HYSYS中文入门案例-Gas Processing

Gas Processing

开始模拟

1． 单击File=>New Case菜单或New Case按钮，开始一个新的模拟案例。Simulation Basis Manager如下

图所示：

2． 在构造实例前需要设置Session Preferences。打开Tools=>Preferences菜单，显示Session Preferences视

图。

3． 在Simulation标签Options页面上点击复选框使Use Modal Property Views选项失效。

创建新单位集

构造实例的第一步是选择一个单位集。在HYSYS中你不能更改列表中的3套默认的单位集。但通过复制已存在的单位集你可以创建新的单位集。步骤如下：

1． 点击Session Preferences视图上Variables标签，选择Units页面。 2． 在Available Unit Sets中，选择Field选项。

3． 单击Clone按钮，一个名为NewUser的单位集将会出现并自动处于高亮状态。

4． 在Display Units中，注意Flow的默认单位是lbmole/hr。对该例子更适合的单位是MMSCFD。在Session

Preferences视图的顶部有一个备选单位的下拉列表，点击下拉箭头或按下F2键及↓键。

5． 在列表中选择MMSCFD。

新的单位集定义完毕。关闭Session Preferences视图。

创建流体计算包

下一步将创建流体计算包。一个流体计算包最少包括组成和物性方法（例如状态方程）用于在流程中进行计算。某些特殊流程的流体计算包可能会包含其他信息，例如反应和交互参数。 1． 在Simulation Basis Manager视图中点击Add按钮，打开Fluid Package视图。

2． 在Prop Pkg标签页上选择物性包。按下述方法之一进行操作： ·用键盘输入Peng Robinson，HYSYS将自动进行匹配。 ·使用↑和↓键在备选物性包中选择。

·使用垂直滑动条在列表中选择。

通常在Component Selection Control使用默认设置，选择Only Property Package Compatible Components。HYSYS将过滤物性库使其只包含与所选物性包匹配的物质。

选择组成

1． 点击Components标签或按下CTRL+SHIFT+N键。

有多种方法可选择组成。其中一种是使用匹配特性。每种物质有3种描述方式：SimName, FullName/Synonym, Formula。通过选择不同的描述方式，HYSYS将找到与在Match空格中的输入匹配得最好的物质。 在该例中，有N2，CO2，C1，C2，C3，iC4和nC4共7种组份。以加入N2为例： 2． 选中FullName/Synonym和Show Synonyms选项。 3． 选中Match空格或按下ALT+M键。

4． 输入N2。HYSYS将只显示与你输入匹配的组份。

5． Nitrogen已被高亮显示，将其加入Current Composition List中：

·按下ENTER键。 ·按下Add Pure按钮。 ·双击Nitrogen。 除使用匹配规则外，你也可以使用Family Filter来显示只属于某些族的物质。以添加CO2为例：

6． 清除Match空格中的输入。

7． 选中Use Filter，然后点击Family Filter按钮，出现Families视图。 8． CO2不属于任何标准族，因此选中Miscellaneous。

9． 在列表中找到CO2，将其加入Component List。在上述操作中，匹配准则同样适用。

按上述方法添加C1至nC4组份。清除Miscellaneous选项，选中Hydrocarbons。有一种同时加入在列表中连续显示的多种组份的方法： 1． 点击第一组份（该例中为C1）。

2． 按下SHIFT键并同时点击最后一种组份（nC4）或将C1用鼠标一直拖至nC4然后松开鼠标。 3． 按下Add Pure按钮。

完整的组份列表如下图所示。

查看组份物性

要查看某种组份的物性，选中该组份然后单击View Component按钮。 在Component Property视图中，你只能查看组份的物性而不能进行任何修改。但HYSYS允许你将物性库中的组份复制为假想组份（Hypothetical Component），这样你可以按需要进行修改。在Simulation Basis手册中有更多相关信息。 关闭Fluid Package视图返回Simulation Basis Manager，如下图所示。

完成了模拟的基本设置，我们将从Basis环境进入Simulation环境，操作如下： ·点击Simulation Basis Manager视图上的Enter Simulation Environment按钮。 ·或点击工具条上Simulation Environment按钮。

