概要信息：

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Aspen plus 换热器模拟 
 
 
概述 
 
 
 
换热器模块   
Heater 
加热器/冷却器 
确定出口物流的热和相态条件 换热器，冷却器，阀门，与功有关的结果
不需要时的泵和压缩机 
HeatX 
双物流换热器 
在两个物流之间换热 两股物流的换热器当知道几何尺寸时核
算管壳式换热器 
MHeatX 
多物流换热器 
在多股物流之间换热 多股热流和冷流换热器两股物流的换热
器LNG换热器 
Hetran 
管壳式换热器 
与BJAC 管壳式换热器的接口程序 管壳式换热器包括釜式再沸器 
Aerotran 
空冷换热器 
与BJAC 空气冷却换热器的接口程序 错流式换热器包括空气冷却器 
 
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HeatX 换热器 
 
1. 概述 
HeatX 有两种简捷法和严格法计算模型。 
简捷法（Shortcut）计算不需要换热器结构或几何尺寸数据，可以使用 少的输入量来
模拟一个换热器。Shortcut 模型可进行设计模拟两种计算，其中设计计算依据工艺参数和总
传热系数估算出传热面积。 
严格法（Detailed）可以用换热器几何尺寸去估算传热膜系数、总传热系数、压降、对
数平均温差校正因子等。严格法核算模型对 HeatX 提供了较多的规定选项，但也需要较多
的输入。Detailed 模型不能进行设计计算。 
可以将 HeatX 的 Shortcut 和 Detailed 结合完成换热器设计计算。首先依据给定的设计
条件用 Shortcut 估算传热面积，然后依据 Shortcut 的计算结果用 Detailed 进行核算。 
在使用 HeatX 模型前，首先要弄清下面这些问题：  
（1）HeatX 能够模拟的管壳换热器类型 
逆流和并流换热器； 
弓形隔板 TEMA  E, F, G, H, J 和 X 壳换热器； 
圆形隔板 TEMA  E 和 F 壳换热器； 
裸管和翅片管换热器。 
（2）HeatX 能够进行的计算 
全区域分析； 
传热和压降计算； 
显热、气泡状气化、凝结膜系数计算； 
内置的或用户定义的关联式。 
（3）HeatX 不能进行进行的计算 
机械震动分析计算； 
估算污垢系数。 
（3）Hesttx 需要的输入规定 
必须提供下述规定之一 
　换热器面积或几何尺寸； 
　换热器热负荷； 
　热流或冷流的出口温度； 
　在换热器两端之一处的接近温度； 
　热流或冷流的过热度/过冷度； 
　热流或冷流的气相分率（气相分率为 0 表饱和液相）； 
　热流或冷流的温度变化。 
 
 
HeatX 简捷计算                                                                   3 
2 HeatX 简捷计算 
 
设计条件 
 
烃物流 
入口温度：200℃、入口压力：0.4 MPa； 
流量：10000kg/hr； 
组成：苯 50%，苯乙烯 20%，水 10%。 
冷却水 
入口温度：20℃、入口压力：1.0 MPa； 
流量：60000 kg/hr。 
烃出口气化分率为 0（饱和液相）； 
两物流无压降。 
 
2 .1 模拟设置 
 
（1）全局设置 
单位设置：选用米制单位（MET）。 
全局设置包括运行类型、输入模式、流率基准、环境压力、有效相和使用游离水的计算。
其中有效相：烃物流的有效相是 Vapor-Ligwid-Liquid（两个液相：水-烃类）。 
 
   （2）定义用户与工程信息 
    用户与工程信息是必须填写的，否则模拟不能运行，信息内容不受限制。 
HeatX 简捷计算                                                                   4 
 
 
2.2 定义流程 
 
2.3 定义组份 
 
 
HeatX 简捷计算                                                                   5 
    查看二元交互参数。 
 
 
2.4 定义物性计算方法和模型 
 
对于烃物流，用 NRTL-RK 物性方法，其他设置由系统默认确定。 
 
 
2.5 定义物流 
 
   定义水入口条件： 
HeatX 简捷计算                                                                   6 
 
 
定义烃入口条件 
 
 
2.6 SHeterX 模块定义 
 
我们重点介绍换热器单元操作模块定义是的内容。 
HeatX 简捷计算                                                                   7 
2.6.1 Block Setup 设置 
 
