FRNC-5PC工艺计算软件中文操作指南

FRNC-5PC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 .............................................................. . (8)

3.1.4 Flue Gas “Take-

Off” .................................................................. (9)

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 ............................................................. . (11)

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 ..................................................................... (15)

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 FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第1页共33页

3.5.3 Fin

data ................................................................... .. (20)

3.6物料数据输

入 ..................................................................... .. (21)

3.6.1 Process stream

Characteristic ......................................................... .. (21)

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 ............................................................ .. (24)

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 ..................................................................... (27)

3.10注入水蒸气/水数

据 ..................................................................... (27)

3.11Q-BANK输入...................................................................... .. (28)

3.12空气数据输

入 ..................................................................... (29)

3.13空气预热器输

入 ..................................................................... .. (30)

3.13.1 General

Characteristic ......................................................... (30)

3.13.2

Specification .......................................................... . (30)

3.14物理数据输

入 ..................................................................... (31)

3.1

4.1 自动生成的物理性

质 ..................................................................... . (32)

3.1

4.2 直接输入的物理数

据 ..................................................................... . (32)

3.1

4.3 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 ..................................................................... . (33)

4.3物理属性数据的重

现 ..................................................................... .. (33)

4.4计算过程输

出 ..................................................................... .. (33)

4.4最终结果输

出 ..................................................................... .. (33)

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第2页共33页

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

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第3页共33页

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:

常压炉重整炉减粘炉余热回收和蒸汽发生炉润滑油馏分油和蜡加热炉

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:

综合工艺过程多个燃烧室对流室部分管道

烟囱 FRNC-5PC软件的计算范围包括:

辐射及全炉热效率火墙温度各部位烟气温度辐射及对流热强度管壁金属温度翅片或顶头尖端温度

它是一个科学、节省时间的高效软件。

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第4页共33页

减压炉焦化炉煤炭液化炉重沸炉热解炉

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、预多个盘管布局多个管路和翅片类型转油线流体形态配件两相流流型两相流沸腾形式两相流传热及压降烟气侧传热及抽力露点腐蚀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，

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:

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第5页共33页

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FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第6页共33页

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:

FRNC-5PC

工艺计算软件操作指南

第7页共33页

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

第8页共33页

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:

FRNC-5PC

工艺计算软件操作指南第9页共33页

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.

FRNC-5PC

工艺计算软件操作指南

第10页共33页

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。

FRNC-5PC

工艺计算软件操作指南第11页共33页

3.3.2 Geometry

为了避免不同的外径DI和内径DE，软件输入的是几何直径DG，其公式如下:

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:

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南

第12页共33页

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:

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第13页共33页

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. 炉管第14页共33页

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。

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第15页共33页

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:

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第16页共33页

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。

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第17页共33页

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

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第18页共33页

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:

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第19页共33页

3.5.3 Fin data

此部分输入有以下几部分。每单位长度上翅片和钉头的数量;每环上翅片和钉头的数量;翅片和钉头的材料(默认为碳钢);翅片和钉头的热导率;翅片和钉头和光管的粘合抗力;每单位长度上伸出部分的面积。

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第20页共33页

3.6物料数据输入

最多10组不同的物料数据可以输入，物料速度和进出口条件(温度、压力蒸汽百分比和焓)可以输入，不同的物料可以有相同的物理属性，软件提供“固定燃烧速率”和“固定热负荷”两种计算方法。

3.6.1 Process stream Characteristic

本部分包括以下输入。

1. 物料ID号，此部分要与前面的管路系统的输入的ID号一致。

2. 物料状态，有固定出口状态、固定入口状态和固定出入口状态三种。其中固定出口状态

时，软件计算入口状态;固定入口状态时，软件计算出口状态。固定出入口状态，且前面的热负荷没有输入时，那么程序变成固定热负荷计算方法;如果固定出入口状态和前面的热负荷都输入时，软件会根据出入口状态进行计算，并会把计算结果与输入的热负荷进行比较，如果两者之间相差1%时，软件会特别进行报告。

3. 物料速率，此处输入部分必须输入，如果蒸汽注入到物料中，那输入物料速度时不包括注入的蒸汽量。

4. 热负荷输入。输入此部分软件变为固定热负荷模拟。

5. 污垢阻力。如果管子光洁，那么此部分空白，如果输入数据，那么这个数据会加到每跟炉管上面，这个数据在计算炉管热交换时起作用。

3.6.2Condition

此部分包含物料的温度、压力、焓和蒸汽质量四部分的输入。其中物料的出口FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第21页共33页

状态必须输入，如果进口状态不输入，软件会计算出一个宽松的结果;如果物料的P、T、H都输入时，软件会使用P、H而忽略T。

输入界面如下图:

3.7燃烧数据输入

每一个燃烧室对应一个燃烧输入，燃烧输入部分包括下面几部分:

燃烧速率或燃料流速

燃烧情况:过剩空气系数和混合空气温度

最多四种燃料数据的输入

燃气离开燃烧室的温度

3.7.1 Firing data

此部分包含以下输入:

1. ID号，此部分的ID号要与燃烧室的一一对应。

2. 燃烧速率。燃烧室的燃料速率根据燃料燃烧的低发热量(LHV)来输入。如果燃烧速率输入，而前面没有指定为固定热负荷时，软件就变成固定燃烧速率的模拟计算，如果前面指定为固定热负荷时，则此处输入被忽略，它的作用为粗略计算。

3. 过剩空气系数的输入。过剩空气系数对于燃烧室的燃烧效率有很大作用，对于气体燃料它的范围最好位于10~15%，对于液体燃料，它的范围最好为20-30%，它的选取与空气中氧的含量有关，也可根据烟气中氧的含量进行选取，其选取数据图片如下:

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第22页共33页

4. 进入燃烧室的空气温度。如果空白，软件默认为200C，如果加热炉有空气预热器(APH)，那么此部分应输入空气离开预热器时的温度。注意:每一个新的空气温度对应一个烟气流速。

输入界面如下:

FRNC-5PC工艺计算软件操作指南第23页共33页

3.7.2 Bridge wall temperature

这一温度指的是离开辐射传热的燃烧室时烟气的温度。软件通过迭代计算的方法计算出这

一温度。如果一个正确假设的温度输入，那么将会对软件进行后面的传热计算有很大帮助。

输入界面如下

;

3.7.3 Fuel #1

对于每一个燃烧室，一共四种燃料的数据可以输入，此部分的输入包含以下几方面的输入:

1. 燃料的ID号，如果用户要输入混合燃料，那么就需要在后面的FUEL DATA 输入界面输入数据，此处的输入ID要与后面的FUEL DATA里的ID对应.

2. 燃料温度输入。