进入模拟环境

当你进入模拟环境，最开始出现的视图决定于你对Initial Build Home View的设置。有3种可能出现的视图：

1． PFD

2． Workbook 3． Summary

这3种视图可分别或同时出现。但当你第一次进入模拟环境时只有一种出现。HYSYS默认为PFD，如下图。

在继续操作加入物流或单元操作之前，保存这个例子。默认路径为Cases子目录。文件名可取为GASPLANT。HYSYS将自动添加文件后缀.hsc。

流程描述

本例将模拟一套天然气加工装置。该装置使用丙烷致冷来冷凝进料，并用一个精馏塔来处理冷凝液。该工艺的流程图如下图所示。

在该例中将使用3个逻辑操作来完成由标准单元操作无法完成的功能。

Function BALANCE ADJUST HYSYS SPREADSHEET

复制物流Sales stream的组成来计算指定压力下的露点温度 决定LTS的温度 计算SalesGas的净热值

两种主要工具Workbook和PFD将用来添加物流和单元操作并检查模拟过程中的结果。Workbook将

用来构建流程的第一部分，包括进料、气/气热交换器。PFD将用来添加其他操作，包括冷却器、精馏塔等。

使用Workbook

Workbook以表格形式显示物流和单元操作信息，而PDF以图形方式显示流程。按下工具条上Workbook

按钮激活Workbook窗口。 添加进料 通常当你进入模拟环境后的第一步是添加进料，步骤如下： 1． 在标有**New**的表格中输入新的物流名Feed 1。

2． 按下ENTER，HYSYS将自动创建你所命名的物流。Workbook如下图所示。

下面将定义该进料的条件。

1． 点击Feed 1的Temperature格，输入60，注意你的输入会显示在窗口顶部的编辑条内。 2． 按下ENTER或编辑条左边的Accept按钮。

在输入压力时，假设该进料使用的是另一个单位而不是默认的psia，例如bar，你不需要去查转换系数，HYSYS将自动为你转换。Feed 1的压力是41.37bar，则： 1． 输入41.37。

2． 按下SPACE键转入Units格，点击下拉箭头打开备选单位列表。 3． 在列表中找到bar，或直接输入bar。HYSYS将会自动定位。

4． 按下ENTER或Accept按钮，HYSYS将自动转换到默认单位psia。

在Molar Flow格中输入6 MMSCFD。

输入组成

1． 关闭Workbook窗口。在PFD上有一个浅蓝色箭头。该箭头代表刚才创建的物流Feed 1。双击该箭头，

出现Feed 1对话框。

2． 进入Compositions页。默认单位为Mole Fraction。

3． 移到Nitrogen，输入0.01并回车。HYSYS将显示Input Composition for Stream视图。

4． 移到CO2的输入格，输入0.01并回车。 5． 继续输入进料的其它组成，如下图所示。

6． 按下OK按钮。Feed 1已定义完整，HYSYS将自动

计算该物流的其它物性。

返回Workbook，在Material streams页中，注意你指定的物性值为蓝色而HYSYS计算的物性值为黑色。

除了用Workbook添加物流，还有其它几种方法： ·按下F11键。

·点击Flowsheet=>Add Stream菜单。

·在Object Palette上双击Material Stream按钮。如果Object Palette未出现，按F4。 ·在Object Palette上点击Material Stream按钮，再按下Add Object按钮。 按上述方法之一再添加一股物流： 1． 命名该物流为Feed 2。

2． 在Temperature, Pressure和Molar Flow格分别输入60，600和4。

3． 转到Composition页，点击Edit按钮，出现Input Composition for Stream视图。 4． 将Composition Basis改为Mass Fractions。 5． 按下图组成输入各种组份。

6． 按下Normalize按钮进行归一化，HYSYS将你的输入转为质量比。

7． 按下OK按钮关闭该视图。

查看相图

使用HYSYS的Envelope Utility，你可以查看任一物流的相图： 1． 在Feed 2物性视图上点击Attachments标签并选择Utilities页。 2． 点击Create按钮，出现Available Utilities视图。 3． 选择Envelope，并点击Add Utility按钮。

