Aspen 模拟软件使用指南

第一章 开始运行Aspen Pinch

本章回顾了一个典型热集成研究案例。阐述了一个类似研究案例的各个步骤，以及如何在不同的阶段应用Aspen Pinch。同时，本章还介绍了Aspen Pinch界面，已经如何启动和推出Aspen Pinch。 一个典型的热集成案例

下图表示了一个典型的热集成案例研究的主要步骤以及相应阶段Aspen Pinch的特征。尽管本图看来是一个一次性完成的过程，但在实际过程中需要多次迭代来保证获得总体最优的结果。

一个热集成案例研究包含以下步骤： 1． 从你的流程中获取数据。

2． 建立公用工程消耗，能量消耗和投资费用的操作目标。 3． 作出一个换热网络的设计 4． 检查所设计换热网络的性能。 下面详细介绍这些步骤。 从你的流程模拟中获取数据

一个热集成研究是从获取流程的数据开始的。一个热集成研究所需要的数据包括每个流股的温度与热负荷信息。对于任一个公用工程的温度和费用信息都是必要的。如果你想作费用分析的话，就必须提供换热器的投资费用。

流股的数据可以直接从过程的物料与能量衡算获取。另外，流股数据也可以从Aspen Plus模拟或其他软件输入。输入数据可以运用Aspen Pinch 的数据输入功能、Aspen Plus接口或流股分段功能来实现。 建立目标函数

案例的下一个步骤是确定公用工程消耗、能量消耗和投资费用目标。对于一个新的换热网络设计可以运用Aspen Pinch的targeting 功能。换热网络的改造可以用retrofit targeting功能。对于从不同过程单元回收热量的总过程来说，我们可以运用Aspen Pinch的total site 功能。

当评价公用工程的费用与消耗时，你可能想研究一个公用工程系统的操作细节。Aspen Pinch具有热功模块来模拟公用工程的操作从而使你可以准确的预测公用工程系统的规模及大小。

此时，本热集成案例已经可以通过运用基础案例的操作条件来预测流程的最佳操作性能与费用。你还可以深入研究当操作条件发生变化时整个换热网络的性能如何发生变化。或许这些变化可以降低总的费用。你可以运用Aspen Pinch的targeting功能，例如负荷曲线，来评价流程的变化。 设计换热网络

热集成的下一步将从目标函数转移到设计上来。你可以设计一个新的换热网络，也可以对旧的换热网络进行改造设计。此时可以用Aspen Pinch的格子图和其他换热网络设计工具来完成你的设计。

所设计的网络中或许包含一些你想删除掉的小换热器。你可以使用Aspen Pinch的调优工具来删除任何类似的小换热器，从而降低总费用。

如何你要改造一个旧的换热网络的话，请使用Aspen Pinch的retrofit design功能，本功能采用了最小的“网络夹点”技术。 检查换热网络的性能

最后，你应该对你所设计的换热网络进行核算。运用Aspen Pinch的模拟/优化/核算功能你可以详细的计算换热器的几何细节。你可以使用Aspen Pinch来选择管长、管心距以及

折流板等。

如何你想检查网络的操作弹性－例如，物流入口温度的或总传热系数变化的影响－可以使用Aspen Pinch的flexibility功能。 理解项目与案例

每一个不同过程或工厂的研究被称为以Aspen Pinch project。而每个project可能会包含几个不同的操作工况，这些工况被称为cases。对于一个包含者几个过程单元的工厂的研究，每个过程单元都作为一个case。

当你运用Aspen Pinch 建立一个新项目时，你应该在磁盘上建立一个新的目录或文件夹，用来存储所有的项目和工况信息。

下图显示了一个典型的Aspen Pinch研究，以及项目和工况之间的关系。

如图1－2所示，所有的工况都存储在根目录CRUDE下。子目录FEED1和FEED2代表不同的进料工况。FEED1本身又含有两个不同的子目录SUMMER和WINTER。FEED2只含有一个工况MAXGAS。 工况树和继承数据

在Aspen Pinch中，工况以子工况和父工况的形式排列。如果Aspen Pinch需要的数据不存在于一个给定的工况时Aspen Pinch会自动在他的父工况中搜索（搜索从当前的目录到根目录结束）。这可以时一个项目所存储的数据达到最小。

例如，在图1－2这FEED1和FEED2是父工况，而SUMMER和WINTER,以及MAXGAS是子工况。

FEED1已经规定了物流、公用工程和DTmin数据。子工况SUMMER有自己的物流数据，但

第二章 使用项目、工况与数据

公用工程的类型：

某些公用工程只能与一些热功模块联合使用：如AIR,COAL,OIL,GAS,WORKST,COLDSTRAM,HOTSTRAM,ELEC等。另外的公用工程如BFWP,ECON,FFLUE,GTFLUE,HEAST,REFRIG,SGN和SUPER则即可联合使用也可单独使用。 DTmin

