基于VB+access开发的换热网络夹点技术软件设计

基于VB+access开发的换热网络夹点技术软件设计
吴伟;叶枫
【摘要】During designing heat exchanger network by pinch technology, the calculation is usually complex and large, working time is long, too. In this paper, the software for heat exchanger network pinch technology was developed based on VB and access. It can find the process pinch and draw process composite curve by given stream data. The practical examples have showed that the software is exact and economic.%针对夹点技术设计换热网络时，计算繁琐、运算量大、需要大量时间等特点，基于VB和access混合编程，开发出用于换热网络综合夹点计算的软件。

该软件能通过给定数据获得夹点温度和最小公用工程用量，并能绘制出总组合曲线。

通过实例验算证明，该软件计算准确、速度快。

【期刊名称】《当代化工》
【年(卷),期】2013(000)009
【总页数】3页(P1344-1346)
【关键词】换热网络;夹点技术;VB;access
【作者】吴伟;叶枫
【作者单位】新疆大学化学化工学院,新疆乌鲁木齐,830046;新疆大学化学化工学院,新疆乌鲁木齐,830046
【正文语种】中文
【中图分类】TP311
当今社会,能源的节约、回收、合理利用，日益被人们关注，节能减排已成为我国的基本国策。

在各生产行业中，化工行业是耗能大户，是我国实行节能减排的重中之重，而热交换是化工生产中的基本过程，所以换热网络是能量循环利用的重要子过程[1-3],因此，对换热网络进行分析、调优就显得非常重要。

换热网络分析、优化的方法有很多，其中以linnhoff等为代表的夹点技术[4,5]最能反映问题的实质，并在实际应用中取得令人满意的结果。

夹点技术的困难在于对于实际工艺过程，需要匹配换热的工艺物流可能非常多，此时夹点的求取就会非常繁琐、运算量很大、计算需要大量时间，而采取夹点技术的工程应用软件如Aspen pinch、Hextran等专业性较强、上手困难、且技术授权费用不菲、不易推广[6]，因此开发出界面友好、操作简单、免费的夹点技术软件是十分必要地。

本文将Visual Basic 6.0图形化界面与access数据库结合，利用VB开发出用户操作界面，后台调用access数据库处理数据，得出换热网络夹点位置、最小公用工程用量，绘制出总组合曲线，并对实例进行夹点分析、取得满意结果。

1 问题表格法
问题表格法是最常用的夹点技术应用方法，它的求解步骤如下：
第1步：按照热交换最小传热温差△Tmin将热、冷物流进出口温度转换为虚拟温度，转换方式为热物流进出口温度减去△Tmin值的一半，冷物流进出口温度加上△Tmin值的一半。

之后将转换后的温度降序排列成k+1行，从而形成k个温度区间，每一区间都是1个子网络。

第2步：依次对每1子网用下列公式进行处理。

其中:Dk—第k个子网的赤字(Defict),表示该处满足热平衡需要外部提供的热量。

Dk>0—需要外界提供热量；
Dk<0—该子网有剩余热量可输出。

Ik—提供给第k个子网的热量，I1=0；
Ik+1—提供给第k+1个子网的热量;
Ok—第k个子网向外排出热量；
∑Cpcold和∑Cphot分别代表第k个子网中冷、热物流的热容流率之和；
K—子网总数;
（Tk-Tk+1）—第k个子网的温度间隔。

第 3步：找到子网中 Ok最小的值，取绝对值后即为最小公用工程加热量。

然后令I1等于最小公用工程加热量，用公式（2）、公式（3）再次对每一子网进行计算，此时子网中Ik为0的区间和Ok为0的区间相交的温度即为夹点温度，OK 的值为最小公用工程冷却量[7]。

2 编程设计
本软件采用“问题表格法”来确定换热网络的夹点位置，需要用户输入冷热物流的进出口温度、热容流率和最小传热温差△Tmin，之后软件会根据输入信息自动划分子网、确定夹点温度、最小公用工程用量、绘制总组合曲线。

2.1 软件的整体设计
本软件通过VB开发出可视化前台用户界面，结合access2000数据库后台运算来实现其功能。

其软件工作流程如图1所示，软件开始运行后，会在软件所在路径（即存放软件的文件夹）下建立名为hen.db的access 2000数据库文件;待用户在前台界面输入完信息后，信息交互给access数据库，软件通过执行SQL语言调用access数据库来进行后台运算得到计算结果；最后access数据库会将结果输出到用户界面向用户反馈。