HYSYS构造并显示该物流的相线。默认的包线类型为PT。

添加单元操作

添加混合器

要安装的第一个操作是混合器（MIXER），用来混合两股进料。添加操作也有多种方法。一种就是通过Workbook上的Unit Ops：

1． 打开Workbook窗口，移到Unit Ops标签。

2． 按下Add UnitOp按钮，打开列有所有单元操作的UnitOps视图。点击Add按钮或回车键，HYSYS将

添加当前高亮的操作。

3． 选择MIXER，点击Add按钮，或按回车键。

MIXER的属性视图如上图所示。要完成Connections页： 1． 点击**Stream**格，激活Inlets矩阵。

2． 点击视图上方的下拉箭头打开编辑条进料下拉列表。 3． 从列表中选择Feed 1。重复上述步骤，添加Feed 2。

状态条现在显示Requires a product stream。要指定一股出料： 1． 点击Outlet格。

2． 在空格中输入MixerOut，并回车。HYSYS将自动添加一股新物流。

状态条显示为绿色OK，表明该单元及相连的物流都计算完毕。 1． 完成Connections页后，转到Parameters页。

2． 保持Automatic Pressure Assignment为默认设置。该例中，两股进料的压力都是600psia，因此出料压

力也为600psia。

3． 要查看计算的出料，转到Worksheet标签打开Conditions页。

4． 关闭MIXER视图，返回Workbook。新添加的单元操作显示在Unit Ops标签中。

添加分离器（Inlet Separator）

分离器用于将两相混合的MixerOut物流分离为汽相和液相：

1． 在Workbook的Unit Ops标签上点击Add UnitOps按钮，打开UnitOps视图。 2． 在Categories中选择Vessels，在列出的单元操作中选择Separator。 3． 点击Add按钮，打开SEPARATOR属性视图。 4． 将分离器的名称从默认的v-100改为InletSep。

5． 移到Inlets列表，打开编辑条上的下列列表，选择MixerOut。

6． 点击Vapour Outlet格或按下ALT+V移到该空格，输入SepVap，回车。 7． 移动Liquid Outlet格，输入SepLiq，回车。

该例中分离器不需要其它能量输入，因此在属性视图中不需输入能流。

1． 进入Parameters页面。默认的Delta P（压降）值（0）适合该例。液体体积和液位高（通常只用于动

态模式或有反应的容器）的默认值也合适。

2． 移到Worksheet标签的Conditions页可查看计算的出口物流数据。

安装换热器（Heat Exchanger）

下一个要安装的操作是气/气换热器。按下F4打开Object Palette。

1． 在Object Palette上双击Heat Exchanger按钮，出现HEAT EXCHANGER属性视图。 2． 命名该换热器为Gas/Gas。

3． 按下图输入进口物流和出口物流。

在Parameters页面上：

1． 保持Heat Exchanger Model的默认值Exchanger Design（End Point）。 2． 在Tube Side Delta P和Shell Side Delta P中均输入10psi。