既可以直接设定DTmin，也可以在设定公用工程目标后，让程序计算DTmin。 换热器表

换热器表用来快速创建物流数据、公用工程数据、换热网络和全局公用工程（可以用来进行全局分析的公用工程信息）。

物流数据是近似的－在大部分情况下，物流的分段是在换热器附近产生的。换热器表经常被用来快速确定过程的节能潜力。

换热器表有两种格式，以换热器为中心和以物流为中心。两种格式可以用窗口下部的按钮来更换。输入数据时，必须首先输入换热器的名称或物流的名称，然后在输入其他数据。

输入新数据时应使用最高的空行，不要在各行数据之间留有空行，否则会丢失数据。 如果某一物流使用的是公用工程，则UT列的复选框必须被选择。

Upstream列用来确定网络的拓扑结构。在此输入本换热器物流所来自的换热器名称。你可以选择不止一个上游换热器，本列相当于一个加合器。当输入多个上游换热器时，他们的名称中间用分号隔开。

本表格有检查数据完整的功能，如果某一行有错的话，则以黄色来显示。在出错的单元放置鼠标时，状态栏会给出错误的原因。

可以用F1键来获取帮助。如果需要的话可以为一个换热器输入物流的分段数据。分段数据不出现在换热器为中心的视图中。 经济与费用数据

本部分介绍如何输入经济及投资费用

换热器费用数据－换热器投资费用，是换热面积的函数。用Heat Exchanger Cost对话框输入。

经济数据－年操作时间，寿命：利率或贷款。用Economic Data对话框输入。 壳程数目标数据

Aspen Pinch 用units（全逆流）或壳程数来确定面积目标或费用目标。只有规定了壳程数目标是才用壳程数来确定面积目标或费用目标。

第三章 确定新设计的目标

本章阐述了如下内容： 确定系统能量消耗目标；

为系统选择任意数目的冷热公用工程； 优化公用工程目标。 使用组合曲线

组合曲线可以用量确定系统的最佳热回收量。组合曲线能表示系统所有物流的总的加热或冷却剖面，是确定能量目标的基本工具。

本部分将介绍如下内容; 如何查看组合曲线； 如何获取平衡组合曲线； 如何应用两种组合曲线工具； 如何获得 组合曲线。 激活确定目标功能

开始使用组合曲线之前，你首先需要激活Aspen Pinch的目标确定功能。你可以从菜单栏选择Tools－Targeting，也可以直接单击工具栏的Targeting按钮。 更换Targeting的工具栏。 查看组合曲线

查看组合曲线可以单击工具条的相应按钮，也可以从菜单栏选择Targets－Composite curves。然后就会显示组合曲线。 平衡组合曲线

平衡组合曲线最基本的应用是辅助设计出满足工艺过程要求的最小费用公用工程系统及其与过程流股的最优匹配方案。

如果添加了公用工程，则可以查看包括公用工程在内的平衡组合曲线。关于如何添加公用工程的更多信息见P3－19的Placing Utilities。

可以从菜单栏的Options－Balanced Composites来查看平衡组合曲线，也可以直接从工具栏选择Show Utils按钮。当你选择这个功能后，组合曲线就会重新绘制来包括你所选则的任何公用工程。 转换温度后的组合曲线 查看、添加、删除夹点

你可以在组合曲线上查看、添加、删除夹点，对于优化公用工程来说，这种功能非常重要。如何添加夹点按钮是灰色的话，应首先显示夹点。 获取目标确定报告 报告工具

获取总组合曲线

组合曲线可以获取过程系统的总能量目标。然而确定单个公用工程的负荷时，就应该应用总组合曲线。 添加公用工程

当你获得总组合曲线后，你可以更换常用工具条 删除、添加、优化公用工程。 公用工程的优化

优化公用工程的负荷是为了解决什么问题？ 优化公用工程的步骤：

（1）select targets – utility placement – auto place – at 1 deg C.

（2）select targets – optimize –auto optimization utilities.-选择能量体-优化。 （3）浏览自动优化结果： select targets – optimize – auto optimize report 优化DTmin又是要解决什么问题？

最小温差是换热网络综合中的一个关键因素。其中夹点温差越小，运行能量费用越少，但夹点温差越小，会造成网络投资费用的增加。因此当系统物流和经济环境一定时，存在一个使总费用最小的温差，称为最优夹点温差。换热网络的综合应在此最优夹点温差下进行。 最优夹点温差的确定方法:

1. 根据经验确定，此时需考虑公用工程和设备投资的价格、换热工质、传热系数、操作弹

性等因素的影响。

2. 在不同的夹点温差下，综合出不同的换热网络，然后比较各网络的费用，选取总费用最

低的网络所对应的夹点温差。优点是可以得到最优夹点温差，但工作量太大。 3. 在换热网络综合以前，依据冷热负荷焓线，通过数学优化估算最优夹点温差。

A． 输入物流和费用等数据，指定一个DTmin。 B． 作出冷热负荷曲线。

C． 求出能量目标Qh和Qc、换热单元数目标Umin和面积目标A。 D． 计算总费用目标。

E． 判断是否达到最优，若是则输出结果，否则改变DTmin重新计算。

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