软件运行结束后，会自动删除hen.db文件。

图1 软件工作流程Fig.1 software working process
2.2 VB前台用户界面
本软件用户界面分为两屏，第1屏为欢迎界面，第2屏为操作界面。

用户运行本软件后首先弹出欢迎界面，该界面简述了该软件的功能、操作方法，点击界面下方计算按钮则进入操作界面。

否则按退出按钮退出软件。

进入操作界面后，软件会提示用户逐步输入热冷流体数目、各流体进出口温度和热容流率、最小传热温差。

全部输入完毕后，点击计算按钮，操作界面会出现结果显示栏，将夹点温度、最小公用工程加热量、最小公用工程冷却量、总组合曲线反馈给用户。

计算完毕后，可以点击继续计算按钮计算新的数据或者点击退出按钮结束计算。

2.3 access数据库后台运行
当用户点击计算之后，后台程序运行，将用户输入数据存储到access 2000数据库中，数据库按照“问题表格法”的求解方法处理数据，处理完成后，计算结果输出到用户界面，其后台程序计算步骤如图2。

2.4 VB与access数据交互
VB与access进行数据交互有多种方法，本程序采用的是ADO控件、DataGrid 控件和MSChart控件来与access数据库交互数据。

其交互过程如下：
(1)用户在交互界面输入完冷热流股数后，程序会同时在后台建立该换热网络的数据库，并通过ADO控件进行链接。

(2)按照第2步提示，用户将会在DataGrid表格控件中输入物流信息。

(3)当用户点击计算后，程序通过SQL语言调用access数据库，处理数据。

(4) MSChart控件在结果栏绘制总组合曲线。

自此，程序运行结束。

图2 后台程序计算步骤Fig.2 background program working process
3 实例计算
下边举例来验证本软件的准确性。

某一工艺过程包含9股热物流和两股冷物流，指定冷热物流间最小传热温差为
30 ℃，详细数据见表1。

表1 物流信息Table 1 stream information物流标号初温终温热容流率ID Ts/℃ Tt/℃ Cp/(kW·℃-1)H1 380 130 59.89 H2 345 65 7.61 H3 320 70 8.17 H4 300 200 38.77 H5 300 60 21.57 H6 260 35 22.75 H7 225 165 57.91 H8 180 50 9.81 H9 110 65 24.62 C1 46 220 127.8 C2 210 360 155.6
运行程序，按照每步提示输入物流信息后，界面如图3所示。

图3 用户输入界面Fig.3 User importing interface
点击计算按钮，程序自动运算，并显示计算结果，其界面如图4所示。

总组合曲线反映了系统能量在各温度区间的分布关系，其焓值为0对应的温度即为夹点温度，该换热网络的夹点温度为225 ℃。

225 ℃是虚拟温度，实际热物流的夹点温度为240℃，冷物流的夹点温度为210 ℃，最小公用工程加热量为：10 705.35 kW，最小公用工程冷却量为：4 304.299 kW。

图4 计算结果Fig.4 The results
4 结论
(1) 本文以“问题表格法”为指导方法，通过VB+access混合编程得到的换热网络夹点技术软件。

经过实例验证，证明其计算结果准确可靠。

(2) 该软件界面友好直观，操作简便、且软件体积小，能方便快捷确定换热网络的夹点温度、最小公用工程用量，并能绘制出总组合曲线，是很有效的换热网络分析与优化的辅助工具。

【相关文献】
［1］冯宵.化工节能原理与技术[M].3版.北京:化学工业出版社,2009.
［2］杨杉杉,罗行,陈德珍,温卿云.较大规模换热网络的一种综合优化方法[J].能源技
术,2007,28(1):19-27.
［3］Benoit Aleen,Myriam Savard-Goguen,Louis Gosselin.Optimizing heat exchanger networks with genetic algorithms for designing each heat exchanger including condensers[J].Apploed Thermal Engineering,2009,(29):3437-3444.
［4］Linnhoff, B.,E. Hindmarsh. The Pinch design method for heat exchanger networks[J]. Computers & Chemical Engineering, 1983,38:745.
［5］Linnhof, B. Pinch analysis-A state of the art overview[J]. Transactions of the Institution of Chemical Engineers, 1993, 71:503.
［6］牛秀明,陈宏刚.平衡级分离计算的电子表格[J].计算机与应用化学,2008,25(5):558-560. ［7］姚平经.全过程系统能量优化综合[M].大连:大连理工大学出版社,1995.。