(工艺技术)FRNC5PC工艺计算软件中文操作指南

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南

目录

1 总则 (3)

1.1主要应用 (3)

1.2相关标准及参考书籍 (3)

2 软件简介 (4)

2.1软件使用范围 (4)

2.1软件计算方法 (5)

2.1.1固定发热量（固定燃料量） (5)

2.1.2固定热负荷 (5)

3 输入部分 (6)

3.1燃烧室输入 (6)

3.1.1 Characteristic (6)

3.1.2 Furnace type (7)

3.1.3 Furnace dimension (7)

3.1.4 Flue Gas “Take-Off” (8)

3.1.5 The ID’s of Coil Sections in Firebox (9)

3.2对流室输入 (10)

3.2.1 Characteristic (10)

3.2.2 Internal Duct Dimensions (10)

3.2.3 Coil Section, Q-Bank, or Air Preheater ID (11)

3.3烟囱输入 (11)

3.3.1 Characteristic (11)

3.3.2 Geometry (12)

3.4管路输入 (12)

3.4.1 Geometry (13)

3.4. 2 Process fluid (13)

3.4.3 Geometry I (14)

3.4.4 Geometry II (14)

3.4.5 Additional data (16)

3.4.6 Additional data (17)

3.5炉管数据输入 (18)

3.5.1 General characteristics (18)

3.5.2 Fin type and diameter (19)

3.5.3 Fin data (20)

3.6物料数据输入 (20)

3.6.1 Process stream Characteristic (20)

3.6.2Condition (21)

3.7燃烧数据输入 (22)

3.7.1 Firing data (22)

3.7.2 Bridge wall temperature (23)

3.7.3 Fuel #1 (24)

3.8燃料数据输入 (25)

3.8.1 Identification (25)

3.8.2 Composition (26)

3.9热损失输入 (26)

3.10注入水蒸气/水数据 (27)

3.11Q-B ANK输入 (28)

3.12空气数据输入 (28)

3.13空气预热器输入 (29)

3.13.1 General Characteristic (30)

3.13.2 Specification (30)

3.14物理数据输入 (31)

3.14.1 自动生成的物理性质 (31)

3.14.2 直接输入的物理数据 (31)

3.14.3 仅仅生成的物理属性数据 (32)

4 输出部分 (32)

4.1输入数据的重现 (32)

4.2输入数据的处理 (32)

4.3物理属性数据的重现 (32)

4.4计算过程输出 (33)

4.4最终结果输出 (33)

1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 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.2009.5

2软件简介

FRNC-5PC软件是PFR公司的一款加热炉工艺计算软件，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

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 Furnace 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 ID’s 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90~99，Q-Bank在对对流室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D I和内径D E，软件输入的是几何直径D G，其公式如下：

D=

G

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 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1~5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1~5和K-LOSS

这一部分的输入只适用于对流室，它的输入是用来确定管排距离对烟气热交换的影响。如果输入的距离大于10倍管心距，那么烟气的湍流强度就会很低，如果空白或输入数据小于10倍管心距，那么湍流强度很大，热交换系数取最大值。

3.Non-Ideal Tube Bank

牛腿是连接在耐火墙上，隔一段伸出一段距离，它的作用是让烟气在对流室中有不同的流向，增加它的湍流强度，它的伸出长度有1/2管心距、1/2管排距。

3.4.6 Additional data

此处包含3处输入部分。

1. Type of Coil Section

炉管类型，

Radiant 辐射管，位于燃烧室，它的热量来源主要来自辐射传热。

Shock 光管，位于辐射室或对流室。

Neither 除了上面两种管子外的类型，位于对流室。

2.Location of Coil Section

炉管位置。此处输入只适用于燃烧室炉管，其位置有：耐火墙、炉顶、炉底、中心和中间耐火墙上。

3. Tube Center to Refractory Spacing Distance

炉管中心距耐火墙的距离。此处输入只适用于位置位于燃烧室墙、顶和底的辐射管和光管。

输入界面如下：

3.5炉管数据输入

炉管的各种数据在此处输入，最多允许20种管子数据的输入。不同的管路系统可以使用相同的管子ID号。

3.5.1 General characteristics

此处输入包括以下几部分。

1.管子ID号，此处ID号要与前面管路系统输入的ID号对应。

2.管子外径和平均管子厚度。

3. Overall and Effective Tube Length Per Tube

管子的总长度是用于计算压力降，管子的有效长度是用来计算管子传热有效表面积。

4. Tube Material Code

炉管材料，如果空白，那么软件默认为炉管材料为碳钢，炉管材料在输入不封闭可以用下拉菜单选择，这个选择是用来进行传热计算和进行炉管最高温度时的强度校核。

6.Tube Material Thermal Conductivity

炉管材料导热率。如果空白，软件默认为炉管材料导热率为上面选择材料的数据，如果想要修改，则软件采用修改后的数据

输入界面如下：

3.5.2 Fin type and diameter

此处输入包括以下几部分。

管子表面形状选择，其形状有：翅片管，锯齿型管和钉头管，其中管子的长度L、翅片或钉头的高度H、厚度D1、D2如下图所示，当选择的管表面形状不同时，上面的字母表示的意义不同，软件会在输入界面有提示。

输入界面如下图：