（1）Block Setup Specification 页 
Block Setup Specification 定  义 应  用 
Calculation 选择计算方法   
Shortcut 简捷计算   
Detailed 详细计算   
Hetran-Rigorous    
Type 模拟类型   
Rating 核算   
Design 设计计算  计算传热面积等 
Simulation 模拟  只计算出口条件 
Flow arrangement 流程安排 Shortcut 不可选  
Hot fluid  热流体   
Flow direction  流动方向 逆流 Countcurrent 
并流 Co- current 
多管程 Multiplle-passes 
 
Exchanger specification 计算规定   
Specification 规定选择项   
Exchanger area 传热面积    
Minimum temperature approach 接近温度   
 
这里选择 Design 模型，规定 Hot stream outlet vapor fraction（热物流出口气化分率）为
0，即出口烃为饱和液相。则模拟程序将给出传热面积、热负荷及其它出口参数。 
 
 
HeatX 简捷计算                                                                   8 
（2）Block Setup LMTD 页 
定义对数平均温差较正因子。 
 
Block Setup LMTD  
LMTD calculation option LMTD 计算方法  
Constant LMTD 校正因子是常数  
Geometry 用换热器规定和物流性质计算LMTD校正因子 Shortcut不可选择 
User subroutine 提供一个用户子程序来计算LMTD校正因子  
 
 
这里选择 Constant， LMTD 校正因子是一个常数。 
 
（3）Setup U Methods 页 
定义总传热系数计算方法。 
Block Setup U Methods  
Selected calculation 
method 
选择计算方法 定  义 
Constant value 传热系数常数值 常数 
Phase-specific values 指明热流和冷流的相态 每个区域一个常数值 
Power law expression 传热系数看成物流流率的函数 幂率表达式 
…… 其它 Shortcut不可选 
 
HeatX 简捷计算                                                                   9 
 
 
这里选择 Phase-specific values，定义换热器每个传热区域传热系数，取默认值。 
 
至此设置与输入参数完成，接下来可以进行模拟运算。 
 
2.7 运行结果查询 
 
（1）出口物流参数计算结果 
 
HeatX 简捷计算                                                                   10 
（2）热计算结果 
 
HeatX 严格校核                                                                    11 
3 HeatX 严格计算 
仍采用前面简捷模拟的例子，进行严格计算。严格模拟需要结构尺寸数据。 
 
设计条件 
 
烃物流 
温度：200℃、压力：0.4 MPa； 
流量：10000kg/hr； 
组成：苯 50%，苯乙烯 20%，乙苯 20%，水 10%。 
冷却水 
温度：20℃、压力：1.0 MPa； 
流量：60000 kg/hr。 
壳程烃出口气化分率为 0（饱和液相）。 
换热器结构尺寸 
壳程直径：lm； 
管程数：1； 
换热管：根数 300，长 3m，管心距 31mm，内径 21 mm，外径 25 mm； 
所有管嘴：100 mm； 
折流板：5 个，缺口 15%。 
 
3.1 定义流程 
 
 
3.2 定义组份 
 
同前，略。 
 
3.3 定义物性计算方法 
 
同前，略。 
 
3.4 定义物流 
 
同前，略。 
 
HeatX 严格校核                                                                    12 
3.5 RHeatX 单元模块定义 
 
单元操作模块
（Block）定义 
定义内容 
Setup 简捷或详细计算、流动方向、换热器压降、传热系数计算方法、膜系数 
Options 热侧和冷侧不同的闪蒸收敛参数和有效相态、HeatX 收敛参数和模块规定报告选项 
Geometry 壳程和管程的结构、翅片管、折流挡板、管嘴 
用户定义的子程序的参数来计算整个的传热系数、LMTD 、Fortran校正因子、管壁
液体滞留量、管壁压降 
User Subroutines 
Hot-Hcurves 热流的加热或冷却曲线表、浏览结果表 
Cold-Hcurves 冷流的加热或冷却曲线表、浏览结果表 
Block Options 替换这个模块的物性、模拟选项、诊断消息水平、报告选项的全局值 
Dynamic 动力学模拟的参数 
 
