FRNC-5PC工艺计算软件中文操作指南.docx
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1、FRNC-5PC工艺计算软件操作指南目 录1总则31.1 主要应用31.2 相关标准及参考书籍32软件简介42.1软件使用范围42.1软件计算方法52.1.1固定发热量(固定燃料量)52.1.2固定热负荷53输入部分63.1 燃烧室输入63.1.1 Characteristic63.1.2 Furnace type73.1.3 Furnace dimension83.1.4 Flue Gas “Take-Off”93.1.5 The IDs of Coil Sections in Firebox93.2 对流室输入103.2.1 Characteristic103.2.2 Internal D
2、uct Dimensions113.2.3 Coil Section, Q-Bank, or Air Preheater ID113.3 烟囱输入113.3.1 Characteristic113.3.2 Geometry123.4管路输入123.4.1 Geometry133.4. 2 Process fluid133.4.3 Geometry I143.4.4 Geometry II143.4.5 Additional data163.4.6 Additional data173.5炉管数据输入183.5.1 General characteristics183.5.2 Fin type
3、and diameter193.5.3 Fin data203.6物料数据输入213.6.1 Process stream Characteristic213.6.2Condition213.7燃烧数据输入223.7.1 Firing data223.7.2 Bridge wall temperature243.7.3 Fuel #1243.8燃料数据输入253.8.1 Identification253.8.2 Composition263.9热损失输入273.10注入水蒸气/水数据273.11Q-Bank输入283.12空气数据输入293.13空气预热器输入303.13.1 General
4、 Characteristic303.13.2 Specification303.14物理数据输入313.14.1 自动生成的物理性质323.14.2 直接输入的物理数据323.14.3 仅仅生成的物理属性数据324输出部分324.1输入数据的重现324.2输入数据的处理334.3物理属性数据的重现334.4计算过程输出334.4最终结果输出331 总则1.1 主要应用本手册规定了FRNC-5PC软件的使用方法和步骤等。本手册适用于以气体、液体为燃料的管式加热炉、裂解炉、烃类转化炉等常用的工业炉的传热计算。1.2 相关标准及参考书籍DIRECT FIRED HEATER SIMULATION
5、SOFTWARE COMPUTER MANUAL PFR公司加热炉模拟软件操作指南HG/T 20541-2006 化学工业炉结构设计规定HG/T 20525-2006 化学工业管式炉传热计算设计规定SH/T 3036-2003 一般炼油装置用火焰加热炉SH/T 3045-2003 石油化工管式炉热效率设计计算SY/T 0538-2004 管式加热炉规范SY/T 0540-2006 石油工业用加热炉型式与基本参数钱家麟等.管式加热炉(第二版).中国石化出版社.2009.9 李少萍、徐心茹。石油加工过程设备.华东理工大学.2009.52 软件简介FRNC-5PC软件是PFR公司的一款加热炉工艺计算
6、软件,它的适用范围包括炼油厂除制氢转化炉外的所有加热炉,既可以用于新炉子的设计计算,迅速的进行多方案比较和优化设计;也可以模拟在役炉子的操作工况,对操作数据进行评价以改善工艺操作,预测物料组成、注汽(水)量和位置以及燃料类型等的改变对加热炉的影响,目前我国北京院、洛阳院等设计院的加热炉工艺计算都使用的是这个软件。2.1软件使用范围FRNC-5PC软件能对炼油厂和石化厂大部分的加热炉进行性能模拟和效率预测,其中包括:常压炉 减压炉重整炉 焦化炉减粘炉 煤炭液化炉余热回收和蒸汽发生炉 重沸炉润滑油馏分油和蜡加热炉 热解炉加热炉关键的过程和条件都可以在加热炉任何部位进入、输出,流程模拟、预测热量转换
