FRNC5PC工艺计算软件中文操作指南.docx
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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
1总那么
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
DIRECTFIREDHEATERSIMULATIONSOFTWARECOMPUTERMANUAL
PFR公司加热炉模拟软件操作指南
HG/T20541-2006化学工业炉结构设计规定
HG/T20525-2006化学工业管式炉传热计算设计规定
SH/T3036-2003一般炼油装置用火焰加热炉
SH/T3045-2003石油化工管式炉热效率设计计算
SY/T0538-2004管式加热炉标准
SY/T0540-2006石油工业用加热炉型式与根本参数
钱家麟等.管式加热炉〔第二版〕.中国石化出版社.2021.9
李少萍、徐心茹。
石油加工过程设备.华东理工大学
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拟和优化设计；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。
使用范围
FRNC-5PC软件能对炼油厂和石化厂大局部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。
可以模拟加热炉的局部包括：
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
对流室局部转油线
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。
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。
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输入局部
FRNC-5PC软件的输入局部主要有下面几局部：
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。
输入局部是按照加热炉的各个局部分为不同的逻辑块，每一局部的输入都会有一个关键词和描述，表2.1说明加热炉各个局部的关键词和相应的描述。
表
关键字
数据
1
FURNACE加热炉
字母数字说明情况
3
FIREBOX燃烧室
燃烧室机械数据
4
CONVECTIVE对流室
对流段机械数据
5
STACK烟囱
烟囱数据
6
COILSECT管路
每个管路的说明
7
TUBEDATA炉管数据
炉管尺寸
8
PROCESS物料
工艺流条件〔流量、温度和压力〕
10
FIRING燃烧
燃烧条件〔燃料和空气的数据资料〕
12&32
FUELDATA燃料数据
燃料成分
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.Characteristic
本局部包括三个输入局部。
1.FireboxID
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.Numberofparallel“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.ParallelfireboxIDnumber
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，同时软件将在输入局部出现它的号。
以上输入界面见下列图。
Furnacetype
加热炉型式有圆筒炉、箱式炉、屋型炉和梯台炉。
其界面如下：
Furnacedimension
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列图：
如果加热炉中间有火墙，其数据应输入，输入界面如下：
FlueGas“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.InnerDimensionsofFlueGasTake-Off
如果烟气离开燃烧室开口形状为长方形，那么在此处输入长和宽，如果开口为圆型，那么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.ScreenOpeningCode〔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，
这局部的输入界面如下：
TheID’sofCoilSectionsinFirebox
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：
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，光管局部的辐射热量度局部来自燃烧室，对流室的其它局部的辐射热量那么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HeatLoss章节就应该输入数据。
Characteristic
本局部包含三个输入，ID输入方法与前面的燃烧室相同，第二局部输入的是烟气进入和离开的加热炉局部的ID号，第三局部为流动阻力阻尼，默认为0.
InternalDuctDimensions
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：
CoilSection,Q-Bank,orAirPreheaterID
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局部，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局部显现。
烟囱的热损失在粗略计算时有很大作用。
Characteristic
本局部包含两个输入，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；第二局部输入的是烟气进入烟囱的ID号。
Geometry
为了防止不同的外径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：
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。
Geometry
此输入包含三局部，管路系统ID、平行管路系统数量和平行局部ID，其输入方法与前面相同。
3.4.2Processfluid
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，那么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,〞，那么认为此处为出口。
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：
3.4.3GeometryI
此处包含4处输入局部。
1.炉管方向〔默认水平〕，如果炉管为水平，那么输入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，那么减去重力的影响；选择上，那么加上重力的影响，水平管不考虑重力作用。
3.炉管内物料与烟气的方向关系，“Cocurrentflow〞表示两者方向相同，“Countercurrentflow〞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：
3.4.4GeometryII
此处包含5处输入局部。
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，如下列图所示。
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，那么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，在下列图中以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。
在下列图中以L表示。
输入界面如下列图：
3.4.5Additionaldata
此处包含3处输入局部。
输入界面如下：
1.Fitting、HeaderandmanifoldTypeID〔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输入局部输入。
连接件类型1~5和K-LOSS
ID
主要特征
LOSS
1
U型弯头，加热炉外
2
U型弯头，加热炉内
3
骡子耳朵，加热炉外
4
跳头〔转油线〕，加热炉外
5
90O弯头，加热炉外
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