Моделирование печей в Aspen Hysys

1. Моделирование печей в Aspen Hysys

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ
Моделирование печей
в Aspen Hysys
РАЗРАБОТЧИКИ:
СИБУРИНТЕХ
Функция эффективности
производства
Петрусенко В.С
Главный эксперт
При поддержке:

2.

Fired heater
СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ ТО
Моделирование печи в Aspen Hysys
1. Подбор компонентного состава с помощью Petroleum Assay
4
2. Моделирование работы печи
6
3. Верификация модели
9
4. Оценка влияния состава топливного газа на потребление печью и выбросы
СО2
6
5. Дополнительное задания для работы в EDR. Оценка КПД печи с учетом
внутренней конструкции
11

3.

Fired heater
1.
В данном примере рассмотрим моделирование печи нагрева
теплоносителя (дизельное топливо). Фракционный состав дизельного
топлива характеризуется разгонкой по данным паспорта от
производителя.
Чтобы определить фракционный состав по приведенной разгонке можно
воспользоваться Petroleum Assay и подобрать его через гипотетические
компоненты.
3

4.

Fired heater
1.
1. Подбор компонентного состава
Создайте новый проект Aspen Hysys и не задавая компонентный состав
перейдите в Petroleum Assays. Нажмите на перевернутый треугольник
рядом с кнопкой Add и выберете Manually Enter. Появится окно с
выбором списка компонентов – выбираем Hydrocracker Components
Celsius. Затем появится окно для ввода параметров разгонки. Выбираем
Single Stream Properties.
В методе разгонки выбираем D86, т.к. ГОСТ 2177-99 соответствует этому
методу и выполняется при тех же условиях.
Внесите данные разгонки из паспорта на предыдущей странице и
нажмите ОК. По необходимости можно добавить дополнительные строки
– правой кнопкой мыши по таблице и выбрать insert distillation percent.
4

5.

Fired heater
1.
Нажимаем кнопку Characterize Assay для автоматического подбора
фракционного состава. Если есть дополнительная информация, ее можно
внести на вкладке input summary. Например плотность или вязкость. Это
позволит повысить точность подбора фракционного состава.
Результат разгонки
5

6.

Fired heater
1.
2. Моделирование печи
Теперь можно перейти в Simulation и добавить материальный поток diesel.
Чтобы выбрать для него компонентный состав, который мы подобрали
ранее, необходимо перейти на вкладку Petroleum Assay – attach existing
– Assay-1
Затем задайте параметры теплоносителя (diesel):
Температура 110 С;
Давление – 18 kg/cm2_g(изб);
Расход – 30 000 кг/ч.
Добавьте материальный поток Fuel, который будет выступать в качестве
топлива печи:
Температура 110 С;
Давление – 2 kg/cm2_g(изб);
Расход будет определен позже.
6

7.

Fired heater
1.
Состав топливного газа, %масс:
Метан – 80%
Этан – 12%
Пропан – 5%
и-бутан – 2%
Н-бутан – 1%
Добавьте материальный поток Air, который будет выступать в качестве
воздуха, поступающего в печь:
Давление 1 атм.
Температура 20С
Расход будет определен позже.
Состав воздуха, % масс:
Азот – 78,97%
Кислород – 21%
СО2 – 0,03%
После этого добавьте на схему печь (fired heater), подключите потоки,
добавьте дополнительные потоки – дымовой газ (flue gas) и нагретое
дизельное топливо (Diesel out)
7

8.

Fired heater
1.
Укажите эффективность печи 73%
Избыток воздуха 10%
Задайте температуру для потока Diesel out – 180C. После этого модель
должна рассчитаться, расход воздуха и топливного газа определится
автоматически:
8

9.

Fired heater
1.
3. Верификация модели.
Ранее мы задали расход теплоносителя, температуру продукта на входе и
выходе из печи, КПД печи и избыток воздуха.
Обычно КПД нам известно по данным паспортов на оборудование, но
если это оборудование старое, то КПД может не соответствовать
действительности.
При наличии узла учета топливного газа и датчика температуры дымовых
газов можно определить КПД печи и избыток воздуха.
Задача 1. Оценка КПД
Если известно, что температура дымовых газов составляет 350С, а
расход топливного газа 6,6 кгмоль\ч, то какое КПД и избыток воздуха?
Задача 2. Оценка выбросов СО2 и влияние топлива на
эффективность.
Перед вами стоит задача оценить потенциал по использованию другого
вида топливного газа – метан 100%.
Определите, как изменятся выбросы СО2. Увеличится или снизиться
потребление ТГ для нагрева того же объема теплоносителя? На сколько?
Сохраните модель как Fired Heater.
Эту задачу 1 можно решить так:
Удалите значение КПД и установите температуру выхлопных газов.
Затем подбором избытка воздуха можно получить необходимые значения расхода топливного газа. КПД
в это время рассчитается автоматически.
9

10.

