آشنایی با نرم افزار Aspen Hetran

[P O U R I A]

نرم افزار Aspen Hetran برنامه ای برای طراحی ، ارزیابی .و شبیه سازی مبدل های پوسته و لوله در کلیه کاربردهای صنعتی نظیر انتقال حرارت بدون تغییر فاز ، میعان و تبخیر می باشد.

1- در حالت طراحی ( Design Mode ) ، نرم افزار مبدل حرارتی بهینه را با بار حرارتی مشخص و با در نظر گرفتن محدوده های افت فشار مجاز ، سرعت ، قطر پوسته ، طول لوله و دیگر محدودیت هایی مشخص شده ، طراحی می نماید.

2- در حالت ارزیابی ( Rating Mode ) ، نرم افزار کارآیی یک مبدل موجود ( ساخته شده ) را در شرایط عملیاتی مورد نظر بررسی می کند. در این حالت نرم افزار مشخص می کند که آیا سطح انتقال حرارت موجود در شرایط مورد نظر اهداف را برآورده می سازد یا خیر.

3- در حالت شبیه سازی ( Simulation Mode ) ، نرم افزار با مشخص کردن ساختار مبدل و شرایط ورودی ها ، شرایط جریان های خروجی را پیش بینی می کند.


نرم افزار Aspen Hetran دارای بانک اطلاعاتی وسیعی است که می توان از اطلاعات آن به عنوان پیش فرض استفاده نموده و بدین طریق امکان راحی با حداقل داده های ورودی را فراهم ساخت. برای حالت پیچیده که همراه با تغییر فاز در سیال خروجی است ( میعان و یا تبخیر ) ، برنامه نیاز به داده های تعادلی بخار – مایع و خواص ترموفیزیکی در گستره دمای عملیاتی دارد که به دو طریق می توان این نیاز را برآورده ساخت :

1- به طور مستقیم توسط طراح وارد شود
2- نرم افزار به صورت خودکار داده های تعادلی مایع و بخار را محاسبه کند

نرم افزار قادر به طراحی مکانیکی اولیه برای مشخص کردن ضخامت پوسته و کلگی ها می باشد. همچنین ضخامت صفحه لوله را به صورت تخمینی معین می کند ولی طراحی مکانیکی دقیق توسط Aspen Hetran انجام نگرفته و توسط برنامهAspen Teams - که به راحتی می توان از محیط Hetran وارد آن شد - انجام می پزیرد.
نرم افزار Hetran تمامی انواع مبدل های استاندارد TEMA را پوشش می دهد ، بنابراین با استفاده از آن میتوان کلیه مبدل های TEMA را طراحی نمود. این نرم افزار شامل استاندارهای ANSI ، DIN و ISO نیز می باشد. برنامه Aspen B-jac برآوردی از هزینه ساخت و هزینه تغییرات طراحی را نیز ارائه می دهد. برنامه برآورد هزینه تولید مبدل ، مشابه بانک اطلاعاتی Qchex عمل می نماید.

نرم افزار Aspen Hetran یک برنامه هوشمند است به این معنی که امکان ارزیابی تغییرات طراحی را در حین اجرای برنامه فراهم کرده و طراح را در وارد کردن داده های ورودی ، محاسبات ، نمایش نتایج ، تغییرات طراحی و پرینیت خروجی های مورد نظر ، راهنمایی می نماید.

 

[P O U R I A]

نحوه کار نرم افزار Hetranدر حالت طراحی

نحوه کار نرم افزار Hetranدر حالت طراحی

نحوه کار نرم افزار Hetranدر حالت طراحی

نرم افزار Hetranدر حالت طراحی به جستجوی ساختارهای مناسبی برای مبدل می پردازد تا شرایط عملیاتی مورد انتظار را فراهم کند. در این جستجو نرم افزار از برخی متغیرهای هندسی به عنوان متغیرهای تصمیم گیری استفاده می نماید. در نهایت آنچه نرم افزار به عنوان نتیجه نهائی ارائه می دهد مجموعه ای از مبدل ها با ساختارهای متفاوت است که هر یک از آنها می تواند شرایط عملیاتی مورد نیاز را پوشش دهد ( نرم افزار به طور اتوماتیک مبدلی با هزینه کم را به عنوان یکی از نتایج گزارش میدهد ). لذا در این میان وظیفه طراح میباشد که با استفاده از علم مهندسی خود مبدل خاصی را به عنوان بهترین مبدل انتخاب کند.




نرم افزار Hetranموارد زیر را در طراحی به عنوان تابع هدف در نظر می گیرد :
· سطح انتقال حرارت کافی برای بار حرارتی مورد نظر
· محدودیت افت فشار در دو بخش پوسته و لوله
· ابعاد امکان پذیر و معقول
· دامنه سرعت سیال قابل قبول برای دو بخش پوسته و لوله
· محدودیت های عملی ساخت
علاوه بر توابع هدف بالا ( که بهتر است گفته شود محدودیت ) ، نرم افزار Hetran هزینه نهایی ساخت مبدل و همچنین وضعیت مبدل را از لحاظ لرزش ، برای تمامی مبدل هایی که در نهایت ارائه کرده است ، بعنوان یکی از نتایج ( بصورت مزایا و یا معایب ) اعلام می نماید. دانستن این نکته حائز اهمیت است که نرم افزار در انتخاب و ارائه مبدل هایی که برای شرایط عملیاتی مورد نظر پیشنهاد کرده است دو فاکتور بالا را دخالت نداده ، و این وظیفه بر عهده طراح می باشد.
به عنوان مثال بیش از 30 پارامتر مکانیکی وجود دارد که بطور مستقیم و غیر مستقیم بر روی طراحی مبدل پوسته و لوله تاثیر می گذارد. بررسی ترکیبی این متغیرها کاری دشوار و در برخی موارد امکان ناپذیر است. علاوه بر این دامنه قابل قبول برخی از متغیرهای طراحی به ملاحظات فرآیندی و هزینه ای بستگی دارد ( برای مثال اهمیت و هزینه تمیزکاری ). بنابراین نرم افزار Hetran در جستجو ، تنها از برخی متغیرها که از فرآیند ، عملیات ، نگهداری و ملاحظات ساخت مستقل باشند ، بعنوان متغیرهای تصمیم گیری استفاده می نماید. در زیر لیست متغیرهای مذکور آورده شده است. در ادامه نحوه بهینه سازی پارامترهای تصمیم گیری توسط برنامه توضیح داده می شود.
· قطر پوسته ( Shell diameter )
· فضای بین بافلها ( Baffle spacing )
· نوع آرایش مسیرها ( Pass layout type )
· طول لوله ( Tube length )
· تعداد بافلها ( Number of baffles )
· تعداد مبدل هایی که به باید طور موازی به کار گرفته شوند ( Exchangers in parallel )
· تعداد لوله ها ( Number of tubes )
· تعداد مسیرهای لوله ( Tube passes )
· تعداد مبدهایی که باید به طور سری به کار گرفته شود (Exchangers in series )

 

[P O U R I A]

بهینه سازی قطر پوسته
یکی از متغیرهای بسیار مهم در حالت طراحی ، قطر پوسته می باشد. برنامه بهینه سازی نرم افزار ، کوچکترین قطر لازم را برای تامین سطح مورد نیاز انتقال حرارت ، افت فشار مجاز پوسته و حداکثر سرعت مجاز سیال پوسته جستجو می کند. محدوده جستجو از مینیمم قطر شروع میشود و در صورت برآورده نشدن شرایط ، قطر با یک گام معینی افزایش خواهد یافت.

---

بهینه سازی فاصله بافل ها
نرم افزارHetran ، مینیمم فاصله مرکز به مرکز بافل ها را طوری تعیین می کند که در آن حداکثر افت فشار مجاز و حداکثر سرعت مجاز پوسته رعایت شده و در عین حال با افزایش سرعت پوسته موجب افزایش ضریب فیلم حرارتی شود. افزایش سرعت سیال پوسته موجب کاهش جرم گرفتگی نیز خواهد شد ولی این مساله جزء متغیرهای بهینه سازی نمی باشد.

---

بهینه سازی تعداد بافل ها
نرم افزار Hetran ، ماکزیمم تعداد بافل هایی را که می توان بین مسیر دو نازل ورودی و خروجی پوسته قرار داد جستجو می نماید. از آنجا که موقعیت دقیق نازل های ورودی و خروجی را طراحی مکانیکی مشخص می کند ، نرم افزار با تخمین اولیه ضخامت صفحه لوله ها و هم چنین ضخامت رینگ فلنج ها ، تعداد مورد نیاز بافل ها را تعیین می نماید. مقدار عدد بدست آمده ، مجموع بافل ها و نگهدارنده ها می باشد.

---

بهینه سازی طول لوله
در حالت طراحی، هر بار که قطر پوسته تغییر می کند ، متناسب با آن کمترین طول لوله مطابق با استاندارد موجود انتخاب می گردد.

---

بهینه سازی تعداد گذرهای لوله

نرم افزار Hetran ، ماکزیمم تعداد مسیرهای لوله را طوری تعیین می کند که حداکثر فشار مجاز و حداکثر سرعت رعایت گردد. با افزایش تعداد مسیرهای لوله ، سرعت در بخش لوله ها افزایش یافته و در نتیجه ضریب انتقال فیلمی داخل لوله ها افزایش می یابد. ماکزیمم تعداد مسیرهای لوله معمولاً تابعی از قطر پوسته و قطر خارجی لوله هاست. همچنین این متغیر می تواند تابعی از نوع سرویس بخش لوله ها و کلگی عقب باشد. به عنوان مثال برای کلگی نوع W تنها دو گذر لوله باید استفاده شود ، همچنین برای کندانسورهایی که سیال ، داخل لوله کندانس می گردد ، حداکثر باید از دو گذر لوله استفاده کرد.

---

بهینه سازی تعداد لوله ها

برنامه Hetran ، از یک برنامه جهت طراحی صفحه لوله استفاده می کند( این برنامه در نرم افزار Ensea نیز بکار برده می شود). با استفاده از این برنامه تعداد دقیق لوله محاسبه می گردد برنامه با تغییر آرایش مسیرهای لوله و انجام آنالیز آن ، بیشترین تعداد لوله را در یک صفحه لوله طراحی می نماید.

---

بهینه سازی مبدل های سری
زمانی که قطر پوسته و طول لوله از مقدار استاندارد بیشتر شد و برنامه به دلیل کم بودن سطح انتقال حرارت نتوانست به جوابی همگرا گردد ، بطور اتوماتیک از طرف برنامه یک مبدل به صورت سری به مبدل اول افزوده می شود. استفاده از این مبدل زمانی انجام می شود که MTD به زیر 0.7 ( یا به مقدار تعیین شده طراح ) کاهش یابد. لازم به ذکر است که منظور از مبدل سری همان پوسته های سری می باشد.

---

بهینه سازی مبدل های موازی
زمانی که قطر پوسته مبدل از ماکزیمم مقدار خود تجاوز نماید و همچنین طول لوله به مینیمم طول استاندارد خود برسد ولی حداکثر افت فشار مورد انتظار رعایت نگردد ، برنامه بطور خودکار مبدل را بطور موازی ( پوسته موازی ) طراحی خواهد نمود.

---

محاسبات نازل
در صورتی که قطر نازل ها به عنوان ورودی از طرف طراح وارد نگردد ، برنامه بر اساس ماکزیمم سرعت ، قطر نازل ها را تعیین خواهد نمود.

