楊波，胡亦鋒，趙文劍

（萬(wàn)華化學(xué)（寧波）有限公司，浙江寧波315812）

化學(xué)工程

Aspen Plus軟件在計(jì)算換熱器熱負(fù)荷中的應(yīng)用

楊波，胡亦鋒，趙文劍

（萬(wàn)華化學(xué)（寧波）有限公司，浙江寧波315812）

利用Aspen Plus流程模擬軟件對(duì)換熱器熱負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，用軟件的流程選項(xiàng)和模型分析工具可快速查看換熱器在相應(yīng)的熱負(fù)荷條件下的熱源或冷源的流量，能指導(dǎo)化工裝置操作人員的調(diào)節(jié)和判斷。

模擬；換熱器；熱負(fù)荷

0 前言

在化工生產(chǎn)裝置，最常見(jiàn)的設(shè)備就是換熱器。對(duì)于化工裝置基層操作人員，掌握設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及原理是必不可少的，但要達(dá)到對(duì)裝置的了如指掌，僅了解的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。所以對(duì)設(shè)備的基本核算和簡(jiǎn)單的計(jì)算也需要掌握。很多化工原理[1]和設(shè)計(jì)書(shū)籍[2]都介紹了換熱器熱負(fù)荷的計(jì)算步驟，但查詢(xún)物性數(shù)據(jù)相當(dāng)繁瑣，而且由于歷史原因，很多數(shù)據(jù)的單位不統(tǒng)一，造成設(shè)計(jì)人員的工作量增大。本文主要從查閱文獻(xiàn)和利用模擬軟件進(jìn)行對(duì)比來(lái)計(jì)算換熱器的熱負(fù)荷的效率進(jìn)行說(shuō)明。

1 工藝簡(jiǎn)介

表1 換熱器數(shù)據(jù)表

公司某裝置現(xiàn)有一臺(tái)換熱器用0.8 MPa（g）的飽和蒸汽對(duì)干燥A氣體進(jìn)行加熱以滿足工藝需要，具體的設(shè)計(jì)條件如表1所示。工藝要求A溫度需從25℃加熱至120℃，要求得水蒸氣在不同流量下的A出口溫度。

2 計(jì)算思路

通常計(jì)算換熱器的熱負(fù)荷有三種方法，即根據(jù)流體的比熱容進(jìn)行計(jì)算，但前提是流體的比熱容不隨溫度的變化而變化，或者可以取流體的平均溫度下的比熱容。第二種方法是潛熱計(jì)算法，適用于流體的蒸發(fā)或者冷凝，但很多物質(zhì)的潛熱難以查詢(xún)，而且一些鮮有的物性數(shù)據(jù)基于商業(yè)保密不能公開(kāi)。第三種方法是焓差計(jì)算法，物性數(shù)據(jù)手冊(cè)可以查閱到常見(jiàn)的物質(zhì)焓值，讀者可以根據(jù)學(xué)習(xí)或工作的需要進(jìn)行收集，等到需要設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)大有用處。

以下先從查詢(xún)A和水蒸汽的焓值開(kāi)始說(shuō)明此設(shè)計(jì)的計(jì)算思路。

2.1 焓值計(jì)算法

查詢(xún)純物質(zhì)熱化學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)[3]和水蒸氣熱力性質(zhì)圖表[4]得知A和水蒸氣的焓值，如表2所示：

通過(guò)內(nèi)插法可以計(jì)算12℃下的A焓值為-89.54 kJ/mol，通過(guò)單位換算可得知25℃下的A焓值為-2531.771 kJ/kg，120℃下的A焓值為-2455.808 kJ/kg。忽略換熱器的熱損，對(duì)換熱器進(jìn)行焓衡算，即冷物流的焓變等于熱物流的焓變可得如下方程：

以下標(biāo)h和c分別表示熱流體和冷流體，以下標(biāo)1和2分別表示流體的進(jìn)口和出口，且熱損失Q1流出系統(tǒng)，則以下圖的換熱器作為系統(tǒng)，可寫(xiě)出換熱器的焓衡算式：

W·h1+W·c1-W·h2-W·c2－Q1=0

W——流體的流量，kg/h；

h——流體的焓，kJ/Kg；

Q1——系統(tǒng)的能量損失，kJ/h；

忽略Q1，計(jì)算得出0.8 MPa的水蒸汽每小時(shí)的耗量為77.81 kg，熱負(fù)荷為43.89 kW。

讀者可以看到查閱數(shù)據(jù)的繁瑣，而且遇到不同的數(shù)據(jù)單位還要轉(zhuǎn)化，以下介紹通過(guò)Aspen Plus流程模擬軟件的分析工具來(lái)計(jì)算換熱器的蒸汽消耗量。

2.2 Aspen Plus模擬計(jì)算法

依然通過(guò)以上條件，利用Aspen Plus計(jì)算過(guò)程如下：

（1）選擇換熱器模塊，命名為Heater，具體見(jiàn)圖1。

（2）分別輸入物流信息，模塊參數(shù)。（3）新建靈敏度分析。

（4）運(yùn)行程序，得出表3結(jié)果。

（5）從表3可以看出A出口溫度120℃時(shí)，水蒸氣流量在61～81 kg/h，通過(guò)內(nèi)插法或者在靈敏度分析選項(xiàng)中選擇賦值法，最后求得水蒸氣所需流量。

表2 A和水蒸氣的焓值

表3 水蒸氣流量與A出口溫度關(guān)系

3 總結(jié)

通過(guò)以上查詢(xún)文獻(xiàn)及使用Aspen Plus流程模擬軟件對(duì)比，軟件模擬不僅效率高而且準(zhǔn)確，另外還可以使用軟件查詢(xún)水蒸氣和A的焓值，保持單位一致，也能快速地得出結(jié)果，這里不再贅述。

化工裝置操作人員如果發(fā)現(xiàn)換熱器所需的工藝氣溫度達(dá)不到要求，可從熱源或者冷源的流量進(jìn)行判斷，希望本文能給讀者提供參考。

圖1 Heater模型

[1]姚玉英.化工原理（上）[M].天津：天津大學(xué)出版社，2001: 220.

[2]王松漢.石油化工設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三卷）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002:568-569.

[3]伊赫桑·巴倫.純物質(zhì)熱化學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)（上卷）.北京：科學(xué)出版社，2003.

Aspen Plus Software in Calculating Heat Load of Heat Exchanger

YANG Bo，HU Yi-feng，ZHAO Wen-jian
（Wanhua Chemical（Ningbo）Co.，Ltd.，Ningbo，Zhejiang 315812，China）

The thermal load of heat exchanger was calculated by the Aspen Plus process modeling package.The flowsheeting options and model analysis tools of the package enabled a quick view of the flow of heat source or cold source under the corresponding thermal load conditions，thereby directing the adjustment and judgement by the operators of chemical engineering equipments.

simulation；heat exchanger；heatload

1006-4184（2017）4-0026-02

2016-12-02

楊波（1990-），男，浙江寧波人，助理工程師，主要從事化工工藝開(kāi)發(fā)工作。E-mail：yangboa@whchem.com。