation direction 管段幾何管段幾何 Segment geometry 熱選項(xiàng)熱選項(xiàng) Thermal options 物性計(jì)算物性計(jì)算 Property calculations 流動(dòng)基準(zhǔn)流動(dòng)基準(zhǔn) Pipeline flow basisPipeline 管線參數(shù)管線參數(shù)1連接狀態(tài)表單：連接狀態(tài)表單： Connectivity 在彈出的管段數(shù)據(jù)在彈出的管段數(shù)據(jù)(Segment data)對(duì)話框?qū)υ捒蛑兄鸲屋斎朊恳还芏蔚拈L(zhǎng)度、角度、直徑、中逐段輸入每一管段的長(zhǎng)度、角度、直徑、粗糙度，或者節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)

12、粗糙度，或者節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)(Node coordinates)、直徑、粗糙度。直徑、粗糙度。Pipeline 管線參數(shù)管線參數(shù)2完成后的表單如下：完成后的表單如下：Pipeline 結(jié)果查看結(jié)果查看從數(shù)據(jù)瀏覽器的從數(shù)據(jù)瀏覽器的Pipeline對(duì)象下選擇對(duì)象下選擇Results查看結(jié)果查看結(jié)果Pipeline的的Profiles給出了每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的結(jié)果給出了每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的結(jié)果Pipeline 示例示例 1 流量為流量為 100 m3/h，溫度為，溫度為 50 C，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為 5 bar的水流經(jīng)的水流經(jīng) 108 4mm 的管線。管線首先的管線。管線首先向東延伸向東延伸 5 m，再向北，再向北 5 m，再

13、向東，再向東 10 m，再向南再向南 5 m，然后升高，然后升高 10 m，再向東，再向東 5 m。管內(nèi)壁粗糙度為管內(nèi)壁粗糙度為 0.05 mm。 求：管線出口處的壓強(qiáng)是多少？求：管線出口處的壓強(qiáng)是多少？Design Specification 設(shè)計(jì)規(guī)定設(shè)計(jì)規(guī)定ASPEN Plus通常是根據(jù)我們輸入的過(guò)程參數(shù)通常是根據(jù)我們輸入的過(guò)程參數(shù)(如如進(jìn)料流股和模型參數(shù)進(jìn)料流股和模型參數(shù))計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)(如非進(jìn)料流股和如非進(jìn)料流股和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù))。進(jìn)行過(guò)程設(shè)計(jì)時(shí)，常常希望確定某。進(jìn)行過(guò)程設(shè)計(jì)時(shí)，常常希望確定某個(gè)過(guò)程參數(shù)的特定值從而使某個(gè)結(jié)果數(shù)據(jù)達(dá)到給定值。個(gè)過(guò)程參數(shù)的特定值從而使某

14、個(gè)結(jié)果數(shù)據(jù)達(dá)到給定值。對(duì)于這類應(yīng)用需求，對(duì)于這類應(yīng)用需求，ASPEN Plus提供了設(shè)計(jì)規(guī)定提供了設(shè)計(jì)規(guī)定(Design Spec)工具。設(shè)計(jì)規(guī)定從數(shù)據(jù)瀏覽器的左側(cè)目工具。設(shè)計(jì)規(guī)定從數(shù)據(jù)瀏覽器的左側(cè)目錄欄中進(jìn)入。錄欄中進(jìn)入。設(shè)計(jì)規(guī)定是流程選項(xiàng)設(shè)計(jì)規(guī)定是流程選項(xiàng)(Flowsheeting Options)下屬的對(duì)象下屬的對(duì)象1、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對(duì)象管理器、從數(shù)據(jù)瀏覽器右側(cè)的對(duì)象管理器(Object Manager)中點(diǎn)中點(diǎn)擊新建擊新建(New)按鈕；按鈕；2、在彈出對(duì)話框中為新對(duì)象指定一個(gè)辨識(shí)號(hào)、在彈出對(duì)話框中為新對(duì)象指定一個(gè)辨識(shí)號(hào)(ID)；3、在定義、在定義(Define)表單中點(diǎn)擊新建表單

15、中點(diǎn)擊新建(New) 按鈕，創(chuàng)建設(shè)計(jì)規(guī)按鈕，創(chuàng)建設(shè)計(jì)規(guī)定對(duì)象所需的變量；定對(duì)象所需的變量；4、在彈出對(duì)話框中輸入新變量的變量名、在彈出對(duì)話框中輸入新變量的變量名(Variable name)；5、在變量定義、在變量定義(Variable Definition)對(duì)話框中的下拉式選擇框?qū)υ捒蛑械南吕竭x擇框中選擇變量的類別中選擇變量的類別(Category)、類型、類型(Type)、流股、流股(Stream)或模塊或模塊(Block)代號(hào)，并指定具體變量代號(hào)，并指定具體變量(Variable)。步驟步驟6：在規(guī)定：在規(guī)定(Spec)表單中輸入規(guī)定表達(dá)式表單中輸入規(guī)定表達(dá)式(Spec)、目、目標(biāo)值標(biāo)值(Target)和計(jì)算容差和計(jì)算容差(Tolerance)。步驟步驟7：在變化：在變化(Vary)表單中輸入調(diào)節(jié)變量表單中輸入調(diào)節(jié)變量(Manupulated variable)的類型、名稱和具體變量的類型、名稱和具體變量(variable),并并指定體調(diào)節(jié)上、下限指定體調(diào)節(jié)上、下限(Upper/Lower limits)。規(guī)定變量的實(shí)現(xiàn)情況可以從規(guī)定變量的實(shí)現(xiàn)情況可以從Design Spec對(duì)象的對(duì)象的Results表表單中查看單中查看調(diào)節(jié)變量的迭代過(guò)程則從相應(yīng)的收斂對(duì)象調(diào)節(jié)變量的迭代過(guò)程則從相應(yīng)的收斂對(duì)象(Convergence)