3.5.1 Block Setup 设置 
 
（1）Block Setup Specification 页 
Block Setup Specification  
Calculation 选择计算方法  
Shortcut 简捷计算  
Detailed 详细计算  
Hetran-Rigorous   
Type 模拟类型  
Rating 核算  
Design 设计计算 Detailed 不可选 
Simulation 模拟  
Flow arrangement 流程安排  
Hot fluid  热流体  
Flow direction  流动方向  
Exchanger specification 计算规定  
Specification 规定选择项  
Exchanger area 传热面积   
Minimum temperature approach 接近温度  
 
HeatX 严格校核                                                                    13 
 
 
（2）Block Setup LMD 页 
计算对数平均温差校正因子。LMTD 是平均温差，F 校正因子，校正偏离逆流流动的
程度。简捷算法中 F 是恒定的。 
 
Block Setup LMD  
calculation option LMTD 计算方法  
Constant LMTD 校正因子是常数  
Geometry 用换热器规定和物流性质计算LMTD校正因子  
User subroutine 提供一个用户子程序来计算LMTD校正因子  
 
HeatX 严格校核                                                                    14 
（3）Block Setup Pressure Drop页 
定义压降计算方法。HeatX 用 Pipeline 管线模型来计算管侧压降，可以设定压降关联
式和在Setup Pressure Drop 页上 Pipeline 模型使用的液体滞留量。 
 
Outlet Pressure 出口压力 必须输入物流的出口压力或压降 
Calculate from geometry  依据几何尺寸计算 换热器几何尺寸和物流性质计算压降 
Flow-dependent correlation 依据流体关联式计算压降 
 
 
 
管侧压降的关联式  
机理 关联式 
单相 Darcy定律 
两相 参看相关资料 
壳侧压降关联式  
机理 关联式 
单相弓形 Bell-Delaware 
单相圆盘形 Gentry 
两相弓形 具有两相流动的Grant关联式的Bell-Delaware方法 
两相圆盘形 Gentry 
 
（4）Block Setup U Methods 页 
定义总传热系数计算方法。严格法核算模型较简捷计算模型有Exchanger geometry，Film 
coefficients，User subroutine三个附加值。 
 
 
HeatX 严格校核                                                                    15 
Block Setup U Methods  
Selected calculation 
method 
选择计算方法 定  义 
Constant value 传热系数常数值 常数 
Phase-specific values 
换热器每个传热区域传热系数不同,指明热流和冷
流的相态 
每个区域一个常数值 
Power law expression 传热系数的看成物流流率的函数 幂率表达式 
Exchanger geometry 
依据几何尺寸和物流性质估算膜系数来计算传热
系数 
Geometry页参数 
Film coefficients 依据膜系数计算传热系数 Film Coefficients 页 
User subroutine 依据用户子程序来计算传热系数 子程序 
Scaling factor   
 U correction factor  传热系数校正系数  
 
这里规定Exchanger geometry，即依据几何尺寸和物流性质估算膜系数来计算传热系数。 
 
（4）Block Setup Film Coefficients 页 
选择计算传热膜系数的方法. 热流和冷流膜系数计算方法是互相独立的，可以选择任何
合适传热系数计算方法组合. 
 
Block Setup Film Coefficients  
Side   
Hot steam 热流侧  
Cold steam 冷流侧  
Hot / Cold steam film 
coefficient method 
冷/热物流传热膜系数计算方法  
HeatX 严格校核                                                                    16 
Constant value 用于整个换热器的传热膜系数为常数 常数值 
Phase-specific values 
换热器每个传热区域传热系数不同,指明热
流和冷流的相态 
每个区域一个常数值 
Power law expression 传热系数的看成物流流率的函数 幂率表达式 
Calculate from geometry 
依据几何尺寸和物流性质估算膜系数来计
算传热系数 
Geometry页参数 
 
3.5.2 Block Options 
使用Options Flash Options 闪蒸选项页输入闪蒸定义. 
要完成计算 固  体 设定有效相态对 选  项 
气相 Yes or No 仅气相 Vapor - only 
液相 Yes or No 仅液相 Liquid - only 
2-流体闪蒸相态 Yes or No 气-液 Vapor-Liquid 
3-流体闪蒸相态 Yes or No 气-液-液 Vapor-Liquid-Liquid 
3-流体相态游离水闪蒸 Yes or No 气-液-游离水 Vapor-Liquid-free water 
仅固体 Yes 仅固体 Solid - only 
 
HeatX 严格校核                                                                    17 
3.5.3 Block Geometry  
 
定义换热器结构。换热器结构指换热器内整个流动的型式，如果总传热系数、传热膜系
数或压降计算方法选择了Calculate From Geometry 选项，这些参数是必须的. 
 
