FluidFlow 3软件在沙特氧化铝项目设计中的应用

王生普

(中国恩菲工程技术有限公司, 北京 100038)

管路设计及介质的水力学计算是工艺系统设计中很重要的部分，国际化工程公司对于复杂的管路计算常采用专业的水力学计算软件。FluidFlow3是一款应用很广的水力学计算软件，常用于流体的水力学计算以及泵的核算。沙特氧化铝项目中所有泵及输送管路的核算均采用FluidFlow3，不仅优化了全厂的泵及输送管路系统，也为项目成功开车提供了保障。

1 界面介绍

FluidFlow3的常见界面如图1所示，主要由流程图区(用于管网建模)和数据面板(用于数据输入、结果查看、信息显示等)两部分组成。界面上可以打开任意多个流程图区。数据面板与流程图区实时同步，单击流程图中任一元素时，数据面板会同步显示该元素的信息；如果在数据面板的“警告提示信息”或“列表”中选择任一条目，流程图区会选中该条目对应的元素。

该软件允许用户使用鼠标点击模块建立模型，建模后可以移动、删除、重画、拷贝和编辑模型。容器及设备可选用组件，管件作为管道的一部分写入数据，管件的名称、数量和管件阻力均可编辑，用户也可拷贝设备管道的属性到另一个设备管道，以省去数据输入时间。计算完成后用户可以在计算结果菜单栏中选择需要显示的数据信息并将其显示在模型图面上，可用专用格式输出报告结果，报告文件可保存、打印。

2 水力学计算

2.1 计算范围

FluidFlow 3可模拟多种流变特性的流体，工程项目中常见的沉降性浆体和非牛顿(非沉降)浆体的水力学计算均可模拟。

(1)非牛顿(非沉降) 流体

流体的流变特性根据切应力和切变率的关系(见图1)或表观粘度和切变率的关系(见图2) 分为：牛顿流体(Newtonian)，宾汉流体(Bingham Plastic)，伪塑形流体(Pseudoplastic)和胀流性流体(Dilatant)等。这些流体均可用此软件模拟。

图1 FluidFlow 3软件界面

图2 不同流体切应力- 切变率曲线

图3 不同流体表观粘度- 切变率曲线

(2) 沉降性流体[1～3]

FluidFlow3通过Durand 公式、WASC(Wilson-Addie-Sellgren-Clift)公式、WASP公式及相应的修正公式来计算非均匀浆体中固体的沉降速度和浆液流速，具体公式可参阅相关的水力学手册。

2.2 计算步骤

(1)建模。先将设备、元件放置于流程图区，再用管道连接。在流程区放置元件时，每个元件的属性默认为缺省值。通常，建完模型后再统一修改数据，以免漏项。软件虽没限制绘制管线和设备数量，但受图面所限，所能计算的最多管线和设备在建模图面屏幕所能显示的范围内。

(2)数据输入。流程区中各元件、管道均有缺省值，要改变缺省值，必须在数据面板中人工输入。设备模型可输入设备尺寸、液位、标高等数据。管道相关数据可输入，也可选缺省值。

(3)计算。 在水力学计算时，每个设备、弯头等节点的高程很重要，因此计算前需仔细核对，核对完毕后，可点击菜单栏计算按钮，计算将快速完成。如需查看计算结果，可在流程区选中查看，也可在数据面板查询。

(4)调整管径。检查计算结果时，如发现系统不平衡，管路不平衡率高，实际流量偏离设计流量等情况，则管径必须调整。FluidFlow3会自动计算出流经管道的压损、经济流速、经济管径，有问题的数据可直接人工调整。

2.3 计算示例

下面是沙特氧化铝项目中应用FluidFlow 3模拟的旋流器给料泵及输送管路实例，具体建模和计算结果如下:

(1)系统建模

按流量的设计值、正常值和最小值建立计算模型，其中流量的设计值模型见图4。

图4 旋流器给料泵及输送管路流量设计值模型

(2)数据输入

输送流体数据见表1。

表1 输送流体数据输入

输送系统设备及管道数据见表2。

表2 输送系统设备及管道数据输入

*流体计算模型按非均匀沉降性流体来考虑，管道按ASME标准。

(3)计算结果

旋流器给料泵及输送管路计算结果见表3。

表3 旋流器给料泵计算结果

*表示已考虑修正系数

3 结束语

采用FluidFlow 3软件对沙特氧化铝项目中泵及输送管路模拟时，全面考虑了流量在设计值、正常值和最小值时管路的流体情况，并对泵的各种工艺条件进行了模拟，对输送管路中的系统阻力和管径尺寸也做了充分核算，避免了常见的过度设计(较大设备裕量和系数)，减少了项目投资和运营成本。

[参考文献]

[1] KC Wilson, GR Addie, A Sellgren and R Clift. Slurry Transport Using Centrifugal Pumps (3rd Edition)[M]. Pub Springer Science + Business Media, 2006.

[2] BE Abulnage.Slurry Systems Handbook [M]. Pub McGraw-Hill, 2002.

[3] Edward J Wasp, John P King，Ramesh L Ghandi. Solid-Liquid Flow.Slurry Pipeline Transportation[M]. Pub Trans Tech Publications, 1976.