---

کمترین سرعت سیال
اگرچه برنامه Hetran مینیمم سرعت را به عنوان یک ورودی دریافت می کند ، اما این ورودی بطور مستقیم جزء محدودیت های بهینه سازی قرار نمی گیرد. از سوی دیگر برنامه با افزایش سرعت سیال ( نه بطور مستقیم- مثلاً با قرار دادن بافل بیشتر ) در محدوده افت فشار مجاز ، سعی در افزایش ضریب انتقال حرارت فیلمی و کاهش سطح مبدل دارد. نرم افزار ، ورودی طراح را برای سرعت مینیمم ( یا مقدار پیش فرض سرعت مینیمم ) با سرعت محاسبه شده مقایسه کرده و بعنوان هشدار چاپ می نماید.

---

بیشترین سرعت سیال
دانستن حداکثر سرعت مجاز در داخل پوسته و لوله برای طراح بسیار مهم است. انتخاب صحیح ماکزیمم سرعت سیال برای قسمت پوسته ، از لرزش مبدل جلوگیری کرده و احتمال سایش و خستگی مکانیکی لوله ها را می کاهد. همچنین برای بخش لوله کار کردن زیر سرعت ماکزیمم موجب محدود شدن سایش لوله و کاهش فرسایش اتصالات لوله به صفحه لوله میشود. در صورتی که ماکزیمم سرعت به عنوان ورودی در اختیار نرم افزار قرار نگیرد ، یک مقدار پیش فرض که مستقل از جنس لوله است ، برای آن محاسبه می شود.

همانطور که در بالا اشاره شد ، متغیرهای دیگری نیز وجود دارند که بر روی طراحی مبدل تاثیر گذار می باشند اما در توابع هدف و محدودیت های مدل طراحی مبدل نقش ندارند و این وظیفه مهندس طراح است که با توجه به محدودیت های موجود و تجربیات شخصی خود این متغیرها را تعیین نماید ( لازم به ذکر است که برای این متغیرها نرم افزار معمولاً مقدار پیش فرضی را دارد).
متغیرهای دیگر که تصمیم گیری در مورد آنها بر عهده طراح است عبارتند از : نوع پوسته ، قطر خارجی لوله ، نوع کلگی عقب ، گام و آرایش لوله ها ، اندازه نازل ، نوع لوله ، تعیین موقعیت مبدل، نوع صفحه لوله ، نوع بافل ، مواد ، برش بافل ، تخصیص سیال، ضخامت دیواره لوله

 

[P O U R I A]

محیط نرم افزار Aspen Hetran

محیط نرم افزار Aspen Hetran

محیط نرم افزار Aspen Hetran
در شاخه Hetran ، دو زیر شاخه اصلی Input و Results وجود دارد که هر یک نیز دارای زیر شاخه های مربوط به خود است. در شاخه Input ، نرم افزار اطلاعات مورد نیاز جهت طراحی را از طراح دریافت خواهد نمود. این اطلاعات شامل موارد زیر است :
· تعریف مساله ( Problem Definition )
· اطلاعات خواص فیزیکی ( Physical property data )
· ساختار مبدل ( Exchanger Geometry )
· داده های طراحی ( Design data )
· تنظیمات برنامه ( Program Options )

---

تعریف مساله ( Problem Definition )
اولین اطلاعاتی که لازم است در اختیار نرم افزار قرار گیرد تعریف مساله ای است که قرار است طراحی برای آن انجام گیرد. در شاخه تعریف مساله ، اطلاعات لازم در قالب سه فرم زیر دریافت می گردد :
· فرم توضیحات ( Description Form )
· فرم انتخاب نوع سیستم مورد مطالعه ( Application options Form )
· فرم داده های فرآیندی ( Process data Form )

فرم توضیحات شامل سه زیر شاخه می باشد :
سربرگ ( Heading ) ، نام جریان ها ( Fluid name ) و ملاحظات ( Remarks ). هدف از این بخش وارد کردن اطلاعاتی است که مبدل در فرآیند با آنها شناخته می شود. این اطلاعات شامل نام و محل شرکت ، مشخصات سرویس ، ID مربوط به مبدل ، تاریخ ، شماره Revision و نام سیال بخش پوسته و لوله می باشد که معمولاً در بالای برگ داده ها ( Data sheet) نوشته می شود. همچنین در این بخش سه سطر برای تذکرها و توضیحات وجود دارد که باید توضیحات لازم وارد شود.

هدف از فرم Application options تعیین موارد زیر است :

- نوع فرآیند موجود در دو بخش پوسته و لوله
- نحوه محاسبه موارد ویژه تبخیر و کندانس شدن ( در صورت وجود )
- نوع کندانسور و یا تبخیر کننده ( در صورت وجود )
- حالت نرم افزار
- تعیین سیال پوسته و لوله
شاخه انتخاب نوع سیستم مورد مطالعه دارای گزینه های مختلفی به صورت زیر است :

الف- گزینه های طرف گرم ( Hot side application ) :

· مایع ، بدون تغییر فاز ( Liquid no phase change )
· گاز ، بدون تغییر فاز ( Gas no phase change )
· میعان محدوده باریک ( Narrow range condensation )
این مورد تمام حالت هایی را که ضریب فیلم طرف میعان در محدوده دمایی ، تغییر قابل ملاحظه ای نداشته باشد شامل می شود. بنابراین با فرض خطی بودن پروفایل میعان می توان محاسبات را انجام داد. این مورد برای حالت های میعان در دمای ثابت و میعان چند جزئی بدون اجزای غیر قابل میعان که تغییرات دمایی محدوده میعان کمتر از 6 درجه سانتیگراد (10 درجه فارنهایت) باشد ، پیشنهاد می گردد.

· میعان چند جزئی ( Multi-component condensation )
این مورد تمام حالتهایی را که ضریب فیلم طرف میعان در محدوده دمایی میعان ، تغییر قابل ملاحظه ای داشته باشد شامل میشود بنابراین محدوده میعان باید به چندین ناحیه شکسته شود و خصوصیات و شرایط برای هر ناحیه خطی گردد. این مورد برای تمام حالتهایی که اجزای میعان ناپذیر موجود هستند یا چندین جزء قابل میعان با محدوده میعان بیشتر از 6 درجه سانتیگراد وجود دارد پیشنهاد می گردد.

· بخار اشباع ( Saturated steam condensation )
این مورد وقتی است که طرف گرم ، بخار خالص بوده و میعان در دمای ثابت باشد.

· حالت Falling film liquid cooler
این حالت زمانی است که سیال به طرف پایین جریان داشته و سرد می شود.

ب- منحنی میعان ( Condensation curve )

طراح می تواند منحنی تعادل بخار- مایع را وارد کرده ( Specified in input ) یا با انتخاب ( Calculated by program ) به نرم افزار اجازه دهد منحنی مورد نظر را با استفاده از قوانین گاز ایده آل یا روش های دیگر محاسبه نماید.


ج- نوع کندانسور ( Condenser type )

در بیشتر کندانسورها ، جهت جریان های بخار و میعانات مشابه است. اما به هر حال برای بعضی کاربردهای خاص که طراح بخواهد مقدار زیر سرد شدن را کم کند ، می تواند کندانسور نوع knock back reflex را انتخاب کند. در این حالت میعانات تشکیل شده به طرف ورودی بخار برمی گردند.

د- گزینه های طرف سرد ( Cold side application )

· مایع ، بدون تغییر فاز ( Liquid no phase change )
· گاز ، بدون تغییر فاز ( Gas no phase change )
· تبخیر محدوده باریک (Narrow range vaporization )
· تبخیر چند جزئی ( Multi-component vaporization )

ه- منحنی تبخیر ( vaporization curve )

طراح می تواند منحنی تعادلی بخار- مایع را وارد نماید و یا برنامه با استفاده از قوانین گاز ایده آل یا چندین روش دیگر محاسبه منحنی را انجام دهد.


و- انواع تبخیر کننده ( vaporization curve )

· جوشش استخری ( pooling boiling )
سیالی که دارای جوشش استخری است تنها می تواند در سمت پوسته جریان داشته باشد. مبدل هایی که در این شرایط استفاده می شوند تنها می توانند در حالت افقی قرار گیرند. این جوشش می تواند در پوسته نوع K یا در انواع دیگر پوسته موسوم به " دسته لوله کامل " یا " دسته لوله ناقص " که در آن لوله ها به دلیل فضای آزاد حذف شده اند ، صورت گیرد.
· ترموسیفون ( Thermosiphon )
این مورد می تواند در طرف پوسته فقط در حالت افقی یا در طرف لوله در هر دو حالت افقی و عمودی صورت گیرد.

· گردش اجباری ( Forced circulation )
هم در طرف پوسته و هم در طرف لوله می تواند صورت گیرد.

· فیلم ریزان ( Falling Film )
تبخیر فیلم ریزان فقط در طرف لوله و در حالت عمودی که مایع از بالا به لوله ها وارد شده و به طرف پایین جریان می یابد ، اتفاق می افتد. معمولاً بخار تشکیل شد به علت اختلاف فشار بین بالا و پایین لوله به سمت پایین جریان می یابد. این نوع تبخیر از افزایش زیاد نقطه حباب جلوگیری کرده و به کاهش افت فشار کمک میکند.

ز- مکان جریان گرم ( Location of hot fluid )

در حین انجام برنامه Hetran ، می توان مکان جریان گرم را تغییر داد. بنابراین مقایسه بین دو حالت ممکن طرف لوله و طرف پوسته بسیار ساده خواهد بود.

ح- حالت های برنامه ( program mode )
- حالت طراحی
- حالت ارزیابی
- حالت شبیه سازی

ت- انتخاب فایل استاندارد ( select from standard file )

در این حالت طراح می تواند فایل اندازه های استاندارد مبدل - فایلی که لیستی از اندازه های استاندارد مبدل را دارد- را انتخاب کند. نرم افزار از این لیست اندازه ای از مبدل را انتخاب می کند که نیاز های مورد انتظار طراح را فراهم کند.

هدف از فرم داده های فرآیندی :
وارد کردن دبی سیال بخش پوسته و لوله و نیز شرایط عملیاتی مورد نظر از قبیل دما ، فشار ، حداکثر افت فشار مجاز ، میزان جرم گرفتگی و بار حرارتی مورد نظر می باشد.

شاخه داده های فرآیندی در زیر شاخه process data شامل گزینه های ورودی زیر است :

· دبی جریان ها
دبی جریان های گرم و سرد باید در این بخش وارد گردد. البته زمانی که تغییر فاز وجود نداشته باشد می توان دبی ها را وارد نکرد. برنامه از روی بار حرارتی و با مشخص بودن دماها ، دبی را محاسبه می کند. هنگامیکه تغییر فاز رخ میدهد برنامه ، حداقل به دو دبی از سه دبی جریان کل ، جریان بخار و جریان مایع در ورودی و خروجی نیاز دارد.

· دماهای ورودی و خروجی
دماهای ورودی و خروجی جریان های گرم و سرد در این بخش وارد می گردد. در حالتیکه تغییر فاز رخ نمی دهد برنامه می تواند از روی بار حرارتی مشخص شده یا بار حرارتی طرف مقابل با معلوم بودن دبی و دمای ورودی ، دمای خروجی را محاسبه نماید.

· دمای حباب / دمای شبنم
برای میعان و تبخیر محدوده باریک ، دماهای حباب و شبنم مورد نیاز است. برای کندانسورها دمای شبنم ضروری است اما اگر هنوز بخار در دمای خروجی وجود داشته باشد ، به دمای حباب نیازی نیست.

· فشار عملیاتی ( مطلق )
فشار عملیاتی مطلق سیال بخش پوسته و لوله ، باید در این بخش وارد گردد ، که بسته به کاربرد می تواند فشار ورودی یا خروجی باشد اما در بیشتر موارد فشار ورودی است. برای ریبویلرهای ترموسیفون ، فشار عملیاتی ، فشار سطح مایع در برج می باشد.

