化工工艺设计涉及计算的软件介绍

化工工艺设计涉及大量的计算，主要的有工艺流程的模拟，管道水力学计算，公用工程管网计算，换热器设计计算，容器尺寸计算，转动设备的计算和选型，安全阀泄放量和所需口径的计算，火炬泄放系统，控制阀Cv计算和选型，等等。这些计算过程通常都有专用的商业软件或者是工程公司自行开发的软件或者计算表格。大的设计公司通常也会指定公司用于以上设计过程的软件或经过确认的表格。下面就我的经验来看看常用的一些软件。

1. 工艺流程模拟：

∙ASPEN Plus

∙Pro II

∙HYSYS

2. 管道水力学计算：

∙通常是工程公司自备的EXCEL表格，没必要使用专用软件。当然，也可以自己编制，一般来说使用CRANE手册提供的公式就足够了。

∙两相流的水力学计算相当复杂，自己编制费力不讨好，用公司内部经过验证的表格就可以了。

3. 公用工程管网计算

∙我用过Pipe 2000，肯塔基大学教授的出品，包括Gas 2000, Water 2000, Steam 2000等一系列。

∙Pipenet也是不错的选择。

∙有人用SimSCI的InPlant。没用过，有用过的朋友可以介绍一下。

4. 换热器设计计算

∙HTRI

∙HTFS

∙这两个软件都可以。常见的介质用HTRI更好，因为它的物性数据是经过实验得到的。HTFS使用了ASPEN或HYSYS的物性数据，很多都是计算得到的，所以精度可能稍差。

5. 压力容器尺寸计算（长度与内径）

∙工程公司往往使用自制的EXCEL表格来计算容器尺寸。内构件一般要提交供货商来设计。

∙计算容器尺寸首先要确定容器的用途：气液分离，液液分离，还是气液液三相分离。然后要确定容器是卧式还是立式。最后要根据物料属性，考虑是否使用Wire Mesh或其他内构件来除去微小雾滴。以上三项是影响计算的主要因素。

6. 塔设备计算

∙塔设备的计算和内构件的计算通常要由主要的供货商来进行。软件比如说Koch-Glitsch的KG-Tower和Sulzer 的SULCOL。工程公司一般只提供过程模拟的结果。

∙使用模拟软件完成流程后，可以完成初步的塔尺寸设计。比如，HYSYS就可以使用Tray Sizing工具，计算塔内径，塔板高度，填料高度等数据。

7. 转动设备的计算和选型

∙泵和压缩机通常要通过建立水力学回路来计算所需的压头（扬程）和功率。通常要进行多次的计算和校核。

初步计算是可以假设很多数据，比如说管路走向，长度，管件种类和数量。利用初步计算结果可以进行选型，然后根据选型结果和实际管路不止进行校核，最终完成选型。

∙泵和压缩机的选型可以通过厂家提供的软件实现。我用过Flowserve的PROS+SE，数据库很强大。

8. 安全阀泄放量和所需口径的计算

∙安全阀的泄放量是进行工艺设计的一个重头戏。首先要知道所研究的安全阀设置的主要原因，然后要研究安全阀放置后可能发生超压得各种原因，再根据这些原因一一加以分析，得到对应的泄放量。对所有的泄放量，根据其对应的温度压力和组分，计算所需的安全阀喉径，取其中的最大来选择安全阀。这里所说的最大，未必对应最大的泄放量，因为计算所得的喉径面积，不仅与泄放量有关，还和泄放的物料组分密切相关。

∙泄放量的分析没有明确的办法，需要根据实际泄放情况来具体分析，有的情况还要通过模拟来得到。当然，火灾工况的计算可以通过标准的方法进行，较为简单。

∙安全阀喉径的计算可以通过厂家提供的程序计算，象Tyco和Farris就有相应的软件，分别是Safety Size 和Sizemaster。由于喉径尺寸的计算较为简单，大的工程公司通常都使用自制的EXCEL表格进行初步计算，然后才向供货商询价。两相流的泄放工况稍为复杂，往往要使用HEM方法。

∙只有安全阀喉径的尺寸还不能最终决定安全阀的形式，选用Conversional, 或者是Banlanced Bellows, 还是Pilot，要通过火炬管网计算的到相应的背压来确定。前面一篇文章有简单的叙述。详细规定可以查阅API 521。

9. 火炬泄放系统

∙通常火炬泄放系统的计算包括安全阀进出口管线尺寸计算和火炬支管和总管尺寸的计算。有时候也包括分离罐，液封罐和火炬烟囱的计算，不过通常后面这部分可以交给供货商处理。

∙安全阀进口管线尺寸的设计要遵循3%的原则，即压降不超过设定压力的3%。对于Pilot型安全阀，如果采用Remote Sensing的方式，可以不用考虑压降的问题，但是由于压降大会引起泄放能力减小，这一点必须加以考虑。在某些情况下，如扩改建时，压降可能会超过3%，有时也可以接受，但绝对不可以超过安全阀的Blowdown(10%左右的设定压力，参考具体的安全阀数据）。这部分计算和一般的管路压降一样，不用专门的软件。

∙安全阀出口管线，火炬支管，火炬总管都可以使用Flarenet来进行设计计算。具体内容我会在以后详谈。

10. 控制阀Cv计算和选型

∙控制阀的计算包括两个部分。

∙首先是计算分析得到控制阀对应的工作范围，这是Process Engineer的工作。通常我们要给出Maximum, Normal 和Minimum的压降及其对应的流量和物性来完成控制阀的工艺数据表。这部分工作没有特定的软件，可能涉及工艺模拟，管路压降计算，很多时候与泵的计算回路相关。总之，充分了解工艺过程和设计要求（比如说Turndown 的要求），确定控制阀的操作区间，是设计好控制阀的关键。

∙控制阀尺寸和选型通常由仪表工程师完成，主要是计算对应控制阀操作区间的Cv。其实掌握这一计算工艺工程师进行设计非常有利。所以我认为工艺工程师要掌握好这类软件。业界最常用的就是Fisher的FirstVue软件，界面一般，功能强大。另外，Fisher出的《控制阀手册》是值得一看的。