3． 在Rating标签Sizing页面中，将Tube Passes per Shell的值改为1。

4． 关闭HEAT EXCHANGER属性视图，返回到Workbook。转到Streams标签，如下图。物流CoolGas还未被完全计算，因为其温度是未知量。

Workbook特征

在添加其它单元操作前，我们需要进一步了解Workbook的特征。这可以让我们更快地了解和修改信息。

在Workbook添加标签 假设你想创建一个新标签只显示物流压力、温度和流量：

1． 从Workbook菜单中选择Setup或用鼠标右键点击Workbook中Material Streams标签，然后在快捷菜单

中选择Setup，打开Setup视图。

注意4个已存在地标签都列在Workbook Tabs中。新标签将插在高亮显示的标签前。该例我们将在Compositions标签前加入新标签。

1． 在Workbook Tabs列表中点击Composition标签，点击Add按钮，打开New Object Type视图。

2． 点击Stream将其扩展为Material Stream和Energy Streams。选择Material Stream并按下OK按钮。HYSYS

将返回Setup视图，此时在Material Streams标签前已出现新标签。 3． 将新标签名改为P,T,Flow。

下面将与改标签无关的变量删除。 4． 点击第一个变量，Vapour Fraction。

5． 按下CTRL键同时点击其它变量Mass Flow，Heat Flow和Molar Enthalpy。 6． 按下Delete按钮。

关闭视图返回到Workbook，此时你可查看新的标签页。

保存你所做的工作。

使用PFD

计算状态

在继续进行之前，我们需要了解PFD用来跟踪物件计算状态的一个特征，及物流或单元操作属性视图中的状态条。该状态条有3种颜色代表3种不同状态：

Indicator Status Red Status Yellow Status Green Status

Description

缺少主要的定义信息，例如分离器没有进料或出料

所有主要定义信息已齐全，但因为自由度不为0物流或单元操作不能求解。 物流或单元操作定义完整并已求解

在PFD模式中，物流和单元操作也用颜色来指示其计算状态。

添加冷却器

1． 在Object Palette上点击Cooler按钮。

2． 在PFD上放置鼠标，此时鼠标带有一个加号（+），表示单元操作图标的位置。

3． 按下鼠标在PFD“放下”COOLER，其默认名为E-100。注意其红色状态表示它缺少进出口物流。 4． 在PFD工具条上按下Attach Mode按钮。

5． 将鼠标放在CoolGas流线的右端，在鼠标尖出现一个透明小方框，在鼠标尾弹出一个“Out”说明，表

示该物流的哪一端用于连接。

6． 左击鼠标并保持，此时透明方框变为黑色，表示准备连接。

7． 将鼠标移动到COOLER左（入口）端。在CoolGas和鼠标之间出现一条线，在COOLER的入口也会

出现一个连接点。

8． 将鼠标靠近连接点，此时鼠标尖会出现一个白色方框，表示可进行连接。 9． 松开鼠标左键，完成连接。

要完成COOLER的其它连接：

1． 将鼠标放在COOLER图标的右端，出现连接点和“Product”。

2． 按下鼠标左键不放出现黑色方框，移动鼠标到COOLER的右端，出现一个物流图标，表示将构造一个

新物流。

3． 松开鼠标左键，出现默认名为1的新物流。

4． 重复上述步骤构造COOLER的能流，其默认名为Q-100。 5． 按下Attach Mode返回到Move Mode。

双击COOLER图标，打开其属性视图。 1． 将COOLER改名为Chiller。

2． 点击Parameters页，指定压降为10psi。关闭视图。

这时Chiller有两个自由度。当换热器温度指定后计算出CoolGas物性将减少一个自由度。指定Chiller出料温度或Chiller所需的热量将用掉另一个自由度。由于所需热量无法确定，因此将设定Chiller出料初始温度为0 F。在以后的调试中再调整这个温度使SalesGas达到满意的露点温度。 3． 双击出料图标打开属性视图，将名称改为ColdGas，然后指定温度为0 F。

4． 双击能流图标打开其属性视图。改名为C3Duty，关闭视图。

添加LTS

下面我们将添加低温分离器（LTS）分离ColdGas中的气体和冷凝液： 1． 在Object Palette上点击Seperator按钮。 2. 将分离器的名称从默认的v-100改为LTS。

3. 移到Inlets列表，打开编辑条上的下列列表，选择ColdGas。

或者点击Attach Mode键进入动态连接后,移动鼠标近ColdGas物流右侧直至出现白色连接点和“out”字样,按下鼠标左键拖动至LTS左侧连接处,出现白色连接点后放开鼠标左键,连接完成. 4. 点击Vapour Outlet格或按下ALT+V移到该空格，输入LtsVap，回车。 5. 移动Liquid Outlet格，输入LTSLip，回车。

该例中分离器不需要其它能量输入，因此在属性视图中不需输入能流。

3． 进入Parameters页面。默认的Delta P（压降）值（0）适合该例。液体体积和液位高（通常只用于动

态模式或有反应的容器）的默认值也合适。

此分离器有两部分出口物料,气相和液相.其中气相作为换热器的壳层进口物流,下面是连接过程: 1 将鼠标置于分离器顶部,出现连接点和“Vapor Product”字样.

2 点左键后拖动至物流LTSVap(在创建换热器时已建立)处,出现连接点后松开,连接建立. 建立新物流作为分离液相产物:

1将鼠标置于分离器底部,出现连接点和“Liquid Product”字样.