· حرارت مبادله شده
در صورتیکه لازم باشد مبدل بر اساس بار حرارتی خاص طراحی شود ، باید بار حرارتی مورد نظر را در این قسمت وارد کرد. در صورتیکه مقدار حرارت مبادله شده از طرف طراح وارد شود ، برنامه بار حرارتی محاسبه شده در دو طرف گرم و سرد را با این مقدار مقایسه می کند. اگر اختلاف آنها بیشتر از 2درصد باشد ، برنامه دبی یا دمای خروجی را تصحیح می کند.

· افت فشار مجاز
طراح می تواند افت فشار مجاز را به طور دلخواه تعیین نماید اما این مقدار نباید از فشار عملیاتی بیشتر باشد ، افت فشار مجاز معمولاً باید کمتر از 40درصد فشار عملیاتی باشد. همچنین با یک محاسبه سر انگشتی افت فشار مجاز برای سیستم مایع برای هر دو بخش لوله و پوسته مقدار 0.5 تا 0.7 کیلوگرم بر سانتی متر مربع گزارش شده است. برای گاز این مقدار بین 0.05 تا 0.2 کیلوگرم بر سانتی متر مربع می باشد که معمولاً از 0.1 استفاده میشود.


· مقاومت جرم گرفتگی
اگر این گزینه توسط طراح مشخص نشود ، برنامه بصورت پیش فرض آن را صفر درنظر خواهد گرفت. علاوه بر آن نرم افزار هم لیستی از مقادیر معمول را پیشنهاد می کند.

در شاخه داده های فرآیندی زیرشاخه دیگری با عنوان Heat load balance options وجود دارد. در صورتیکه در هر دو قسمت Hot & Cold process stream adjustmen ، گزینه Programانتخاب شود ، بسته به نوع اطلاعاتی که در اختیار نرم افزار قرار گرفته است ، سایر مشخصه ها با استفاده از موازنه انرژی محاسبه خواهد شد.

برخی از مشخصه ها به شرح زیر ، متناسب با میزان انتقال حرارت (محاسبه شده و یا ورودی ) محاسبه خواهند شد :

1- در حالتیکه فقط دمای خروجی جریان سرد و حرارت منتقل شده وارد نگردد ، میزان انتقال حرارت کل با استفاده از اطلاعات مربوط به جریان گرم به دست خواهد آمد و دمای خروجی سیال سرد از موازنه انرژی محاسبه خواهد شد.
2- در صورتیکه دمای جریان سرد خروجی وارد شود ولی میزان دبی جریان سرد وارد نگردد ، نرم افزار با توجه به میزان انتقال حرارت لازم ، دبی جریان سرد را محاسبه خواهد کرد.
3- در صورتیکه هر دو مشخصه جریان سرد خروجی و دبی جریان سرد توسط طراح وارد شده باشد ، برنامه دمای خروجی سرد را محاسبه خواهد کرد.
4- در صورتیکه سه مشخصه جریان سرد وارد شود و برای جریان گرم تنها دبی و یا دمای خروجی آن از طرف طراح وارد شده باشد مشخصه دیگر ، مطابق با میزان انتقال حرارت به دست آمده از طریق جریان سرد و موازنه انرژی محاسبه خواهد شد.
5- در صورتیکه سه مشخصه جریان سرد و هر دو مشخصه جریان گرم وارد شده باشد ، این حالت همانند حالت سوم خواهد شد و مشخصه دمای جریان سرد تطبیق داده خواهد شد.
6- در حالتیکه هر سه مشخصه جریان گرم همراه با مشخصه دمای سرد خروجی و همچنین کل بار حرارتی از طرف طراح وارد گردد ، برنامه دبی سیال سرد و دمای خروجی جریان گرم را تطبیق خواهد داد. اگر در این حالت دبی جریان گرم وارد نشده باشد بجای دمای جریان گرم ، دبی جریان گرم تطبیق داده خواهد شد.

در صورت عدم برقراری موازنه انرژی ، دماهای خروجی توسط نرم افزار تغییر داده می شوند. برای هر دو بخش لوله و پوسته بجای گزینه Program ، می توان گزینه های Flow rate ، Outlet temperature و No adjustment را انتخاب نمود.

 

[P O U R I A]

اطلاعات خواص فیزیکی ( Physical property data )

این بخش شامل قسمت های زیر می باشد : انتخاب های خواص ، ترکیب طرف گرم ، خواص طرف گرم ، ترکیب طرف سرد ، خواص طرف سرد

انتخاب های خواص ( Property Options )

در این بخش طراح باید گزینه های پیش فرض را قبول نماید. پیش فرض بدین معنی است که تمامی خواص ترمودینامیکی بخش پوسته و لوله توسط Aspen B-jac تعیین می شود. این شاخه شامل صفحات زیر است :

بانک های اطلاعاتی ( data banks )

در مورد داخل و خارج لوله ها به صورت جداگانه ، می توان دو انتخاب در مورد خواص فیزیکی داشت :

انتخاب اول : گزینه اول می تواند شرایط زیر را پوشش دهد :

· استفاده از خواص فیزیکی B-jac ( بانک اطلاعاتی نرم افزار )
· استفاده خواص فیزیکی که توسط کاربر مشخص شوند
· استفاده از محیط نرم افزار Aspen plus جهت خواص فیزیکی

با انتخاب این مورد ، طراح می تواند به بانک اطلاعاتی نرم افزار مراجعه کند و خواص ویژه سیال داخل لوله و سیال خارج لوله را تعیین نماید و یا می تواند مستقیماً اطلاعات را از برنامه شبیه سازیAspen plus به B-jac منتقل کند.
بانک اطلاعاتی خواص B-jac شامل پایگاه داده DIPPR می گردد که دارای خواص فیزیکی بیش از 1500 ماده خالص است که در فرآیند های شیمیایی ، نفت و سایر صنایع به کار برده می شوند. طراح می تواند به این داده ها مراجعه نموده ، اجزای جریان ها را در ترکیبات وارد کند. اگر طراح خواص را در بخش خواص مشخص کند ، نباید هیچ ماده ای را در قسمت ترکیب وارد نماید ، مگر اینکه بخواهد هم از خواص بانک اطلاعاتی B-jac و هم از خواص تعیین شده استفاده کند. در چنین شرایطی ، خواص تعیین شده توسط طراح بر همه خواص فیزیکی در بانک اطلاعاتی اولیت دارد و لذا نرم افزار از آن استفاده خواهد نمود.

انتخاب دوم : استفاده از بانک اطلاعاتی Aspen Properties

نرم افزار B-jac امکان دسترسی به بانک های اطلاعاتی خواص فیزیکی مواد را در ماژول Aspen properties که به صورت نرم افزاری جداگانه در مجموعه نرم افزارهای مهندسی Aspen است ، فراهم می کند.



انتخاب فلش

زمانی که طراح به بانک خواص Aspen Properties مراجعه کند و فایل مورد نظر با پسوند APPDF را تهیه نماید ، باید تنظیماتی را برای محاسبه فلش انتخاب کند که B-jac از آن برای بدست آوردن خواص تعادلی و نمودارهای تعادل بخار- مایع استفاده نماید.

انتخاب های میعان / تبخیر (Condensation/Vaporization Options)

برگه انتخاب های میعان و یا تبخیر شامل بخش های ذیل است. لازم به ذکر است درصورت انتخاب کاربرد داخل لوله له صورت مایع بدون تغییر فاز این پنجره قابل مشاهده نخواهد بود.

روش محاسبه منحنی میعان و تبخیر :

· مدل ایده آل
در صورت انتخاب این روش ، برنامه از قانون گاز ایده آل برای فاز بخار و از قانون محلول ایده آل برای فاز مایع استفاده خواهد نمود. زمانیکه اطلاعات کافی از درجه غیر ایده آل بودن سیستم در دسترس نباشد ، می توان از این روش استفاده نمود. این روش برای تعداد اجزای تا 50 جزء مجاز است.


· مدل های NTRL , Wilson , Van Laar , Uniquac
این مدل ها برای مخلوط های غیر ایده آل مناسب بوده و به تعیین پارامترهای تداخل متقابل مولکولی نیاز دارند. این مدل ها برای حداکثر 10 ماده قابل استفاده هستند. هریک از این معادلات دارای پارامترهای تداخل متقابل مولکولی برای هر جفت از اجزاء میباشند. همچنین مدل ترمودینامیکی Uniquac نیاز به پارامتر سطح و پارامتر حجم و مدل NTRL نیاز به پارامتر آلفا دارند. روش Wilson برای مخلوط های دوتایی به شدت غیر ایده آل مانند الکل- هیدروکربن مناسب می باشد. مدل Uniquac برای تعادل های بخار- مایع و مایع – مایع و نیز برای محلول های شامل مولکول های کوچک و بزرگ و پلیمرها قابل استفاده است. در این مدل پارامترهای تداخل متقابل مولکولی نسبت به معادلات Van Laar , Wilson ، کمتر تابع دما می باشد.

· مدل های Chao-Seader ، Peng-Robinson ، Soave-Redlich-Kwong
این مدل ها برای مخلوط های غیر ایده آل کاربرد داشته و نیازی به پارامترهای تداخل متقابل مولکولی ندارند. مدلهای ترمودینامیکی PR , SRK برای سیستم های شامل هیدروکربن ها ، نیتروژن ، دی اکسید کربن ، مونوکسید کربن و سایر اجزای با قطبیت ضعیف مناسب هستند. همچنین می توان از آنها برای سیستم های شامل آزئوتروپ ، سیستم هایی که اجزای وابسته مانند آب و الکل دارند و برای پیش بینی خواص فاز بخار در هر فشاری استفاده کرد. روش CS از معادلات SRK برای فاز بخار غیر ایده آل و از یک معادله تجربی برای فاز مایع غیر ایده آل استفاده می کند. این روش برای برش های نفتی با فشار کمتر از 68 بار و دمای بیشتر از 18- درجه سانتیگراد پیشنهاد میگردد. استفاده از این روش ها برای تعداد اجزای تا 50 جزء مجاز است.

تخمین افت فشار برای طرف گرم/ سرد :

طراح باید برای افت فشار در طرف گرم/ سرد مبدل تخمینی بزند. نرم افزار این افت فشار را برای تعیین منحنی تعادل VLE به کار می برد. اگر فشار واقعی در نتایج ، بیشتر از 20% با این افت فشار اختلاف داشته باشد ، مقداری جدید را برای افت فشار تخمین زده و نرم افزار را مجدد اجرا می نماید.

نوع محاسبه منحنی میعان :

· میعان انتگرالی
در این نوع میعان فرض می شود که بخار و میعانات ایجاد شده به همراه هم بوده و تعادل بین بخار و مایع همچنان حفظ می شود. میعان در داخل لوله عمودی ، بهترین مثال برای میعان انتگرالی می باشد.
حالت های دیگری که به میعان انتگرالی نزدیکتر هستند عبارتند از : میعان طرف لوله در حالت افقی ، میعان طرف پوسته در حالت عمودی و هم چنین میعان طرف پوسته زمانی که جریان متقاطع باشد

· میعان دیفرانسیلی
در این نوع میعان ، میعانات متشکله از بخار جدا می گردند ، بنابراین تعادل بخار- مایع متغیر بوده و دمای نقطه شبنم سیر نزولی خواهد داشت. این نوع میعان در کندانسور knockback reflex اتفاق می افتد که میعانات به طرف ورودی بخار برای خارج شدن هدایت می گردند. میعان طرف پوسته در حالت افقی در پوسته های نوع E ,J حالتی میان این دو نوع میعان است. در صورتیکه طراح بخواهد محتاط برخورد نماید برای این نوع سیستم ها ، نوع دیفرانسیلی را انتخاب می کند. به هرحال بطور معمول این مبدل ها بصورت انتگرالی طراحی می شوند. با فرض میعان انتگرالی ، میزان میعانات محاسبه شده بیشتر از نوع دیفرانسیلی خواهد بود. بنابراین در طراحی مبدل با روش انتگرالی ، دمای میانگین بالاتری نسبت به روش دیفرانسیلی پیش بینی خواهد شد.

