ASPENB_JAC软件在加氢装置高压换热器设计中的应用

校核或模拟。
（1） 换热管直径及间距。国内石化行业常用的换热
3.3 换热器工艺设计条件的确定
管规格主要有 Φ19×2 和 Φ25×2.5mm 两种，与之相
换热器的工艺设计条件主要包括进、出换热器冷、 对应的管心距分别为 25mm 和 32mm。需要注意的是：对
热物料的流量、温度、压力、相态和管壳程等的选择，上 于腐蚀余量为零的冷换设备，不锈钢换热管应优先选用
83.3
0.80
注：* 原设计值指的是冷热物流出口温度与原蜡油加氢装置设计相同，但物料流率和物性采用汽油加氢装置数据。 ** 模拟 1 程序出现运行警告，提示温差校正系数小于 0.7。 *** 模拟 3 的结果为最终设计结果。
由表 2 可看出，该换热器出现了温度交叉的现象， 即热流出口温度低于冷流出口温度。在这种情况下，注 意检查温差校正系数 Ft 的数值，根据炼油装置工艺设 计规范（SH/T 3121- 2000）P116.3.11 的规定，温差校正系 数不宜小于 0.8，如不满足，可先做适当调整，如增加换
此文件包含了换热器设计所需的物性参数，可用 Aspen 在“Design Data- Design Constraints- Shell/Bundle”中进行
B- JAC 直接打开，对其进行部分修改后即可进行设计计 规定。
算。但经过多次验证，此种方法在传递气液相平衡数据
（5） 管程数及壳程数。管程数及壳程数分别与管
以上信息除 Error Messages 外，其它均需根据具体信 息内容甄别，通过对相关数据的调整完成模型的调试。
ASPEN B- JAC 软件具有预测流体弹性稳定性、共 振、流体冲击的功能，针对加氢反应产物和混氢原料油 换热器的管壳程均为两相流的特点，特别需要注意的是
应进行振动及共振分析的检查，该部分内容可在
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总第 166 期 2010 年第 4 期（第 36 卷）
安徽化工
“Mechanical Summary - Vibration & Resonance Analysis” 中查看，如果出现振动或共振提示，则应根据其发生的 部位考虑采取解决措施。
3.7 换热器的设计结果及验证 按照以上步骤对利旧的换热器进行核算，并将模拟
HMX RHOMX CPMX PCMX MUMX
KMX SIGMAMX
MWMX
单位 /
kg/h J/kg kg/cum J/kg- K N/sqm N- sec/sqm Watt/m- K N/m
/
备注 质量气化分率
质量流率 焓 密度 比热
临界压力 粘度
导热系数 表面张力 分子量
下五种：①Warning Messages: 结果可能有错误 （需识 别），但程序仍然可以运行；②Error Messages: 严重错 误，程序不允许运行；③Limit Messages: 部分运行结果 超 出 程 序 规 定 范 围 ； ④ Notes: 需 意 识 到 的 问 题 ；⑤ Suggestions: 优化设计的建议。
ASPEN HETRAN 和 ASPEN AEROTRAN 有三种操
作方式：①设计模式（Design Mode）：在设计模式下，输入 任务要求，程序搜索计算出满足热负荷规定及操作约束 的最佳换热器；②校核模式（Rating Mode）：在校核模式 下，输入任务要求和换热器的结构参数, 程序会通过计 算判断现有换热器是否合适；③模拟模式（Simulation Mode）：在模拟模式下，输入换热器的结构参数和入口状 态，程序会通过计算预测出管壳两侧流体的出口状态。 2.3 AS P EN B- J AC 软件的接口
150
0.16 47109 94
257
2.5
- 33.1 0.44
** 模拟值 1 47109 323
180
47109 98
225
50.8
0.58
模拟值 2 47109 323
182
47109 98
223
72.6
0.71
*** 模拟值 3 47109 323
184
0.11 47109 98
222
2.1
摘要：通过某加氢装置改造中换热器设计核算的实例，介绍了 ASPEN B- JAC 软件的使用方法，并提出设计中应注意的问题。 关键词：AspenB- JAC；加氢；换热器；应用 中图分类号：TP317 文献标识码：B 文章编号：1008- 553X（2010）04- 0076- 03
1 前言
加氢装置反应产物与混氢原料油换热器是在高温、 高压和临氢条件下操作的。该类换热器的管箱和壳体多 采用 Cr- Mo 抗氢钢材，管束则要采用 Cr- Ni 不锈钢，设 备重量大，造价高，是加氢装置的核心设备之一。由于该 换热器管内、外介质均为气液两相，属于含不凝气的常 规组分与虚拟组分的冷凝过程，以及含非沸腾组分的常 规组分与虚拟组分的沸腾过程[1]。其中反应产物在管内 冷凝传热，需要根据流型参数的计算来判断冷凝过程是 重力控制还是剪力控制，然后根据流型参数值采用对应 的冷凝液膜传热系数关联式。冷凝过程的计算方法主要 采用分段法，通常手算分 4 段即可达到比较好的精度[2]。 由于手算通常需要根据经验确定初值，再根据计算结果 判断预测值是否正确，若偏差大的话需重新调整迭代计 算，工作量很大，设计效率不高。
