第1章换热器设计软件介绍与入门孙兰义2014-11-2主要内容1 ASPEN EDR软件1.1 Aspen EDR简介1.2 Aspen EDR图形界面1.3 Aspen EDR功能特点1.4 Aspen EDR主要输入页面1.5 Aspen EDR简单示例应用2 HTRI软件2.1 HTRI简介2.2 HTRI图形界面2.3 HTRI功能特点2.4 HTRI主要输入页面2.5 HTRI简单示例应用Aspen Exchanger Design and Rating（Aspen EDR）是美国AspenTech 公司推出的一款传热计算工程软件套件，包含在AspenONE产品之中。
Aspen EDR能够为用户用户提供较优的换热器设计方案，AspenTech 将工艺流程模拟软件和综合工具进行整合，最大限度地保证了数据的一致性，提高了计算结果的可信度，有效地减少了错误操作。
Aspen7.0以后的版本已经实现了Aspen Plus、Aspen HYSYS和Aspen EDR的对接，即Aspen Plus可以在流程模拟工艺计算之后直接无缝集成转入换热器的设计计算，使Aspen Plus、Aspen HYSYS流程计算与换热器详细设计一体化，不必单独地将Aspen Plus计算的数据导出再导入给换热器计算软件，用户可以很方便地进行数据传递并对换热器详细尺寸在流程中带来的影响进行分析。
Aspen EDR的主要设计程序有：①Aspen Shell & Tube Exchanger：能够设计、校核和模拟管壳式换热器的传热过程②Aspen Shell & Tube Mechanical：能够为管壳式换热器和基础压力容器提供完整的机械设计和校核③HTFS Research Network：用于在线访问HTFS的设计报告、研究报告、用户手册和数据库④Aspen Air Cooled Exchanger ：能够设计、校核和模拟空气冷却器⑤Aspen Fired Heater：能够模拟和校核包括辐射和对流的完整加热系统，排除操作故障，最大限度的提高效率或者找出潜在的炉管烧毁或过度焦化⑥Aspen Plate Exchanger ：能够设计、校核和模拟板式换热器；⑦Aspen Plate Fin Exchanger：能够设计、校核和模拟多股流板翅式换热器Aspen Shell & Tube Exchanger用于管壳式换热器的详细模拟和优化设计，是新一代传热动力学模拟、设计软件。
其前身是HTFS系列软件中的TASC软件，TASC是世界上非常优秀的管壳式换热器软件，早在80年代初就已进入中国，以计算准确性和工程实用性而闻名。
归入Aspen EDR体系的TASC软件功能更强，将所有管壳式换热器集为一体，融合了传热计算和机械强度计算，可用于多组分、多相流冷凝器，釜式再沸器，降膜蒸发器，多台换热器组等多种型式管壳式换热器的设计，并提供管束排列图。
考虑到管壳式换热器是应用最广泛的换热器型式，所以将着重对Aspen Shell&Tube Exchanger管壳式换热器的热力设计进行介绍，下文中的Aspen EDR如无特别说明，均指Aspen Shell&Tube Exchanger软件。
1.2 Aspen EDR图形界面Aspen EDR的计算模式Design（设计）回答了“怎样的换热器能够满足给定的工况需要”。
最关键的结果是换热器的几何信息。
Rating/Checking（校核）回答了“这台换热器能否达到这样的热负荷”。
需要设定热负荷，同时给出流体入口条件和压降估计值，软件会确定某台特定的换热器是否有足够的换热面积以满足用户要求，同时计算流体的实际压降。
Simulation（模拟）回答了“这台换热器能够达到多大的热负荷”。
需要提供换热器尺寸和大致估算的热负荷，通常将换热器尺寸和进料热/冷流体条件以及流量固定，软件会计算出另一股流体的条件以及相应的热负荷。
Find Fouling（最大污垢热阻）回答了“对于已知的换热器，多大的污垢热阻值能够使其达到需要的热负荷”。
之所以命名为最大污垢热阻是指该污垢热阻值是该换热器在现有换热能力下污垢热阻的最大数值。
理论基础: Q=UA∆t（Q-热负荷，U-传热系数，A-换热面积，∆t-传热温差）Aspen EDR的计算方法标准算法是首先规定一系列壳侧的焓/压力点，然后结合相对应的管侧的点来确定这些焓/压力点的位置。
高级算法是首先定义换热器内的一系列位置，然后计算壳侧及管侧流体流经这些点的状态（焓和压力）。
一般来说，标准算法和高级算法计算出来的结果是相似的，但在计算末端空间较大的换热器时，推荐采用高级算法。
Aspen EDR的物性数据来源物性计算的一般步骤：选择物性数据库－定义组分－指定组分分率－选择物性计算方法－指定温度、压力范围－规定间隔点个数（将温度区间分成多少个点）－获得物性数据。
Aspen EDR自身带有庞大的纯组分物性数据库，为用户提供四种物性数据库●软件默认的B-JAC Databank●油气加工领域中处于领先地位的物性数据库COMThermo●Aspen Properties●需要用户自行输入物性数据的User specified properties选项Aspen EDR的许多输入项都有缺省值，这些缺省值以红色显示，需要用户输入的数据项的背景为青绿色。