تاثیر افت فشار بر میعان و تبخیر :

پیش برنامه در محاسبات تعادلی ، فشار ثابت در طول مبدل می باشد. در صورتیکه طراح گزینه Adjust curve را در برگه انتخاب های میعان/ تبخیر انتخاب نماید ، برنامه بر اساس گام دمایی در طول منحنی میعان یا تبخیر ، افت فشار را در نظر میگیرد. درصورت تخمین افت فشار برای طرف گرم یا سرد ، برنامه از این افت فشار برای تنظیم منحنی VLE استفاده می کند. اگر افت فشار واقعی بیش از 20% با فشارتخمین زده اختلاف داشته باشد ، طراح مقادیر افت فشار را با فشار واقعی تنظیم کرده و مجدداً برنامه را اجرا میکند. برنامه محاسبات VLE به میعانات اجازه تبخیر ناگهانی مجدد ( re-flash ) را نمیدهد. اگر محاسبات نشان دهد که تبخیر ناگهانی مجدد اتفاق می افتد ، برنامه افت فشار تخمینی کمتری را پیش بینی می نماید.

 

[P O U R I A]

ترکیب طرف گرم / سرد ( Hot / Cold Side Composition )

برگه ترکیب ( composition ) تعیین کننده ترکیب مواد موجود در جریان است و مبنای محاسبات خواص فیزیکی قرار میگیرد و شامل : اجزای ترکیب ، مقادیر بخار و مایع ورودی و خروجی ، نوع اجزا و منبع اطلاعاتی آن ها می شود.

اجزای ترکیب :

اجزای جریان را می توان با مشخص کردن اسم ترکیب در بانک اطلاعاتی نرم افزار به دست آورد. زمانی که نرم افزار نیاز به محاسبه منحنی تعادل بخار- مایع داشته باشد ، طراح میتواند با استفاده از ورودی Source خواص فیزیکی اجزای منحصر بفرد را بدست آورد که در این صورت برای تعیین ترکیب نهایی به کار میرود.



بخار و مایع ورودی و خروجی :

در این قسمت نسبت جریان در هر فاز مشخص می شود که بستگی به بخش اجزای ترکیب دارد. در صورتی که برای به دست آوردن خواص فیزیکی به بانک اطلاعاتی رجوع شود ، باید ترکیبات ورودی مشخص گردد. اگر ترکیبات خروجی مشخص نباشند ، نرم افزار آن ها را مانند ترکیبات ورودی تخمین می زند. داده ها به منظور محاسبه اجزای ترکیبات ، در یک ستون قرار می گیرند.

نوع اجزا :

قسمت نوع اجزا زمانی فعال میگردد و قابل تغییر است که کاربرد داخل لوله از نوع میعان چند جزئی تعریف گردد. نوع اجزا شامل موارد موارد ترکیبات غیرقابل میعان و قابل میعان مخلوط نشدنی می باشد. در صورتی که کاربرد داخل لوله از نوع تبخیر چند جزئی تعریف گردد ، نوع جز شامل ماده بی اثر خواهد بود. انتخاب این موارد به کاربرد اجازه می دهد که این گونه ترکیبات شناسایی و به نرم افزار معرفی نماید. اگر کاربر از نوع اجزا مطمئن نباشد ، می بایست گزینه انتخاب توسط برنامه را انتخاب نماید تا نرم افزار نوع ماده را تشخیص دهد. اما در حالت کلی بهتر است نوع اجزا توسط طراح وارد گردد. اگر جزئی ، در بیشترین دمای کندانسور هیچ مایعی را تولید ننماید ، بهتر است که غیرقابل میعان در نظر گرفته شود.


منبع اطلاعاتی :
این منبع فقط برای اجزائی قابل دسترس است که نرم افزار منحنی های تعادل بخار- مایع آنها را محاسبه میکند. منبع اجزا ممکن است بانک اطلاعاتی نرم افزار و یا داده های طراح باشد.

خواص طرف گرم / سرد (Hot / Cold Side Properties )

داده های مربوط به خواص فیزیکی سیال در بخش های زیر وارد می گردند : برگه تعادل بخار- مایع ، برگه خواص مایع ، برگه خواص بخار ، برگه اجزای غیرقابل میعان

در اینجا به توضیح برخی از اطلاعاتی که در این برگه ها مشاهده می گردد پرداخته می شود :

دما :

پارامتر دما در هر سه برگه تعادل بخار- مایع ، خواص مایع و بخار وجود دارد که طراح می بایست خواص مورد نیاز را در این دماها به نرم افزار بدهد ، اگر طراح بخواهد منحنی تعادلی بخار- مایع را به نرم افزار وارد نماید تا محاسبات بر اساس آن محاسبه گردند ، باید نقاط دمایی متعددی را روی منحنی مشخص کند. در توصیه می شود که نقط شبنم و حباب جریان تعیین شوند. منحنی های میعان باید دارای نقاط شبنم و منحنی های تبخیر دارای نقطه حباب باشند. لزومی ندارد که اولین نقطه روی منحنی، با دمای ورودی مبدل مطابقت داشته باشد ، اما توصیه می شود که این مساله رعایت شود. دماهایی را که برای سیال بدون تغییر فاز وارد می کند ، باید حداقل شامل دماهای ورودی و خروجی باشد. همچنین برای سیالات ویسکوز باید دمای سیال طرف مقابل به عنوان سومین دما در نظر گرفته شود. دماهای ورودی و خروجی را باید زمانی وارد کرد که تغییر فاز وجود داشته باشد.

بار حرارتی :

برای تعیین منحنی تعادلی آنتالپی و ترکیب درصد نیاز است تا برای هر دما بایستی پارامتری را که معرف بارگرمایی باشد ، تعیین نمود. بدین منظور باید بارگرمایی انباشته ، بار گرمایی افزوده یا آنتالپی تعیین شود.

ترکیب بخار/ مایع :

برای هر دما باید پارامتری را که معرف ترکیب بخار/ مایع است ، مشخص کرد. برای یک ترکیب می توان دبی جریان بخار ، دبی جریان مایع ، جزء جرمی بخار یا مایع را مشخص نمود. این نرم افزار سایر پارامترها را بر اساس اطلاعات ورودی و جریان کلی که در قسمت داده های فرآیند تعیین شده اند ، محاسبه می کند. جزء جرمی بخار و مایع به علت مستقل بودن از دبی جریان توصیه می شوند. برای کندانسورهای پیچیده ، این ترکیب باید جریان بخار کلی میعان ناپذیر باشد.


خواص مایع و بخار :

خواص فیزیکی مورد نیاز بستگی به نوع کاربرد دارد. اگر از بانک داده ها برای یک سیال استفاده شود ، نیازی به وارد کردن اطلاعات خواص فیزیکی ورودی نیست. البته می توان با مراجعه به بانک داده ها نیز ، هر خاصیتی را تعیین نمود. اما خواص تعیین شده بر خواصی که از بانک داده ها به دست می آید ارجحیت دارد. این خواص به صورت مجزا در برگه های مایع و برگه بخار وارد می گرند.
داده های دیگری که در این شاخه وجود دارد عبارتند از : گرمای ویژه ، ضریب هدایت حرارتی، ویسکوزیته ، دانسیته ، کشش سطحی ، گرمای نهان ، وزن مولکولی ، ضریب انتشار

 

[P O U R I A]

ساختار مبدل ( Exchanger Geometry )

شاخه هندسه و ساختار مبدل از شش زیر شاخه تشکیل شده است که عبارتند از : نوع مبدل ، لوله ها ، دسته لوله ، بافل ها ، داده های ارزیابی/ شبیه سازی ، نازل ها

نوع مبدل ( Exchanger Type )

برخی از آیتم های این شاخه به صورت زیر است :

· نوع کلگی جلویی
نوع انتخاب کلگی جلویی باید بر اساس نیازهای مبدل باشد.

· نوع پوسته
· نوع کلگی عقب
نوع کلگی عقب بر طراحی حرارتی تاثیر گذار است زیرا محدوده لوله بیرونی را مشخص میکند

· موقعیت مبدل
این آیتم مشخص می کند که مبدل به صورت افقی قرار گیرد یا عمودی

· نوع پوشش جلویی و عقبی
· نوع صفحه لوله
· نوع فلنج طرف گرم و سرد

لوله ها ( Tubes )

این شاخه شامل برگه لوله ها ، برگه پره ها و برگه عمومی است که برخی از جزئیات آنها به شرح زیر است :

نوع لوله :

لوله ها به دو نوع لوله های ساده ( plain ) و لوله های پره دار تقسیم می شوند. لوله های پره دار خارجی زمانیکه ضریب فیلم طرف پوسته بسیار کمتر از ضریب فیلم طرف لوله باشد ، مفید می باشند. اما این نوع لوله ها مشکلات خاص خود را داشته و برای فرآیند هایی که در طرف پوسته میزان جرم گرفتگی بالا است و یا سیال طرف پوسته بسیار ویسکوز باشد و یا برای میعان زمانیکه کشش سطحی مایع بالا باشد ، پیشنهاد نمی گردد.

قطر خارجی لوله :

در این قسمت می توان هر اندازه ای را مشخص نمود ، اما روابط بر اساس اندازه های 10 تا 50 میلیمتر توسعه داده شده اند. چنانچه اندازه لوله مشخص نباشد ، در صورتیکه استاندارد ISO مورد استفاده قرار گیرد ، بهتر است با قطر 20 میلیمتر شروع شود.


ضخامت دیواره لوله :

ضخامت دیواره لوله بر اساس میزان خوردگی ، فشار و استانداردهای شرکت های سازنده است. در صورتیکه طراح با استانداردهای ANSI کار میکند ، ضخامت از استانداردهای BWG پیروی می کند. پیش فرض های برنامه برای ضخامت دیواره لوله بر اساس پیشنهادات TEMA تابع جنس لوله و همچنین فشار فرآیند می باشد. اگر ضخامت دیواره لوله ( که توسط طراح به نرم افزار داده شده ) نتواند فشار داخلی را تحمل کند، برنامه پس از بررسی اخطار خواهد داد.

زبری جداره داخلی لوله :

میزان افت فشار در لوله ها تابع زبری سطح داخلی لوله ها می باشد. پیش فرض برنامه برای تمامی لوله ها بصورت لوله تقریباً صاف می باشد.

مشخصه دیواره لوله :

در بیشتر کشورها ضخامت دیواره به صورت میانگین و یا مینیمم بیان می گردد. این گزینه تاثیر کمی بر افت فشار طرف لوله و تاثیر متوسطی بر قیمت مبدل دارد. پیش فرض برنامه میانگین است.

فاصله مرکز- مرکز لوله :

این فاصله تقریباً باید 1.25 برابر قطر خارجی لوله باشد. بعضی مواقع به دلیل ملاحظات افت فشار مجاز طرف پوسته بهتر است این فاصله بیشتر در نظر گرفته شود اما بیشتر از 1.5 برابر قطر خارجی توصیه نمی شود. ماکزیمم این فاصله بوسیله TEMA بعنوان تابعی از قطر خارجی ، آرایش لوله ها و کلاس TEMA پیشنهاد می گردد.

جنس لوله :

برنامه کربن استیل را بعنوان پیش فرض در نظر میگیرد که بستگی به نوع فرآیند ، خورندگی سیال و... دارد.