均已确定，按照换热器管壳程流体确定的相关原则，经 9m 四种，其中以 6m 为最常用。在选取管长时还应结合壳体
过综合考虑，选择高温反应产物走管程，低温混氢原料 直径，一般管长和壳体直径之比为 4～6。可在“Design Data-
油走壳程。
Design Constraints- Shell/Bundle”中进行规定。
件集成在一起的，属于 ASPEN 工程软件包的一部分，是 冷换设备设计的集成工具，其工艺和设备计算由以下三 个程序组成：①ASPEN HETRAN———用于管壳程的热设 计、核算及模拟；②ASPEN AEROTRAN— ——空冷换热器 的热设计、核算及模拟；③ASPEN TEAMS— ——用于管壳 程的机械设计和核算。 2.2 AS P EN B- J AC 软件的功能
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第 36 卷，第 4 期 2010 年 8 月
·化工设备与自动化·
安徽化工 ANHUI CHEMICAL INDUSTRY
Vol．36，No．4 Aug.2010
AS P EN B- J AC 软件在加氢装置高压换热器设计中的应用
王晓中 （安庆实华工程设计有限责任公司，安徽 安庆 246002）
3.4 物性数据的输入
（3） 换热管根数。在换热管直径、间距、长度和管程
反应产物与混氢油换热器的冷、热物料的相态均为 数确定的情况下，换热器的换热面积与换热管的根数密
气液两相，由于 Aspen B- JAC 中组分和物性库的有限性， 切相关。由于软件采用的标准问题，根据需要对换热器
无法直接获得该部分物料的物性数据，需要通过 Aspen 的型号进行调整。国内常用标准换热器的换热管根数可
述数据可在 Aspen B- JAC 中的“Problem Definition”菜单 Φ19 ×1.5mm 和 Φ25 ×2mm。 该 部 分 调 整 可 在
下进行输入。
“Exchanger Geometry- tubes”中进行。
针对本次改造的换热器，其冷、热物料的进口状态
（2） 换热管长度。常用的换热管长度有 3m、4.5m、6m、
获得准确的物性数据是决定换热器设计成功与否 及在实际生产过程中能否发挥预先设计功能的一个基 本要素。在无相变的换热器设计中需要输入冷、热物料
收稿日期：2010- 04- 30 作者简介：王晓中（1968-），男，安徽安庆人，1990 年毕业于华东理工大学石油加工专业，工程师，目前从事石油化工装置的设计工作，13305560321， 0556- 5380436，hdmwxz@。
物性数据。利用 Aspen Plus 强大的物性计算功能可以方 认的换热器标准为 TEMA(美国管式换热器制造商协会)
便、快捷地获得所需相关物料的物性数据，并将该部分 标准，与国内制造的标准换热器结构尺寸不符，因此需
数据传递到 Aspen B- JAC 中，从而进行换热器的设计、 要在校核设计时进行调整，主要包括以下几个方面：
ASPEN B- JAC 程序与 Aspen Plus 集成在一起，使 得 用户可以在 ASPEN PLUS 流程中输入 一个 ASPEN B- JAC 模型。Aspen Plus 计算得到的物性数据可以提供 给 Aspen B- JAC 的输入文件，按要求输入相关数据后， 在 Aspen Plus 界面下可看到换热器的运行情况，换热器 的所有详细结果可在 Aspen B- JAC 界面下显示。
Plus 与 Aspen B- JAC 的接口得以实现，其具体方法如下： 在相关手册中很方便地查到。
（1） Aspen Plus 工艺模型。换热器选取 Hetran 模
（4） 壳程折流板间距。壳程折流板间距与管外膜传
块，选择设计模式，则在模拟过程中将生成 *.BJT 文件， 热系数、壳程压降有关，一般情况下在 200mm 以上，可
在完成换热器的工艺条件、介质物性和结构尺寸的
模型后即可得到换热器冷凝（气化）曲线各点的数值。常 数据输入后，即可进行计算，程序运行后生成设计结果
用物性模型如表 1 所示。
和一系列信息汇总，ASPEN B- JAC 的警告信息包括以
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
表 1 常用物性表
物性 MASSVFRA MASSFLMX
时会出现“数据范围扩大”的情况，因此建议在无相变的 程、壳程的流速、管内外膜传热系数和压降有关，常用管
场合下使用该方法。
程数可为 1、2、4、6，常用壳程数可为 1、2。