换热网络操作夹点分析与旁路优化控制

换热网络夹点设计法是从设计的角度,针对某一给定的典型操作条件而进行的,而炼油化工过程的生产条件经常在一定范围内波动。在实际的生产中,换热网络的操作夹点和最小温差与设计值往往不尽相同,为换热网络的优化控制带来了一定困难。因而近年来对于换热网络夹点技术以及旁路优化控制方面的研究不断深入,但将夹点技术与换热网络控制集成的方法仍不成熟。本文从操作的角度求解并分析换热网络结构已定或网络正在运行情况下的操作夹点,定性分析操作夹点的变化规律,并提出在操作夹点附近设置旁路实现网络的旁路优化控制,从而将夹点技术应用于换热网络旁路优化控制中。实例仿真表明,这一旁路优化控制方法在满足控制要求的同时明显降低了网络的总公用工程,验证了其有效性。     

基于夹点技术与超结构模型的多程换热网络最优综合

基于热力学原理,以夹点技术为基础结合数学规划法,采用两步法综合多程换热网络。第一步在多程换热网络热力学分析的基础上优化求解最小温差,计算公用工程用量。第二步将求得的最小温差作为夹点温差,将网络分为夹点之上和夹点之下两个子网络,建立多程换热网络的超结构模型,确定流股匹配并优化网络配置。最后,以换热网络总费用最小为目标,连接两个子网络,权衡设备投资费用和操作费用,综合多程换热网络。该方法基于热力学原理,改进了夹点技术在多程换热网络综合中的应用,进而实现了多程换热网络的自动综合。示例分析证明了本文所提方法的有效性。     

基于夹点技术与超结构模型的多程换热网络最优综合

基于热力学原理,以夹点技术为基础结合数学规划法,采用两步法综合多程换热网络。第一步在多程换热网络热力学分析的基础上优化求解最小温差,计算公用工程用量。第二步将求得的最小温差作为夹点温差,将网络分为夹点之上和夹点之下两个子网络,建立多程换热网络的超结构模型,确定流股匹配并优化网络配置。最后,以换热网络总费用最小为目标,连接两个子网络,权衡设备投资费用和操作费用,综合多程换热网络。该方法基于热力学原理,改进了夹点技术在多程换热网络综合中的应用,进而实现了多程换热网络的自动综合。示例分析证明了本文所提方法的有效性。     

计算机辅助换热网络两步法优化综合

本文提示了换热网络优化综合的两步法.第一步为应用夹点设计法(PD法),在给定的最优夹点传热温差的基础上,综合出一初始的优化网络.本文通过对夹点概念的理论分析,推导出求取最优夹点温差的解析式.计算实例表明,利用此解析式求取最优夹点温差值具有计算简便、准确的优点.第二步为在第一步所获得的初始优化网络的基础上,建立换热网络优化综合非线性规划数学模型,其目标函数为投资和年操作费用,其约束条件为各换热器及分流器、混合器的物料平衡、热量平衡、传热方程等等.应用逐次二次规划法优化软件VMCON进行求解.计算实例表明:经过非线性规划法优化所得的换热网络,其费用比仅由第一步所获得的初始优化网络下降14%,比由其它调优方法所改进的换热网络也要好.为了工程上使用的方便,将上述方法开发成一换热网络自动综合积成软件,该软件包括:1.扩展表格程序.该程序将换热网络综合问题的原始数据和综合结果通过此表格输入或输出.2.3DPLOT绘图程序.它可将冷、热物流匹配关系以图形方式绘出.3.换热网络综合程序.该程序应用夹点设计法对给定的冷、热物流进行网络综合,产生一初始优化网络.4.换热网络模拟程序.对已知结构及尺寸的换热网络进行模拟计算.5.标准换热器数据库.它包括若干标准换热器的尺寸和性能等数据.并     