الگوی آرایش لوله ها :

از آرایش مثلثی زمانی استفاده می شود که هدف افزایش ضریب فیلم حرارتی طرف پوسته و افزایش تعداد لوله ها در صفحه لوله بوده و تمیز کاری مکانیکی پوسته مهم نباشد. در صورتیکه نیاز به تمیز کاری خارجی لوله باشد ، توصیه میشود از آرایش مربعی و مربعی چرخیده استفاده شود. لازم به ذکر است آرایش مربعی چرخیده در مقایسه با مربعی ، ضریب فیلم حرارتی و افت فشار بیشتری دارد اما معمولاً تعداد لوله های کمتری در صفحه لوله جا می گیرد. آرایش مثلثی چرخیده به ندرت استفاده می گردد ، زیرا افزایش ضریب فیلم حرارتی حاصل از ازدیاد افت فشار این نوع آرایش کمتر است.

---

بافل ها ( Baffles )

نوع بافل :

بافل ها به دو دسته اصلی بافل های برشی و شبکه ای تقسیم می شوند. بافل های برشی عبارتند از صفحه هایی که به منظور عبور لوله ها سوراخ شده اند و قطعه ای از آن که به پنجره لوله موسوم می باشد ، بریده شده است. بافل های تک برشه ، دو برشه ، سه برشه و بدون لوله در پنجره مثال هایی از بافل برشی بوده و بافل های میله ای و مارپیچی نیز مثال هایی از بافل های شبکه ای می باشند. بافل های شبکه ای در مواردی که افت فشار مجاز پایین باشد و پشتیبانی لوله ها برای جلوگیری از ارتعاش مهم باشد ، استفاده می گردد.
بافل های برشی رایج ترین نوع بافل های می باشند ، مخصوصاً بافل های تک برشه که بسیار مرسومند و بالاترین ضریب فیلم حرارتی طرف پوسته را ایجاد می نمایند. اما افت فشار آن ها از انواع دیگر بالاتر است. بافل های دو برشه با همان فاصله بافلها باعث افت کمتر ( از 50 تا 75 درصد ) شده اما ضریب فیلم طرف پوسته کمتری دارند. بافل ها باید حداقل یک ردیف همپوشانی داشته باشند یعنی این همپوشانی باید حداقل به اندازه قطر یک لوله 20 میلیمتری برای بافل تک برشه با قطر پوسته ای 305 میلیمتر باشد. با افزایش قطر پوسته این حداقل باید افزایش یابد. بدین منظور برای بافل های دو برشه ، دو نقطه همپوشانی لازم است که با افزایش قطر باید این حداقل افزایش یابد.
بافل های نگهدارنده در پوسته های نوع K , X زمانی به کار می روند که بافل کاری برای جهت دادن جریان طرف پوسته لازم نباشد. بافل های بدون لوله در پنجره برای اجتناب از ارتعاش لوله ها استفاده می شوند. بافل های میله ای محدود به آرایش مربعی لوله ها میباشد. بافل های مارپیچی معمولاً برای الگوی آرایش مثلثی لوله ها قابل استفاده است.

برش بافل ها :

برش بافل در بافل های تک برشه ، به نسبت ارتفاع پنجره بافل به قطر پوسته و در بافل های دوبرشه و سه برشه به نسبت ارتفاع داخلی ترین بخش بافل به قطر پوسته گفته می شود.
برای بافل تک برشه ، نرم افزار برش های 15 تا 45 درصد را مجاز می داند. برش بالای 45 درصد به دلیل عدم همپوشانی مناسب بافل ها عملی نمی باشد. برش پایین تر از 15 درصد نیز عملی نیست زیرا به افت فشار بالا در پنجره بافل می گردد. عموماً برش حدود 25 درصد بهینه می باشد. برای بافل های دو و سه برشه ، برش بافل ها طوری است که پنجره بافل مرکزی بیشترین مقدار باشد ، برنامه بطور خودکار اندازه پنجره سایر بافل ها را برای یک سطح عبور یکسان ، بدست می آورد. محدوده برش بافل برای انواع دو و سه برشه به ترتیب 30 تا 40 درصد و 15 تا 20 درصد می باشد.

جهت برش بافل ها :

این گزینه به کاربرد طرف پوسته بسیار وابسته است. در مبدل های عمودی جهت برش زیاد تاثیر نداشته و شاید بر تعداد لوله ها در مبدل های عمودی چند گذر تاثیر بگذارد. اما در مبدل های افقی بسیار مهم است. برای سیال تک فاز در پوسته افقی ، برش افقی ارجحیت دارد. البته انواع عمودی و چرخیده نیز می توانند به کار روند. جهت برش ، بر کارایی تاثیری ندارد اما روی تعداد لوله ها در مبدل های چندگذر موثر است. زمانیکه سرعت پایین است ممکن است باعث جدا شدن و لایه بندی مخلوط چند جزئی گردد.
از برش چرخیده به ندرت استفاده می شود ، تنها کاربرد آن برای دسته لوله قابل تعویض با چندین گذر لوله با آرایش مربعی چرخیده می باشد. در این مورد تعداد لوله ها را میتوان افزایش داد. زمانیکه در طرف پوسته افقی میعان رخ می دهد ، برش باید همیشه عمودی باشد تا میعانات بتوانند آزادانه در ته مبدل به حرکت درآیند. این بافل ها معمولاً زهکشی می گردند ( به فرم V ) که اصطلاحاً گفته می شود notch میگردند. زمانیکه در طرف پوسته جوشش استخری رخ می دهد (در صورتیکه از بافلهای برشی استفاده گردد) برش باید عمودی باشد.
زمانیکه تبخیر چرخش اجباری در طرف پوسته اتفاق می افتد به منظور مینیمم کردن جداسازی مایع و بخار، برش باید افقی باشد. در بافل های دو و سه برشه ، برش عمودی ترجیح داده می شود زیرا دسته لوله را بهتر از حالت افقی حمایت می کند.

 

[P O U R I A]

داده های ارزیابی و شبیه سازی ( Rating/Simulation Data )

اگر هدف بررسی ارزیابی و شبیه سازی یک مبدل موجود باشد ، اطلاعات هندسی را که در ادامه می آیند باید مشخص نمود. برای اطلاعاتی که از طرف طراح وارد نشده اند ، برنامه پیش فرض های خود را در نظر می گیرد. اطلاعاتی که باید وارد شوند عبارتند از :

· قطر خارجی یا داخلی پوسته
زمانیکه پوسته با رول کردن و جوشکاری یک صفحه ساخته شده باشد فرقی نمی کند که قطر خارجی یا قطر داخلی مشخص شود اما زمانیکه پوسته ، یک لوله استاندارد باشد مشخص کردن قطر خارجی ارجحیت دارد. برنامه از روی ردیف لوله های استاندارد قطر داخلی را می یابد. برای مبدل نوع کتل این مقدار ، قطر نزدیک کلگی جلو می باشد نه قطر بزرگ بخش بخار پوسته کتل.

· فاصله بافل ها
این فاصله ، فاصله مرکز به مرکز بافل های میانی از یکدیگر می باشد.

· فاصله بافل ابتدایی
این مقدار ، فاصله اولین بافل از نازل ورودی پوسته می باشد ، برای پوسته های نوع G , J, H ,X این فاصله عبارت است از فاصله مرکز نازل تا بافل بعدی. این پوسته ها باید یک بافل نگهدارنده زیر نازل ورودی داشته باشند. در صورتیکه این مقدار بعنوان ورودی داده نشود ، از طریق فاصله مرکز به مرکز بافل ها و فاصله انتهایی ( همچنین طول لوله ) محاسبه می شود. اگر مقدار فاصله بافل انتهایی هم داده نشود ، فاصله باقی مانده ، از بافل های میانی محاسبه و به صورت مساوی برای هر دو فاصله ابتدایی و انتهایی تخصیص داده می شود.


· تعداد بافل ها
وارد کردن این مقدار اختیاری است. اگر تعداد بافل ها و فاصله بافل های ابتدایی و انتهایی در دسترس نباشد ، می توان با تقسیم طول لوله به فاصله بافل ها منهای یک ، آن را تخمین است. اما اگر تعداد بافل ها مشخص نباشد بهتر است محاسبه آن به برنامه واگذار شود ، در این صورت برنامه اندازه نازل ها و ضخامت صفحه لوله را در نظر خواهد گرفت.

· فاصله بافل انتهایی
این مقدار فاصله آخرین بافل از نازل خروجی می باشد.

· طول لوله
این طول علاوه بر طول انتقال حرارت باید شامل طول لوله داخل صفحه لوله هم باشد ، برای لوله های U شکل این طول از ابتدای لوله تا نقطه مماس بخش Uشکل می باشد.

· تعداد لوله ها
این مقدار ، تعداد سوراخ های موجود در صفحه لوله است که برابر با تعداد لوله های مستقیم می باشد. برنامه ، این مقدار را چک خواهد نمود تا مشخص گردد این تعداد در صفحه لوله می گنجد یا خیر. در صورتی که این مقدار به برنامه داده نشود ، برنامه با استفاده از زیر برنامه آرایش لوله ها ، آن را محاسبه خواهد نمود.


· تعداد پوسته های سری و موازی
در صورتیکه چندین مبدل وجود داشته باشد باید تعداد پوسته های سری یا موازی مشخص گردد. لازم به ذکر است که برنامه نیاز دارد که هر دو طرف پوسته و لوله مشابه هم باشند ( یا هردو سری یا هردو موازی ). چندین مبدل می تواند به هر دو صورت موازی و سری وجود داشته باشند. برای مثال دو مجموعه موازی که در هر مجموعه سه مبدل بصورت سری باشند یعنی مجموعاً 6 مبدل.

· قطر داخلی و خارجی پوسته نوع کتل
برای پوسته هایی که با رول کردن و جوش دادن ورقه ها درست شده اند ، می توان قطر داخلی یا خارجی را مشخص نمود. اما برای پوسته هایی که از لوله استفاده می شود ، بهتر است قطر خارجی مشخص گردد. برنامه از روی استاندارد موجود ، قطر داخلی لوله را محاسبه می کند.

· گزینه آرایش و چیدمان لوله
برای اجرای برنامه می توان آرایش لوله را از اول ایجاد و یا از آرایش موجود ، استفاده نمود. برای گزینه دوم ، طراح باید ابتدا Hetran را برای ثابت کردن آرایش اجرا نماید ، سپس آرایش موجود را انتخاب کند. برای فعال شدن این گزینه مشخصه های صفحه لوله باید تثبیت کردن آرایش اجرا نماید ، سپس آرایش موجود را انتخاب کند. برای فعال شدن این گزینه مشخصه های صفحه لوله باید تثبیت گردد. پیش فرض برنامه این است که در هر اجرا آرایش جدیدی ایجاد شود.
· تعداد گذر لوله
· قطر داخلی و خارجی کمربندهای توزیع بخار
· طول کمربند توزیع بخار
این طول تقریباً دو سوم طول پوسته می باشد. طول مشخص شده ، بر افت فشار مساحت ورودی موثر است.

· ضخامت استوانه پوسته
اگر قطر خارجی پوسته معلوم باشد برنامه قطر داخلی را محاسبه می کند و OTL و تعداد لوله ها را مشخص می کند.

· ضخامت استوانه کلگی جلو
· ضخامت صفحه لوله جلو و عقب
· ضخامت بافل

 

[P O U R I A]

نازل ها ( Nozzles )

نازل ها به منظور انتقال سیال به مبدل و خارج نمودن آن در کلگی و پوسته قرار داده می شوند. نازل ها لوله هایی هستند که به بدنه مبدل متصل می شوند. قطر نازل ها به دلیل افت فشار و همچنین سرعت سیال ورودی دارای اهمیت بالایی است.
تعداد نازل ها بر حسب نوع پوسته تعیین می گردد. اما می توان هر تعداد و هر موقعیتی ( در کلگی و یا پوسته ) را در نظر گرفت. جهت منطقی نازل ها باید به صورت زیر باشد :

1- سیالی که سرد می شود باید از بالا وارد و از پایین خارج شود.
2- سیالی که گرم می شود باید از پایین وارد و از بالا خارج شود.