7、和压降等方法先进科学。可以模拟加热炉的部分包括:综合工艺过程 多个盘管布局多个燃烧室 多个管路和翅片类型对流室部分 转油线管道 流体形态烟囱 配件FRNC-5PC软件的计算范围包括:辐射及全炉热效率 两相流流型火墙温度 两相流沸腾形式各部位烟气温度 两相流传热及压降辐射及对流热强度 烟气侧传热及抽力管壁金属温度 露点腐蚀温度翅片或顶头尖端温度 烘炉预测该软件可以模拟多股物料的复杂工况,对工艺、设计和运营部门的工程师来说,它是一个科学、节省时间的高效软件。2.1软件计算方法该软件可以按照两种方式进行模拟,一种是固定发热量(固定燃料量),另一种是固定热负荷。2.1.1固定发热量(固定燃料量)即燃料
8、速率由用户给定,软件计算出热负荷(吸热量)、每种物料的最终条件和中间结果以及其它性能参数,其计算步骤如下:2.1.2固定热负荷即物流吸热由用户给定,所需的供热量及燃料量由程序求出,同时计算出其它性能参数,其计算步骤如下:3 输入部分FRNC-5PC软件的输入部分主要有下面几部分:机械数据:燃烧室,对流,管道,烟囱,管道,管路配置和炉管尺寸;过程数据:物料流量和终端工艺条件(温度,压力);物理性质:油气流的可自动生成的热力学和输运性质;燃烧信息:燃油流量,燃料成分,燃烧空气温度和过剩空气系数。输入部分是按照加热炉的各个部分分为不同的逻辑块,每一部分的输入都会有一个关键词和描述,表2.1说明加热炉
9、各个部分的关键词和相应的描述。表2.1加热炉主要部分和需要的数据表关键字数据1FURNACE加热炉字母数字说明情况3FIREBOX燃烧室燃烧室机械数据4CONVECTIVE对流室对流段机械数据5STACK烟囱烟囱数据6COIL SECT管路每个管路的说明7TUBE DATA炉管数据炉管尺寸8PROCESS物料工艺流条件(流量、温度和压力)10FIRING燃烧燃烧条件(燃料和空气的数据资料)12&32FUEL DATA燃料数据燃料成分3.1 燃烧室输入燃烧室是加热炉热量输入部位,在FRNC-5PC软件中至少应输入一个燃烧室的数据,本软件最多可模拟五个不同的燃烧室,已成功建立燃烧室模型的类型有:圆
10、筒炉、箱式炉和梯台炉。3.1.1 Characteristic本部分包括三个输入部分。1. Firebox ID燃烧是号和输入一到两位数字,这个数不不需要唯一,可与后面的管路系统、炉管数据、燃料的号一样。2. Number of parallel “identical” firebox(默认为1)如果平行的燃烧室具有相同工艺流、燃烧状态,它们就称为“相同”,此时只需要输入一组数据就行.3. Parallel firebox ID number如果平行的燃烧室具有不同的工艺流、燃烧状态,它们就称为“不相同”,使用者在此输入一个数,同时软件将在输入部分出现它的号。以上输入界面见下图。3.1.2 F
11、urnace type加热炉型式有圆筒炉、箱式炉、屋型炉和梯台炉。其界面如下:3.1.3 Furnace dimension加热炉直径输入是用来计算燃烧室耐火数量,直径指的是从内防火墙之间的尺寸,各个炉型的尺寸表示如下图:如果加热炉中间有火墙,其数据应输入,输入界面如下:3.1.4 Flue Gas “Take-Off” 1.烟气离开燃烧室的开口位置及尺寸输入是为了对燃烧室进行粗计算,默认的方式为“顶、中心”。2. Inner Dimensions of Flue Gas Take-Off如果烟气离开燃烧室开口形状为长方形,则在此处输入长和宽,如果开口为圆型,则在第一个里面输入圆的直径,第二个
12、不输入。这个尺寸决定了燃烧室辐射到对流室光管的面积。3.Screen Opening Code(默认为“不”)不打对号表示开口没有遮挡,打对号表示开口被辐射管和光管遮挡,如果出口被耐火材料遮蔽使热量辐射回燃烧室,这种情况也应打对号,对于对流室有光管的情况也要打对号,这部分的输入界面如下:3.1.5 The IDs of Coil Sections in Firebox至少一组管路数据或者“Q-Bank”数据应该输入,最多可以输入9组数据。管路系统是具有相同工艺流和机械数据的炉管组成Q-Bank它是一组从烟气中增加或移出热量的管路系统,它没有具体的机械数据,编号从9099,Q-Bank在对对流室
13、进行热交换研究时起作用。其输入界面如下:3.2 对流室输入在对流室里,炉管相对于烟气串联或平行,烟气可能向上、向下或水平穿过这些炉管,光管部分的辐射热量度部分来自燃烧室,对流室的其它部分的辐射热量则来自耐火墙和烟气的直接辐射得来。如果在对流室热量损失的比例较大,那么在后面的Heat Loss章节就应该输入数据。3.2.1 Characteristic本部分包含三个输入,ID输入方法与前面的燃烧室相同,第二部分输入的是烟气进入和离开的加热炉部分的ID号,第三部分为流动阻力阻尼,默认为0.3.2.2 Internal Duct Dimensions如果对流室为长方形,那么输入它的长宽高,如果为圆柱