（1）Block Geometry Shell 页 
定义壳程结构。 
 
Geometry Shell 
Shell side parameters  
TEMA shell type 换热器壳体类型，参看TEMA 壳体类型图 
No. of tube passes  管程数 
Exchanger orientation  换热器方向 
Number of sealing strip pairs  密封圈数 
Direction of tubeside flow  管程流动方向（垂直的换热器可选） 
Inside shell diameter 壳体内径 
Shell to bundle clearance 壳体与管束间空隙 
Tube in baffle window  折流板上管数排布 
 
 
 
 
 
 
TEMA 壳体类型图 
 
HeatX 严格校核                                                                    18 
 
 
（2）Block Geometry Tubes 页 
定义管程结构。 
 
Block Geometry Tubes  
Select tube type 选择管子类型  
Bare tube 光管  
Finned tube 低翅片管  
Tube layout 管子参数  
Total number 管子总数  
Length 管子长度  
Pattern 管子排列形式（见图）  
Pitch 斜度  
Material 管子的材质  
Conductivity 管子的导热系数（给定材质可由Aspen计算）  
Tube size 管子尺寸  
Actual 实际尺寸  
Inner diameter 内径  
Outer diameter 外径  
Tube thickness 厚度  
Nominal 名义尺寸  
 Diameter  
 Birmingham wire  
 Gauge（BWG）  
 
HeatX 严格校核                                                                    19 
 
 
管子排列形式 
 
 
 
对于低翅片管要在 Tube fins 页定义翅片尺寸. 低翅片管尺寸如图. 
 
 
   
（3）Block Geometry Baffles 页 
定义壳折流板的几何尺寸. HeatX 模型可以计算弓形折流板、圆形折流板的壳侧
值，需要的其它信息根据折流挡板的类型来确定. 这些信息有些不是必须定义的. 
Block Geometry Baffles 
Baffle type  
Segmental baffle 弓形折流板 
HeatX 严格校核                                                                    20 
Rod baffle 圆形折流板 
Baffle Cut 折流挡板的切口高度 
Shell- Baffle Clearance 壳壁到折流板的距离 
Tube- Baffle Clearance 管束到折流板外缘的距离 
 
 
 
弓形折流挡板几何尺寸图. 
 
 
 
对于圆形折流板信息如下： 
Rod Diameter： 圆盘直径 
Ring Outside Diameter： 环外径 
Ring Inside Diameter： 环内径 
Support rod Diameter：支承盘直径 
 
HeatX 严格校核                                                                    21 
（4）Block Geometry Nozzles 
   定义换热器接管尺寸。压降计算包括换热器进出口管处的压降计算.  
Block Geometry Nozzles  
Enter shell side nozzle diameters 输入壳程侧接管直径  
Inlet nozzle diameter 入口直径  
Outlet nozzle diameter 出口直径  
Enter tube side nozzle diameters 输入管程侧接管直径  
Inlet nozzle diameter 入口直径  
Outlet nozzle diameter 出口直径  
 
3.6 运行结果查询 
    物流计算结果。 
 
HeatX 严格校核                                                                    22 
换热器详细结果。 
 
    换热器结构参数。 
 
HeatX 严格校核                                                                    23 
 
 
热曲线作图。 
以气化分率作为 X 坐标，以温度作为 Y 坐标。 
选中 Vapor fraction 列，选择菜单 Plot/ X-Axis Variable。 
选中 Temperature 列，选择菜单 Plot/ Y-Axis Variable。 
 
HeatX 严格校核                                                                    24 
 
显示热曲线。选择 Plot/ Display Plot。  
    气化分率为 0 对应的温度（119.48℃）为泡点温度，气化分率为 1 对应的温度（150.67
℃）为露点温度。