بهتر است به برنامه اجازه داده شود تا جهت نازل ها را خودش تعیین نماید. اگر طراح قصد مشخص کردن آنرا داشته باشد، باید مطمئن شود که با برش بافل ها و تعداد بافل ها همخوانی داشته باشد. بعنوان مثال اگر تعداد بافل ها فرد و بافل ها تک برش افقی باشند لازم است که جهت نازل ها مشابه باشد. برنامه به صورت پیش فرض آنرا مشخص می کند.

· قطر خارجی گنبد نازل
که همان قطر اسمی محل گنبدی اتصال نازل به بدنه است

· کلاس فلنج نازل
مشخص کلاس فلنج نازل بر روی محاسبات طراحی حرارتی یا تخمین قیمت تاثیری نخواهد داشت و تنها باعث کاملتر شدن مشخصه های مبدل می گردد. نمودارهای فشار- دما در داخل برنامه ساخته می شوند. اگر طراح به برنامه اجازه دهد که کلاس را مشخص کند برنامه بر مبنای فشار و دمای طراحی ، کلاس مناسب فلنج نازل را انتخاب می کند.

· انواع شکل فلنج نازل
برنامه به صورت پیش فرض شکل فلنج نازل را تخت در نظر می گیرد. شکل های دیگر نظیر raised face و tongue/groove نیز می تواند تعیین شود.

· جهت جریان اولین گذر لوله ها
برای مبدل های یک گذر پوسته – یک گذر لوله یا دو گذر پوسته – دو گذر لوله ، طراح می تواند جهت جریان ها را همسو یا غیر همسو در نظر بگیرد. اما برای آرایش چندین گذر لوله ، جهت جریان اول بر اساس نازل ورودی بخش پوسته مشخص خواهد شد.

· مکان نازل در خم U
پیش فرض برنامه برای استقرار نازل در خمیدگی Uشکل ، بین نگهدارنده لوله ها در بخش Uشکل و اولین بافل می باشد. با استقرار نازل در این مکان از عبور سیال در عرض خم U که باعث ارتعاش می شود جلوگیری می شود. عموماً مساحت سطح خم U به علت غیر یکنواخت بودن فاصله لوله ها بعنوان سطح موثر انتقال حرارت در نظر گرفته نمی شود.

 

[P O U R I A]

داده های طراحی ( Design Data)

داده های طراحی به سه بخش تقسیم می شوند :

الف) محدودیت های طراحی ( Design Constrains )
ب) مشخصات طراحی ( Specifications )
ج) مواد سازنده ( Materials )


الف ) محدودیت های طراحی

محدودیت های موجود برای طراحی دو نوع است. نوع اول که در برگه Sell / Bundle آورده شده بیشتر شامل محدودیت های متغیرهای تصمیم گیری برنامه می شود. نوع دوم محدودیت های ثانویه هستند که در توابع هدف وجود دارند. این نوع محدودیت ، محدودیت فرآیندی است که در برگه Process آورده شده است مانند سرعت مجاز در لوله و پوسته (حداکثر و حداقل) ، میزان حداکثر افت فشار در بخش لوله پوسته و لوله ، حداکثر درصد افت فشار کل در نازل ها و مینیمم سطح اضافی برای انتقال حرارت.
محدودیت های نوع اول شامل موارد زیر است :

- حداقل و حداکثر قطر پوسته ( به ترتیب 2 و 72 اینچ می باشد )
- گام قطر : زمانیکه پوسته از ورق شکل داده شده ساخته شود، نرم افزار گام قطر را بعنوان مقدار افزایش قطر در حالت طراحی در نظر می گیرد. در صورتی که پوسته از لوله ساخته شود ، این پارامتر نادیده گرفته می شود.
- مینیمم و ماکزیمم طول لوله ( به ترتیب 4 و 20 فوت می باشد )
- گام طول لوله برای افزایش و کاهش در حین بهینه سازی
- مینیمم و ماکزیمم تعداد گذرهای لوله
- گام تعداد گذرهای لوله
- مینیمم و ماکزیمم فاصله مرکز به مرکز بافل ها
- مرجع قطر پوسته- قطر داخلی و یا خارجی : زمانی که قطر خارجی در این گزینه انتخاب گردد ، قطر خارجی و داخلی پوسته و سیلندر کلگی جلو با هم یکی خواهند شد. زمانیکه ضخامت کلگی بالایی مورد نیاز باشد ، برای جلوگیری از افزایش فاصله قطر داخلی و O.T.L بهتر است قطر داخلی پوسته مرجع قرار داده شود.
- استفاده از ورق برای تولید پوسته بجای استفاده از لوله در قطرهای پایین : پیش فرض برنامه استفاده از لوله در قطرهای پایین می باشد. در صورتیکه نیاز به افزایش قطر پوسته با دقت معینی باشد، در قطرهای کوچکتر از 24 اینچ باید از گزینه plat استفاده نمود.
- مینیمم پوسته های موازی و سری ( برای هر دو حالت پیش فرض برنامه یک می باشد)
- تعداد بافل های مجاز : این تعداد اهمیت خاصی برای بافل های تک برشه در مبدلهای افقی دارد. در صورت زوج بودن تعداد بافل های تک برشه نازل های ورودی و خروجی در خلاف جهت هم خواهند بود و در صورت فرد بودن نازل های ورودی و خروجی هم جهت خواهند بود.
- استفاده از بافل در زیر نازلها : بافل ها اصولاً نباید زیر نازلها قرار گیرند زیرا توزیع جریان در نواحی ورودی و خروجی را برهم زده و کارآیی سطح انتقال حرارت را دراین نواحی کاهش میدهند اما زمانیکه نازل های ورودی و خروجی آنقدر بزرگ باشد که موجب ایجاد لوله هایی که با طول غیر مجاز بدون نگهدارنده شوند و همچنین زمانیکه لوله ها مستعد ارتعاش باشند استفاده از بافل و نگهدارنده در زیر نازل ها توجیه پذیر است.
- استفاده از برش تناسبی برای بافل : در حالت طراحی ، برنامه برش بافل را بر اساس نوع بافل و طراحی طرف پوسته انتخاب می کند. اما در بافل های تک برشه حفظ تعادل بین سرعت جریان متقاطع و سرعت در پنجره مد نظر می باشد. با انتخاب تناسب بین برش بافل و فاصله بافلها زمانیکه فاصله بافل ها افزایش یابد برنامه برش بافلها را افزایش خواهد داد.
نوع دوم محدودیت ها ، محدودیت های فرآیندی است که در زیر توضیح داده شده است :

1- افت فشار مجاز : اگرچه افت فشار مجاز باید معمولاً کمتر از 40 درصد فشار عملیاتی باشد ، اما هر مقداری را می توان برای حداکثر افت فشار در بخش های پوسته و لوله معین گردد. برنامه حالت پیش فرض ندارد.
2- حداقل سرعت سیال : مینیمم سرعت برای یک طراحی است که برنامه برای دو بخش پوسته و لوله در نظر می گیرد. معمولاً این مقدار در بهینه سازی برای یافتن بهترین ابعاد مبدل تغییر نمی یابد. در صورتیکه سرعت از این مقدار کمتر باشد پیام هشداری در نتایج داده خواهد شد.
3- حداکثر سرعت سیال : این گزینه یکی از کنترل کننده های بهینه سازی می باشد. در طرف پوسته ، منظور سرعت متقاطع است. در جریان دوفازی ، سرعت فاز بخار در نقطه ای که بیشترین بخار وجود دارد، مد نظر است.
4- حداقل درصد سطح اضافه مورد نیاز : در واقع این مقدار ، ضریب اطمینان در طراحی است. برنامه با احتساب این مقدار مبدل مورد نظر را طراحی خواهد نمود. پیش فرضی برای این مقدار وجود ندارد.
5- ماکزیمم افت فشار مجاز برای هر نازل : همان حداکثر مقداری است که برای افت فشار برای نازل ها مجاز است.

ب) مشخصات طراحی

جزئیات گزینه های این شاخه در زیر آمده است :

· استاندارد طراحی
کاربر باید یکی از چهار انتخاب استاندارد آمریکایی ASME ، استاندارد فرانسوی CODAP ، استاندارد آلمانی AD-Merkblatter و یا استانداردهای متفرقه را انتخاب کند. گاهی اوقات این استاندارد تاثیر قابل توجهی بر طراحی حرارتی میگذارد زیرا که کد طراحی تعیین کننده ضخامت مورد نیاز پوسته ، درپوش ها، ضخامت صفحه لوله ، اندازه فلنج ها و استحکام نازل و محل قرار گرفتن آن ها می باشد. محاسبات طراحی مکانیکی خیلی پیچیده هستند و محاسبات Hetran فقط شامل بعضی از محاسبات اساسی طراحی مکانیکی می باشد. این ورودی بدین منظور در نرم افزار وجود دارد که مشخصات کاملتری را از مبدل حرارتی در اختیار بگذارد.

· کلاس TEMA
در صورتی که طراحی بخواهد مبدل حرارتی طبق استانداردهای TEMA طراحی شود ، باید طبقه بندی مناسبی را شامل طبقه B برای صنایع شیمیایی ، طبقه R برای صنایع پالایشی و طبقه C برای مصارف عمومی انتخاب کند. اگر این استاندارد در طراحی مورد نیاز نباشد در محاسبه طراحی مکانیکی ، از کد طراحی انتخاب شده جهت محاسبه طراحی مکانیکی استفاده می شود. از استاندارد API 661 نیز ممکن است استفاده شود.

· استاندارد مواد
طراح می تواند از یکی از استانداردهای ASTM ، AFNOR یا DIN استفاده کند.

· استاندارد ابعاد
استانداردهای ابعاد شامل استاندارد آمریکایی ANSI ، استاندارد بین المللی ISO و استاندارد آلمانی DIN می باشد و برای مواردی نظیر ابعاد لوله ، درجه بندی فلنج نازل و اندازه های پیچ به کار می روند. استاندارد DIN علاوه بر موارد ذکر شده برای مواردی چون گام لوله نیز به کار می رود. اصولاً انتخاب استانداردهای ابعادی فقط برای تکمیل مشخصات کامل مبدل حرارتی است و تاثیر کمی بر طراحی حرارتی و مکانیکی دارد.

· فشار طراحی
منظور از فشار طراحی فشاری است که در محاسبات طراحی مکانیکی به کار میرود و بر ضخامت پوسته ، کلگی ، صفحه لوله و در نتیجه بر طراحی حرارتی تاثیر می گذارد. در صورتی که طراح مقداری را برای آن مشخص نکند ، نرم افزار فشار عملیاتی به اضافه 10% را به صورت گرد شده برای فشار طراحی مد نظر قرار خواهد داد.

· دمای طراحی
منظور از دمای طراحی دمایی است که در محاسبات طراحی مکانیکی به کار می رود و بر ضخامت پوسته ، کلگی ، صفحه لوله و در نتیجه بر طراحی حرارتی تاثیر می گذارد. اگر طراح مقداری را تعیین نکند ، نرم افزار بالاترین دمای عملیاتی به علاوهfile:///C:/Users/pouria/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.gif33 به صورت گرد شده را فرض خواهد کرد.

· فشار طراحی خلاء
در صورتی که مبدل برای تبادل حرارتی در خلاء نسبتی طراحی گردد ، طراح باید مقداری را برای فشار مطلق طراحی مشخص کند. محاسبات اساسی طراحی مکانیکی فشار خارجی را در نظر نمی گیرند ، بنابراین این پارامتر تاثیری بر طراحی حرارتی ندارد.