每次输入或者改变输入项的值，程序会自动检查输入项是否合理和完整，如果输入的值合理，则背景为无色，如果用户输入一个不符合常规的数值，数值项的背景会以暗红色显示以进行警告。
窗口底部的状态栏中会显示当前程序的状态和输入框的状态：，第一项用于观察输入是否完成，第二项用于表示当前的输入和计算结果是否吻合，第三项用于表示结果是否可以显示。
下面对一些主要的输入界面进行介绍：用项，主要用等选项。
污垢热阻等。
等参数。
Shell/Heads/Flanges/Tubesheets（壳体/封头/法兰/管板类型）窗口主要用于设置壳体、管箱、封头、法兰和管板类型，部分基本的选项与Geometry Summary界面重复，包括四个子界面，Shell/Heads用于设置壳体的各项参数，Covers用于设置管箱端盖的各项参数，Tubesheets用于设置管板的类型和各项参数，Flanges页面用于设置法兰的类型。
列方式等。
度等。
、管程数等。
、方位等。
面高度等。
例1.1设计一台单相水平放置的BEM管壳式换热器，用燃料油预热锅炉给水，工艺数据和物性数据见下表。
工艺数据和物性数据工艺流体冷流体（Boiler Feedwater）热流体（Fuel Oil）单位总质量流率进/出口温度进/出口密度比热进/出口粘度进/出口导热系数进口压力（绝）允许压降污垢热阻5910050/165.3501.50.000088284000213/168879.4/909.82.34/2.181.94/3.370.1/0.1071210.0005kg/h℃kg/m3kJ/kg·KmPa·sW/m2·Kbarbarm2·K/W1.建立和保存文件（1）依次点击开始|所有程序|Aspen Tech|Exchanger Design and Rating V8.0|Exchanger Design and Rating User Interface，点击菜单栏中的File|New，或者点击菜单栏上的图标，出现如下的页面。
（2）选择New子页面下的第一项Shell&Tube Exchanger（Shell&Tube），点击OK，进入Shell&Tube|Console页面，在Console页面可以设置和浏览主要的设计参数，并可以在运行后浏览所设计的换热器的主要参数和草图，在此页面中的选项均有缺省值。
本题选择在专门的输入页面输入数据。
（3）点击File|Save As，选择保存位置，输入文件名称，本题中，将文件名设为Example1.1_Single phase heat exchanger_BEM_Design.EDR，点击保存文件。
2.初始设置（1）点击工具栏下的单位设置下拉列表，选择SI；也可以从菜单栏中，点击Tool|Program Settings，在General页面下，将SI度量单位设置为默认，即Unit of Measure项下的Default set of the units of measure选择SI，然后点击OK即可。
这样设置后，在之后的管壳式换热器计算中，SI度量单位将成为默认单位制。
（2）在数据浏览区点击进入Input|Problem Definition|Application Options|Application Options页面，在General下，将Calculation mode选项设为Design（设计模式），将Location of hot fluid选项设为Tube side，其余选项保持默认设置。
3.输入工艺数据点击进入Input|Problem Definition|Application Options|Process Data 页面，或者点击工具栏的Next按钮，输入工艺数据：4.输入物性数据点击进入Input|Property Data|Hot Stream Compositions|Composition 页面，或者点击下一步按钮，输入热流体的物性，因为热流体组分未知，且题中给出了热流体的物性数据，所以，用自定义的方法得到热流体的物性数据。
在Physical property package的下拉列表中选择User specified properties选项。
点击进入Input|Property Data|Hot stream Properties|Properties页面，或者点击下一步按钮，输入两个温度下的物性数据；此题只给出了一个压力下的物性数据，故在Pressure Levels框点击选中第二个压力数据，然后点击Delete Set按钮，将软件默认的第二个压力删除。
点击进入Input|Property Data|Cold Stream Compositions|Composition 页面，或者点击下一步按钮，输入冷流体的物性。
冷流体为较简单的纯物质水，在此选择软件默认的B-JAC数据库。
点击Databank按钮，出现Search Chemical Components页面，找到所需的组分Water，点击选中，然后点击Add按钮，最后点击OK按钮。
点击进入Input|Property Data|Cold Stream Properties|Properties页面，点击Get Properties按钮，程序将在默认的压力和温度范围内计算水的物性。