14、形,那么在第一个里输入它的直径,第二个不填,在第三个里输入高度。选择上、下还是水平根据的是摩擦气流的方向,它的作用是粗略计算,摩擦、动量和重力在烟气穿过加热炉的过程中一直存在,因此气流方向对于粗略计算就有很大意义。其输入界面如下:3.2.3 Coil Section, Q-Bank, or Air Preheater ID软件支持10组数据的输入,其输入方法与燃烧室相同。3.3 烟囱输入烟囱是加热炉中垂直圆筒形的部分,如果烟囱数据没有输入,软件将不会对输入的加热炉数据进行模拟,但烟气压降会在加热炉的各个部分显现。烟囱的热损失在粗略计算时有很大作用。3.3.1 Characteristic本部分
15、包含两个输入,ID输入方法与前面的相同,一个加热炉最多允许有两个平行的烟囱;第二部分输入的是烟气进入烟囱的ID号。3.3.2 Geometry为了避免不同的外径DI和内径DE,软件输入的是几何直径DG,其公式如下:输入的时候注意:烟囱直径的单位为mm,高度单位为m。流体阻力阻尼(默认为1.5倍速度头)3.4管路输入软件支持最少1组最多89组的管路数据输入,管路是一个或多个炉管的组成,他们具有以下特征:1.具有相同的方向和直径;2.具有相同的工艺流;3.进入管路的物料来自于同一个入口,并且物料具有相同的温度和压力;4.位于加热炉的位置相同;5.在燃烧室炉管相对于火焰的朝向相同;6.过程流体一直保
16、持和入口一样的管程数。3.4.1 Geometry此输入包含三部分,管路系统ID、平行管路系统数量和平行部分ID,其输入方法与前面相同。3.4. 2 Process fluid 1.流入此管路系统的物料ID号,其号与后面要输入的“PROCESS”号要一致。2.,如果此管路系统的物料进来自上一管路系统,则在此处输入上一管路系统的ID号,不输入默认为入口。3.如果此管路系统的物料进入到下一管路,在此输入下一管路的ID号,如果空白或输入“0,”,则认为此处为出口。4.平行进入此管路系统的物料路数,在次输入,下面第二张图分别表示的是1路、3路和4路物料的情况输入界面如下:3.4.3 Geometry
17、I 此处包含4处输入部分。1. 炉管方向(默认水平),如果炉管为水平,则输入0,垂直为90.2. 炉管内物料的方向(向上、向下或水平),此处输入关系到重力是如何作用到关内物料的压力降的。如果是垂直管,那应该选择上或下,选择下,则减去重力的影响;选择上,则加上重力的影响,水平管不考虑重力作用。3. 炉管内物料与烟气的方向关系,“Cocurrent flow”表示两者方向相同,“Countercurrent flow”表示两者方向相反。此处只是需要对流室炉管输入。4. 炉管ID号,此处的号要与后面的Tube号一致。输入界面如下:3.4.4 Geometry II 此处包含5处输入部分。1. 此处输
18、入一组管路系统炉管的总根数。2. 炉管的排数。对于燃烧室,只能输入1或2,当输入2时,软件假设物料先进入1,然后再进入2,再进入1,轮流交替,且默认1排为靠墙近的炉管;对于对流室,排数为烟气穿过的管排数,如下图所示。3. 管子布局。选择Staggered是交错布局,选择in-line是沿线布局,如果管排只有一排炉管,那么根据与它相邻的管排的位置输入,如果燃烧室管排数为2,则软件假设它们为交错布置。4. 为一排管子中相邻管子间的距离,在下图中以S表示。如果这个数据没有输入,软件默认为1.5倍外径。5. 为相邻管排简单距离,这个数据是用来确定管排高度和计算管排热损失的。在下图中以L表示。输入界面如
19、下图:3.4.5 Additional data 此处包含3处输入部分。输入界面如下:1. Fitting 、Header and manifold Type ID(炉管连接件和弯头类型)进入管路系统的连接件和弯头的类型(默认为1)管路系统内部炉管连接弯头的类型(默认为1)离开管路系统的连接件和弯头的类型(默认为1)连接件和弯头类型ID共有15个,其主要特征如下表所示,如果类型特殊,可在后面的FITTING输入部分输入。连接件类型15和K-LOSSID主要特征LOSS1U型弯头,加热炉外0.752U型弯头,加热炉内0.753骡子耳朵,加热炉外1.54跳头(转油线),加热炉外1.0590O弯头,
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