· مقدار مجاز خوردگی
مقدار مجاز خوردگی شامل محاسبات ضخامت تمامی استوانه ها و ورقه های موجود در مبدل می گردد و تاثیر کمی بر طراحی حرارتی دارد. فرض نرم افزار برای این پارامتر مقدار mm 3.2 برای کربن استیل و مقدار صفر برای سایر آلیاژها است.

 

[P O U R I A]

تنظیمات برنامه ( Program Options )

بخش تنظیمات برنامه به دو بخش تقسیم می شود :
· تجزیه و تحلیل حرارتی
· کدهای تغییرات

تجزیه و تحلیل حرارتی ( Thermal Analysis )

جزئیات برخی از آیتم های این شاخه به شرح زیر می باشد :

· ضریب انتقال حرارت
ضرایب انتقال حرارت اصلی ترین مقادیری هستند که طراح انتظار محاسبه آنها را از نرم افزار دارد. با این وجود در برخی موارد مثل شبیه سازی ممکن است طراح بخواهد مقدار دلخواه خود را وارد نماید تا نرم افزار از آنها استفاده نماید. طراح می تواند هیچکدام از مقادیر ، یکی از آنها و یا هر دو را تعیین کند.

· مقدار افزاینده برای ضریب انتقال حرارت
طراح می تواند ضریبی را که موجب افزایش ضریب فیلم شود، تعیین کند که این ضریب به وسیله نرم افزار محاسبه می شود. در صورتی که کاربر ترکیبی مثل tube inserts یا لوله های پره دار داخلی داشته باشد که نرم افزار آن را پوشش ندهد با وارد نمودن یک مقدار ضریب افزاینده می توان محاسبات را اصلاح نمود. همچنین طراح می تواند برای برقراری ضریب ایمنی برای ضریب فیلم ، از ضریب کاهنده ( کمتر از یک ) استفاده کند که نشان دهنده این است که کاربر از ترکیبات و خواص جریان سیال مطمئن نبوده است.

· مقدار افزاینده برای افت فشار
مشابه ضرایب افزاینده انتقال حرارت ، طراح می تواند ضریبی را که افزاینده افت فشار محاسبه شده توسط نرم افزار وارد کند. افت فشار افزاینده تاثیری بر افت فشار ورودی و خروجی نازل ها و کلگی ندارد. این افزاینده ها می توانند به طور مستقل یا وابسته به افزاینده های ضریب فیلم به کار روند.

· اختلاف دمای میانگین
با وجود اینکه معمولاً نرم افزار اختلاف دمای میانگین را محاسبه کند طراح می تواند مقداری را برای آن تعیین کند.

· حداقل ضریب تصحیح مجاز اختلاف دمای میانگین
اکثر منحنی های ضریب تصحیح شیب خیلی تندی را در مقادیر زیر 0.7 دارند. بنابراین در حالت طراحی ، نرم افزار قبل از ورود به پوسته های چندتایی متوالی حداقل مقدار 0.7 را به عنوان ضریب تصحیح فرض می کند. در حالت ارزیابی مقدار این پارامتر 0.5 فرض می شود. با این پارامتر ورودی طراح میتواند مقدار بالاتر یا پایینتر را تعیین کند.

· حداقل دمای نزدیکی مجاز
طراح می تواند حداقل دمای نزدیکی سیالات را تعیین کند. نرم افزار در صورت نیاز تعداد پوسته های متوالی را متناسب با این مقدار افزایش می دهد.

· حداکثر شار گرمایی مجاز
در کاربردهای تبخیر ، محدود کردن شار انتقال گرما اغلب دارای اهمیت می باشد به طوری که از تولید سریع بخار زیاد ( که منجر به تشکیل فیلم بخار و کاهش سریع ضریب انتقال فیلم می شود) جلوگیری می کند. نرم افزار برای شار گرمایی محدودیت هایی دارد اما طراح نیز می تواند با تعیین مقداری برای این پارامتر ، محدودیت های خود را اعمال کند.

· جهت جریان برای مبدل یک بار گذر
در کاربردهای خاص اکونومایزر طراح می تواند هر دو حالت جریان متقابل و یا هم جهت را داشته باشد که توزیع نیروی محرکه بر مبنای آن به دست می آید.

· بیشترین تعداد تکرار حالت طراحی
نرم افزار در حالت طراحی تمام پارامترهای طراحی را مجدداً تکرار میکند تا به پایین ترین قیمت محصول دست یابد. طراح می تواند جهت بهینه سازی ، بیشترین تعداد تکرار را تنظیم کند.



· تلورانس حالت شبیه سازی
طراح باید خطای مجاز محاسبات را برای حالت شبیه سازی نرم افزار مشخص کند و باید توجه کند که خطای مجاز خیلی پایین ممکن است منجر به صرف زمان بیشتری برای محاسبه شود.

· تعداد بازه های محاسبه
نرم افزار برای طراحی مبدل حرارتی به بخش های کوچکتر تقسیم می کند و این پارامتر نشان دهنده تعداد این بازه ها است.


کدهای تغییرات ( Change Codes )

برخی پارامترها در صفحات ورودی معین ، مقدار ورودی ندارند و فقط با استفاده از کدهای تغییر می توان آن ها را مشخص نمود. نحوه نگارش این کدها به صورت ( مقدارCODE= ) می باشد.
این کدها بعد از همه ورودی های دیگر پردازش می شوند و بر همه مقادیر قبلی ارجحیت دارند. به عنوان مثال اگر طراح قطر خارجی لوله را در صفحه ورودی معین ، 20میلیمتر تعیین کند و سپس مقدار کد تغییر (TODX=25) را وارد نماید مقدار 25 بر 20 ارجحیت خواهد داشت. در صورتی که همان کد بیش از یکبار وارد شود ، آخرین مقدار اهمیت خواهد داشت.
یکی از مهمترین کاربردهای این برگه ، فراهم کردن یک مسیر تصویری از تغییرات گوناگونی است که طراح در طول اجرای نرم افزار ایجاد کرده است. بدین منظور توصیه می شود که طراح تغییرات را برای گزینه های مختلف یک طراحی خاص ، روی یک خط جدا انجام دهد.
کاربرد مفید دیگر این برگه ، اتصال زنجیری به فایل دیگر که فقط شامل کدهای تغییر است ، می باشد. در صورتی که طراح یک سری طراحی استاندارد داشته باشد که بخواهد از آن در یک طراحی مشابه استفاده کند ، مناسب خواهد بود. طراح می تواند این کار را با استفاده از کد FILE که به دنبال اسم فایل مورد نظر می آید ، انجام دهد. فایل مذکور باید دارای پسوند BJI باشد. طراح می تواند با استفاده از یک برنامه ویرایش استاندارد ، این فایل کد تغییرات را ایجاد کند.

---

نتایج ( Results )

نتایج اجرا و محاسبات نرم افزار به چهار قسمت اصلی تقسیم می شوند که عبارتند از :

· خلاصه وضعیت طراحی ( Design Summary )
· خلاصه وضعیت حرارتی ( Thermal Summary )
· خلاصه وضعیت مکانیکی ( Mechanical Summary )
· جزئیات محاسبه ( Calculation Details )
خلاصه وضعیت طراحی

بخش خلاصه وضعیت طراحی به نوبه خود به چهار قسمت تقسیم می شود که عبارتند از :

الف) خلاصه داده های ورودی (Input Summary )
ب) مسیر بهینه سازی ( Optimization Path )
ج) مرور طراحی ها ( Recap of Designs )
د) اخطارها و پیام ها ( Warnings & Messages )

الف) خلاصه داده های ورودی

این بخش برای طراح خلاصه ای از اطلاعات مشخص شده در فایل ورودی را فراهم می کند. پیشنهاد می شود که طراح داده های ورودی را به عنوان بخشی از خروجی که برای سهولت در استفاده مجدد در طراحی به کار می رود ، پرینت کند.

ب) مسیر بهینه سازی

این بخش از خروجی مربوط به قسمت استدلال نرم افزار است و بعضی از مبدل های حرارتی را که نرم افزار ارزیابی کرده است و سعی در ایجاد شرایطی برای طراحی رضایت بخش داشته ، نشان می دهد. این طرحی های میانی می تواند محدودیت هایی را که در کنترل طراحی وجود دارند و همچنین پارامترهایی را که طراح می توانست جهت بهینه سازی بیشتر تغییر دهد ، نشان دهند.
برای کمک به طراح که بداند چه محدودیت هایی در حال کنترل طراحی هستند ، شرایطی که مشخصات مورد نظر طراح را تامین نمی کنند با یک ستاره (*) در کنار مقدار مورد نظر نشان داده شده است.اگر مبدل سطح کمی داشته باشد، علامت ستاره در کنار طول مورد نیاز لوله و اگر از حداکثر مجاز تجاوز کند، در کنار افت فشار ظاهر می شود.
ج) مرور طراحی ها
طراح در این مرحله شکل هندسی و کارایی همه طراحی ها را تا نقطه مورد نظر مرور می کند. این مقایسه دقیق به کاربر اجازه می دهد تا تاثیر تغییرات طراحی های مختلف را مشخص کند و بهترین مبدل را برای کاربرد مورد نظر انتخاب کند. فرض بر این است که این مرور همان خلاصه اطلاعات را که در بخش مسیر بهینه سازی نشان داده شده ، برای طراح فراهم می کند. طراح می تواند با گزینه Customize اطلاعاتی را که در این برگه نشان داده می شود تغییر دهد. طراح می تواند با مراجعه به فهرست Recap و انتخاب گزینه Select Case موردی را که می خواهد طراحی کند ، انتخاب نماید. نرم افزار نتایج طراحی را برای موردی که انتخاب شده مجدداً ایجاد می کند.




د) اخطارها و پیام ها

در صورتی که نرم افزار مشکلات مستتر در طراحی پیدا کند ، این تذکرات ، محدودیت ها ، اخطارها و پیام های خطا در این بخش از خروجی نشان داده می شوند. این پیام ها در شرایطی اعلام می شوند که مشکلی به وجود آید ، البته نرم افزار به کار خود ادامه می دهد.

· پیغام های هشداری : این پیغام ها به بروز مشکلاتی اشاره می کنند که با وجود آن ها برنامه به کار خود ادامه خواهد داد.
· پیغام خطا : این پیغام نشان دهنده ایجاد شرایط غیرقابل قبول برای برنامه می باشد. در صورتی که پیام خطا داده شود ، نرم افزار اجازه ادامه کار خود را ندارد.
· پیغام حد : بدین معنی است که شرایط طراحی خارج از محدوده تعریف شده برای برنامه می باشد
· پیغام یادداشت ها : شرایطی است که برای یافتن طراحی و ارائه راهکار مناسب باید بدان توجه نمود برای مثال محدوده های سرعت مجاز سیال
· پیغام پیشنهادی : در این پیغام ها پیشنهادهایی برای بهبود طراحی داده می شود.

 

[P O U R I A]

​خلاصه وضعیت حرارتی

این بخش محاسبات انتقال حرارت ، افت فشار و سطوح مورد نیاز را خلاصه می کند. برای اینکه طراح بتواند تصمیم ها لازم را برای طراحی حرارتی اتخاذ کند ، اطلاعات کافی برای او فراهم می شود.
بخش خلاصه وضعیت حرارتی به چهار قسمت زیر تقسیم می شود :

الف) عملکرد ( Performance )
ب) ضرایب و اختلاف دمای میانگین ( Coefficients & MTD )
ج) افت فشار ( Pressure Drop )
د) برگه TEMA (TEMA Sheet)

الف) عملکرد

این بخش خلاصه ای از شرایط مورد نیاز فرآیند ، مقادیر اساسی انتقال حرارت و ضرایب انتقال حرارت را فراهم می کند. این بخش از نتایج به صورت دو برگه عملکرد عمومی و تحلیل مقاومت گرمایی می گردد که در اینجا به توضیح آن ها پرداخته می شود.