基于热损失的换热网络夹点设计法

现行的换热网络目标方法,在进行换热网络价格估算时,未考虑热物流的热损失。在真实的设计中,换热器壳体保温后仍与环境温度相差较大,则其热损失不可忽略。文章提出了一个新的基于热损失的换热网络夹点设计法,该方法首先以综合费用最小为目标确定出最小温差,然后建立问题表格确定出夹点位置及最小公用工程消耗,最后再进行换热网络设计。文中采用某石油常减压换热网络系统为典型算例对该方法的前两步进行了分析研究,论证了该方法的必要性及可行性。结果表明:该方法与基本Linnhoff夹点技术法估算的投资费用有较大的差距之外,在一定的最小温差下,其与基本Linnhoff夹点技术法确定的夹点位置不同,公用工程消耗也有较大的差距。     

基于物流焓值的换热网络夹点设计方法

提出一种新的基于物流焓值的换热网络夹点设计方法,首先以综合费用最小为目标确定最小温差,然后建立问题表格确定夹点位置和最小公用工程消耗,最后进行换热网络设计。采用某石油常减压换热网络系统为典型算例对该方法的前两步进行分析研究,结果表明:该方法与基本Linnhoff夹点技术法估算的投资费用有较大差距;在一定的最小温差下其与基本Linnhoff夹点技术法确定的夹点位置不同,公用工程消耗也有较大差距。     

大型复杂过程系统用能的诊断与调优

针对大型复杂过程系统用能的诊断与调优，发展了夹点分析（夹点技术）方法。提出采用虚拟温度法，确定各流股匹配换热的传热温差；将过程的夹点分析区分为操作型夹点计算与设计型夹点计算两个层次：操作型夹点计算用于过程用能的诊断；设计型夹点计算指导过程用能的调优。基于以上改进，开发了大型复杂过程系统用能诊断与调优策略，并应用于国内某厂乙烯装置的节能改造，可使该装置吨乙烯能耗降低４．１８７ＧＪ。应用表明本文提出的方法是指导大型复杂过程系统用能诊断与调优的有利工具。     

夹点理论及其在换热网络优化综合中的应用

本文阐述了夹点理论的基本原理,及其在换热网络优化综合中的应用。并利用一工业实例说明如何应用夹点技术进行现有换热网络的分析和改造设计。实践证明,应用夹点理论指导换热网络的综合会取得很好的经济效益。本文还简要说明了为发展夹点理论,作者及其同事们所完成的一些研究工作。     

环氧丙烷装置换热网络的分析与优化

利用夹点技术对某环氧丙烷装置换热网络进行了分析,并提出优化改造方案。基于MATLAB的操作型夹点分析表明,现行换热网络夹点温差偏大(34℃)。优选夹点温差为20℃,可得最小加热和冷却公用工程量分别为1 981 kW和9 132 kW,而现行换热网络中加热和冷却公用工程量分别为3 049 kW和10 201 kW,存在较大节能潜力。进一步分析表明,现行换热网络存在违背夹点设计原则的现象,导致用能不合理。考虑换热网络变动的复杂程度和经济性,提出了一种简便的优化改造方案,可减少冷热公用工程量各300.5 kW。     

基于热容流率的换热网络夹点设计法

以Linnhoff换热网络夹点技术理论为基础,提出了在进行换热网络设计时,考虑热容流率随温度发生变化时确定夹点位置的方法,并结合实例进行分析计算。该法对夹点位置、最小温差、公用工程用量的确定更加准确,对投资费用的估算也更接近于实际。     

常减压蒸馏换热网络节能优化

利用夹点技术对常减压蒸馏换热网络进行分析,优化该常减压蒸馏装置换热网络结构,最大限度的回收热量,节能效果显著。     

电厂CO2捕集工艺夹点分析与过程集成节能

电厂一乙醇胺（MEA）法烟气CO2捕集（CCS）工艺换热网络能量流密集,固有能耗高,对该工艺进行过程集成节能研究,具有重要意义。对CO2捕集工艺换热网络的夹点分析说明该换热网络存在跨越夹点的热量传递。冷热物流的总复合曲线特征说明了CO2捕集工艺固有能耗高的特性。对换热网络进行调优并提出了节能技术方案：（1）在夹点之上利用MEA贫液的部分高温位热量加热预吸附塔再生气;(2)采用MEA再生塔产生的湿CO2混合物作为驱动热源,跨越夹点设置一台氨吸收式制冷机以替代CO2液化所需部分制冷量。基于过程集成节能提出的换热集成节能措施可有效降低CO2捕集工艺固有能耗,使蒸汽耗量降低21%,冷却水耗量降低17.2%,CO2液化所需低温冷却公用工程降低43.4%。     