2 点击并向分离器右侧拖动,放开鼠标后新物流建立,默认名为物流1. 3 关闭Attach Mode.

4 双击物流1图标,在name栏中填入LTSLip.关闭窗口.

LTS连接完成,在PFD菜单下选择Auto Position All,单元自动排列.

至此,换热器的出口物流仍未知.双击Gas/Gas图标,在Design页面点击

Specs

从上图看出有两变量未知,约束条件数为1,所以自由变量个数为1.HYSYS提供了两种确定方法,但实际上只有一种可用:

类型 Heat Balance

详述

管内和壳层传热量相等,无热损失

为总传热系数,A为传热面积.当提供另一约

束条件时,HYSYS将计算UA.

添加热交换器

由于剩下的自由度，还需指定一个参数，现指定换热器热流入口最低温度为10F。 1． 点击Add按键，选择ExchSpec。 2． 改变热流名称为Hot Side Approach.

默认设置为△T，用于确定两股物流的温差。Stream(+)和Stream(-)两空格分别对应于热流和冷流。 3． 点击Stream(+)空格的下拉键，选择SepVap。

4． 点击Stream(－)空格的下拉键，选择SalesGas。

5． 在Spec Value的空格里填入10F。HYSYS将自动迭代计算未知物流性质。

6． 点击Close按钮回到Gas/Gas的属性界面。新的物性参数会在表格中显示出来。 7． 从Work Sheet工具条进入Conditions页面可以看到计算后得到的物流参数

HYSYS计算得到冷流的温度为42.97F。流程表中的各股物流的各个参数我们都已经知道了。然后进入Performance页面下的Details页面。在Details页面中HYSYS显示了所有的详细性能。

经HYSYS计算可以得到我们感兴趣的两个物性参数UA和Lmtd（对数平均温差），分别为2.08eBtu/×Fhr和22.6F。

核查SalesGas 的露点温度 现在气相物流已经分析完毕，产物SalesGas需要核对至露点温度使之在管道流体压力下不会在运输管内形成液体。在800psia下典型的管路露点温度是15°F以内，在这个例子里我们就使用这个温度。

目前的露点可以经由创建一组分和SalesGas相同，尤其是露点压力相同的物流，然后由HYSYS计算 新物流的露点温度完成。此过程需要添加BALANCE operation，过程如下：

1 双击Object Palette上的Balance按钮，新的图标出现。 2 填入新的名称DewPoint，回车。

3 移动到流入物流的“Stream”单元栏。

4 从编辑菜单的下拉条中选择可用物流，选取SalesGas。 5 移动到流出物流的“Stream”单元栏。 6 键入SalesDP并回车生成流出物流。

7 移至Parameters标签，点击BALANCE类型中的Mole radio键。 8 点击Auto Calculation 自动计算。HYSYS自动将SalesGas的组分复制到SalesDP,并提供二物流的平衡。

然后，移动到BALANCE页面的Worksheet标签。现在我们只要确定SalesDP的气相比率和压力,HYSYS就会确定出未知的温度。

为了确定在800psia下SalesDP的露点温度，我们填入气相比率为1.0，压力800psia，HYSYS经过计算后返回露点温度为5.27°F，很好地符合在15°F以内的要求。关闭窗口返回PFD界面。

HYSYS中使用BALANCE创建新物流后，会将图标放在PFD的右端，如有需要，可以将图标拖动到更合适的位置，比如紧临物流SalesGas的右端。

添加第二个混合器

第二个混合器用来混合两个液体物流，Sepliq和LTSLip作为精馏塔进料。步骤如下： 1 点击Object Palette上Mixer图标。 2 将其置于LTSLip图标的右下角。

3 按住Ctrl键激活Attach Mode进行连接。

4 点击LTSLip物流图标右侧出现连接点，拖动至Mixer左侧，待出现连接点时松开鼠标左键，连接完成。

5 重复上述步骤，进行Sepliq和Mixer的连接。

6 移动鼠标至Mixer图标右侧，出现连接点后拖动至出现物流图标，松开生成默认名为1的新物流。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/k9z4.html