· عملکرد عمومی
در این بخش سرعت های سیال به تفکیک گاز و مایعات ورودی و خروجی برای داخل و خارج لوله نشان داده می شوند. برای کاربردهای تغییر فاز ، دماهای ورودی و خروجی هر دو طرف مبدل همراه با دماهای نقطه شبنم و حباب داده میشود. در حالتی که در مبدل حرارتی تغییر فاز اتفاق می افتد ، ضرایب فیلم انتقال حرارت داخل و خارج لوله ، به صورت میانگین وزنی آنها گزارش می گردد. در کاربردهای تک فازی ، سرعت بر مبنای دانسیته میانگین می باشد. سرعت در کندانسورها بر مبنای شرایط ورودی و در تبخیرکننده ها بر مبنای شرایط خروجی است. پارامترهای کلی عملکرد مثل مقدار تبادل حرارت ، اختلاف دمای میانگین با هر ضریب تصحیح مورد قبول و سطح کلی موثر داده می شوند. در کاربردهای تغییر فاز چند جزئی ، میانگین وزنی اختلاف دمای میانگین بر پایه منحنی گرمایی محاسبه می گردد. ساختار مبدل که در خلاصه وضعیت تهیه می شود ، شامل : نوع TEMA ، مکان مبدل ، تعداد پوسته های موازی و متوالی ، اندازه مبدل ، تعداد لوله ها و قطر خارجی لوله ، نوع و برش بافل و تعداد گذرهای لوله می باشد.

· تحلیل مقاومت گرمایی
این بخش به طراح اطلاعاتی می دهد تا به او در ارزیابی سطوح مورد نیاز در شرایط تمیز ، رسوب پیش بینی شده و بیشترین شرایط رسوب کمک کند. شرایط تمیز فرض می کند که هیچ رسوبی وجود ندارد و ضریب کلی شامل مقاومت رسوب نیست و با استفاده از این ضریب کلی تمیز ، سطوح توسع یافته مورد نیاز برآورده گردد.
شرایط رسوب پیش بینی شده ، به طور مختصر ، عملکرد مبدل را با ضریب کلی بر اساس رسوب پیش بینی شده بیان می کند. نرم افزار در حالت بیشترین وضعیت رسوب دهی ، از فاکتورهای رسوب استفاده می کند و بسته به سطح موجود انتقال حرارت و افزایش آن ( اگر مبدل سطحی بیش از نیاز داشته باشد ) و یا کاهش آن ( اگر مبدل سطحی کمتر از نیاز داشته باشد ) مقدار حداکثر رسوب مجاز را محاسبه می کند. توزیع مقاومت کلی به طراح اجازه می دهد تا به راحتی مقاومت های حرارتی را ارزیابی کند. طراح باید به ستون Clean نگاه کند تا تعیین کند که کدام ضریب فیلم در حال محدود کردن است ، سپس باید به Spec.Foul نگاه کند تا تاثیر مقاومت های رسوب را ببیند. تفاوت بین سطح اضافی در وضعیت تمیز و وضعیت رسوب پیش بینی شده ، مقدار سطحی است که به دلیل حضور رسوب اضافه می شود. طراح باید عملی بودن مقاومت های رسوب مشخص را زمانی که آنها بخش وسیعی از سطح یعنی بیش از 50% از سطح را اشغال می کنند ، ارزیابی کند.

ب) ضرایب و اختلاف دمای میانگین

این بخش اجزای مختلف هر ضریب فیلم را نشان می دهد. بسته به کاربرد ، یک یا بیشتر ضرایب انتقال حرارت تبرید بخار داغ ، میعان ، ضریب انتقال حرارت گرمای محسوس بخار و مایع ، ضرایب جوشش و مایع سرد زیر اشباع نشان داده خواهد شد. عدد رینولدز به راحتی به طراح کمک می کند که نوع جریان را تعیین کند. ضریب بازدهی پره که در تصحیح مقاومت حرارتی فیلم و مقاومت رسوب داخل لوله به کار می رود. دمای میانگین فلز میانگین دماهای ورودی و خروجی خارج لوله است. این دما تابعی از ضریب فیلم هر دو طرف است و در طراحی مکانیکی استفاده می شود. اختلاف دمای میانگین تصحیح شده برای کاربردهای بدون تغییر فاز حاصلضرب میانگین لگاریتمی اختلاف دما در ضریب تصحیح است. برای کاربردهای تغییر فاز ، فرآیند به چند بازه تقسیم می شود و برای هریک از آنها ، یک اختلاف دمای میانگین تعیین می شود. اختلاف دمای میانگین کلی مبدل حرارتی ، بر اساس میانگین وزنی این بازه ها بر مبنای بار گرمایی محاسبه می شود.
شارگرمایی عبارت است از حرارت منتقل شده در واحد سطح که در کاربردهای جوشش که شارگرمایی بالا می تواند منجر به تشکیل پوشش بخار بین دیواره لوله و مایع شود ، اهمیت دارد. مقدار بیشترین شارگرمایی ورودی که طراح تعیین می کند بر شاری که نرم افزار محاسبه می کند ارجحیت دارد.

ج) افت فشار

توزیع افت فشار یکی از مهمترین بخشهای خروجی است که باید مورد تحلیل قرار گیرد. طراح باید توجه کند که آیا افت فشار در جاهایی که انتقال حرارت ناچیزی وجود دارد ( مثل ورودی نازل ، ورودی دسته لوله ، در میان دسته لوله ، خروجی دسته لوله و خروجی نازل ) رخ می دهد یا نه. اگر در نازل افت فشار زیادی رخ دهد ، افزایش اندازه نازل باید لحاظ شود و در صورتی که ورودی و خروجی دسته لوله زیاد باشد ، افزایش سطح دسته لوله باید در نظر گرفته شود. نرم افزار افت فشار حالت رسوب دار را که در لوله با تخمین ضخامتی برای رسوب که بر مبنای مقاومت طرف رسوب بوده و باعث کاهش سطح مقطع جریان میشود ، محاسبه می کند.
توزیع سرعت بین نازل ورودی و خروجی برای مراجعه طراح نشان داده می شود. برای کاربردهای دوفازی سرعت های جریان متقاطع ، بر مبنای بیشترین جریان بخار در میان بافل ها و یا لوله ها ، می باشد.

 

[P O U R I A]

خلاصه وضعیت مکانیکی

بخش خلاصه وضعیت مکانیکی به سه بخش تقسیم می شود :

الف) ابعاد مبدل (Exchanger Dimensions )
ب) آنالیز ارتعاش و تشدید ( Vibration & Resonance Analysis )
ج) نقشه نصب و آرایش صفحه لوله ها ( Setting Plan & tubesheet Layout )

الف) ابعاد مبدل

ابعاد پوسته ، کلگی جلویی ، نازل ، لوله ها و دسته لوله ها به طور خلاصه در این خروجی توضیح داده شده است. برخی از آیتم های این شاخه عبارتند از : قطر سیلندر ، نازل ها ، تعداد و طول لوله ها ، برش بافل

ب) آنالیز ارتعاش و تشدید

ارتعاش لوله بر اثر جریان بر پوسته مبدل حرارتی می تواند باعث آسیب های جدی بر دسته لوله شود. این نکته حائز اهمیت است که با انجام تغییراتی در مراحل طراحی ، امکان وقوع ارتعاش را محدود کرد تا از آسیب های ارتعاش احتمالی جلوگیری شود. استاندارد TEMA شامل دو راه برای تحلیل ارتعاش می باشد که در برنامه های Hetran انجام می شود.
ج) نقشه نصب و آرایش صفحه لوله ها
نقشه نصب یک ترسیم کلی از مبدل حرارتی ایجاد می کند که در آن نوع کلگی ها ، نوع فلنج ها ، موقعیت نازل ها و جایگاه واقعی بافل ها را در کنار نازل های ورودی و خروجی پوسته مشخص می شود.
نقشه آرایش لوله ها یک ترسیم کلی از چیدمان انتخاب شده لوله ها ایجاد می کند که در آن نازل های پوسته ، لوله ها ، صفحه نگهدارنده ، برش بافل ، مسیر گذرها ، آرایش لوله ، گام لوله و تعداد لوله در هر ردیف مشخص می شود. این نقشه برای فهمیدن و حل کردن مشکلات سرعت های بالا در ورودی و خروجی پوسته و دسته لوله مفید است.

 

[P O U R I A]

جزئیات محاسبه ( Calculation Details )

شاخه جزئیات محاسبه به شش بخش تقسیم می شود :
تحلیل بازه های داخل لوله ( Interval Analysis – Tube Side )
تحلیل بازه های داخل پوسته ( Interval Analysis – Shell Side )
منحنی تعادلی بخار- مایع طرف گرم ( VLE – Hot Side )
منحنی تعادلی بخار- مایع طرف سرد ( VLE – Cold Side )
حداکثر ارزیابی ( Maximum Rating )
حدود دمای خواص (Property Temperature Limits )

تحلیل بازه های داخل لوله / پوسته

بخش تحلیل بازه ها ، جدولی با مقادیر خواص مایع ، خواص بخار ، عملکرد ، ضرایب انتقال حرارت و بار گرمایی در محدوده دمایی بخش لوله را برای طراح فراهم می کند. این اطلاعات به صورت برگه هایی به شرح نشان داده خواهند شد :
· خواص مایع
· خواص بخار
· عملکرد
· ضریب انتقال حرارت- تک فازی
· ضریب انتقال حرارت- میعان
· ضریب انتقال حرارت – تبخیر
· بارگرمایی

منحنی تعادلی بخار- مایع طرف گرم / سرد

در صورتی که نرم افزار Hetran منحنی گرما را تولید کرده باشد ، به تبع اطلاعات تعادلی بخار و مایع نیز فراهم خواهند شد. این بخش شامل نتایج زیر خواهد بود :

· تعادل بخار- مایع
· جزئیات میعان / تبخیر
· خواص بخار
· خواص مایع

 

[mech.shima]

سلام
فک میکنم نرم افزار جالبی باشه ولی من بار اوله اسمشو میشنوم
برای رشته ماهم کاربرد داره درسته؟

 

[P O U R I A]

سلام
فک میکنم نرم افزار جالبی باشه ولی من بار اوله اسمشو میشنوم
برای رشته ماهم کاربرد داره درسته؟

سلام
بله. . یکی از زیر مجموعه های نرم افزار Aspen B-jac هست که برای شبیه سازی مبدل های حرارتی از اون استفاده میشه .. بچه های مهندسی شیمی و مکانیک از اون استفاده می کنن.

 

[mech.shima]

سلام
بله. . یکی از زیر مجموعه های نرم افزار Aspen B-jac هست که برای شبیه سازی مبدل های حرارتی از اون استفاده میشه .. بچه های مهندسی شیمی و مکانیک از اون استفاده می کنن.

اینجا بقیه هم میتونن پست بذارن؟آخه دیدم که فقط خودتون گذاشتید
خود برنامه رو ندارید آپلود کنید؟فیلم آموزشیش تو نت هست؟

 

[P O U R I A]

اینجا بقیه هم میتونن پست بذارن؟آخه دیدم که فقط خودتون گذاشتید
خود برنامه رو ندارید آپلود کنید؟فیلم آموزشیش تو نت هست؟

بله .. همه می تونن پست بذارن .. همه تاپیک ها باز هست.

من فایل اسپن وان رو دارم که حجمش بالاست .. این نرم افزار رو بصورت جدا ندارم.
فیلم اموزشی اون باید توی اینترنت باشه ... می گردم .. اگر پیدا کردم توی باشگاه قرار میدم.