Fired heater
1.
4. Расчет печи с радиальной и конвекционной частью.
В статическом режиме Aspen Hysys позволяет считать только радиальную
часть.
Чтобы учесть работу конвекционной части или работу экономайзера есть
два варианта
1 вариант – воспользоваться EDR
2 вариант – использовать динамический режим работы Hysys
Воспользуемся первым способом и смоделируем печь в EDR.
Запустите Aspen EDR и выберите Fired Heater
Свойства сырья для печи возьмите из модели Hysys - Fired Heater.
Для этого нажать file – import - Aspen Hysys и выбрать ранее созданную
модель.
10

11.

Fired heater
1.
После этого появится диалоговое окно с выбором оборудования из
модели Hysys. Для того чтобы сформировать качественный набор свойств
сырья расширяем диапазоны температур и давлений. Это позволит в
будущем манипулировать работой печи в более широких границах:
- Указывает температуру от 100 до 200.
- Давление 17,18,19 bar. Нажмите ОК.
Дальше появится форма для ввода параметров расчета.
Скорректируйте температуру - 110 вход, 180 выход.
Давление - 18 вход, 17 выход.
11

12.

Fired heater
1.
Укажите габариты и конструкцию радиантной части печи, согласно
представленным скриншотам:
Fired heater type – cylinder
Height – 6000mm
Inner diameter – 3000
process stream in firebox tubes - 1
tube passes - 2
tube pass layout - interspersed
Number of tubes per pass – 24
Tube outside diameter – 88mm
Tube wall thickness – 8mm
12

13.

Fired heater
1.
Дальше перейдите на вкладку Convection banks и введите параметры
конвекционной части печи, в которой будет происходить нагрев сырья
перед подачей в радиантную часть.
Укажите длину трубы конвекционной части как на скриншоте
Укажите диаметр и толщину стенки трубы
13

14.

Fired heater
1.
Укажите кол-во параллельных линий, кол-во рядов и ходов в линии
Дальше перейдите на вкладку fuel и выберете Fuel type identifier –
gaseous.
14

15.

Fired heater
1.
Введите компонентный состав топлива. Либо массовую долю, либо
процент массовый
Перейдите на вкладку oxidant и убедитесь что избыток воздуха указан
10%, температура воздуха – 20С
15

16.

Fired heater
1.
Убедитесь, что RunMode указан в режим Rating, в котором мы будем
определять расход топливного газа, чтобы нагреть сырье с 110 до 180С
Запустите расчет
и перейдите на вкладку Fired heart Summary для
ознакомления с результатами.
Сохраните модель печи как Fired heater model.
Полная интеграция продуктов AspenONE Engineering позволяет
применять данную модель в модели HYSYS. Все конструкторские
параметры печи полностью переносятся. Это позволит ее использовать в
модели Hysys для проведения расчетов с учетом работы конвекционной
части печи.
16

17.

Fired heater
1.
Откройте ранее подготовленную модель Hysys Fired Heater.hcv
Перейди в настройки печи Design – Parameters и в steady state model
выберите EDR – Firedheater
17

18.

Fired heater
1.
Затем на вкладке EDR FiredHeater – import… и загрузите модель печи из
EDR модели
После этого модель рассчитается и будет переопределено КПД печи и
расход топливного газа. Посмотреть информацию можно на вкладке EDR
Fired Heater – summary.
18

19.

Fired heater
1.
Сейчас модель печи работает в режиме определения расхода топливного
газа, т.к. температура сырья на входе и выходе указана. Если вы удалите
температуру дизельного топлива на выходе из печи, то модель перейдет в
режим зафиксированного расхода топливного газа.
Таким образом вы сможете указать расход топливного газа и рассчитать
температуру сырья.
Определите, как изменится КПД печи и расход топливного газа, если
изменить состав топлива на 100% метан / 100% водород.
19