合成氨变换工艺分析及全低变换热网络优化设计

在目前的变换工艺中，全低变工艺是较为节能的工艺。利用夹点技术对全低变换热网络进行优化设计，得到的新网络流程不需要外供蒸汽。与第二换热网络相比，减少了设备台数，节省投资费用，目前使用的全低变工艺的能耗还可进一步降低。     

乙烯分离与复叠制冷系统用能的综合优化

乙烯装置的分离过程要在低温下进行,由乙烯制冷系统提供所需冷量。乙烯制冷系统为封闭式循环,独立于分离单元之外。将乙烯分离单元与制冷系统同时优化,能有效提高装置用能效率。复叠式制冷级数是当前乙烯工业中使用最为广泛的制冷技术。本文针对乙烯分离过程和配套的复叠制冷系统,采用Aspen Hysys进行模拟并进行(火用)分析,发现系统主要的(火用)损失发生在换热与压缩两部分,其占总(火用)损失的83%,为节能的重点。进而通过夹点技术对冷剂配置进行分析,发现-56℃以上各温位的冷量配置不合理,远超过理论最小值,-56℃以下各温位的冷量基本达到理论最小值。提出了采用多股流换热器的换热网络理论设计方法,并对冷剂进行重新配置,该理论方案可以降低丙烯制冷压缩机约30%的功耗,并节约部分乙烯制冷压缩机功耗,显著降低了乙烯深冷分离能耗。     

夹点技术在重芳烃分离装置节能改造中的应用

使用夹点技术对某重芳烃分离装置现行的换热网络进行分析优化,以夹点温差16℃,找出该装置换热网络的夹点平均温度159.5℃,其中夹点处的热流温度为167.5℃,冷物流温度为151.5℃。计算得到装置节能潜力336.6×104kJ/h。结合该装置现行的换热网络提出了2套换热网络优化改造方案,通过2套方案的比较和可行性分析,最终确立所选方案,该方案可实现节能14.0%,节能效果显著。     

具有不同操作工况的装置的热集成

针对具有不同操作工况的连续过程,为了使装置在任一工况下均能达到最大节能潜力,基于夹点技术,根据各工况所对应的夹点位置,扩展了夹点设计原则,提出了一个具有不同操作工况的装置的热集成方法,该方法可以使装置中固定不变部分换热网络结构相同,并且在不同工况下装置的换热网络始终是最大能量回收网络.     

甲基叔丁基醚裂解制高纯异丁烷换热网络优化

近30年以来,夹点技术在石化行业得到了迅速的推广与应用,并取得了良好的经济效益。文中依据热夹点技术的基本理论与设计原则,利用Aspen HX-Net软件对8万t/a甲基叔丁基醚(MTBE)裂解制高纯异丁烷换热网络进行热平衡分析。结果表明:该流程冷热公用工程消耗量过大,换热网络设计不合理。采用Aspen HX-Net软件对换热网络进行优化和改进,使装置能耗大为降低。     

Heat Exchanger Network Integration Using Diverse Pinch Point and Mathematical Programming

A design approach based on diverse pinch point and mathematical programming for optimal integration of heat exchanger networks (HENs) is described. The effect of the dissimilar film heat transfer coefficients on the area target is considered by different pinch and composite curves. The approach combines insightful pinch analysis and rigorous mathematical programming, which enable systematic and automatic designs. A software platform is developed for the design of HENs. An example illustrates the application of the proposed approach.