大型化工换热网络优化分析_图文(精)
多股流换热器网络及其衍生网络法综合优化课件
01
多股流换热器网络 及其衍生网络法综
合优化方法
优化目标确定
01
02
03
最小化换热成本
通过优化换热器网络，降 低换热过程中的能量消耗 和成本。
提高换热效率
优化换热器网络布局和操 作参数，提高换热效率， 减少热量损失。
降低环境污染
在满足工艺要求的前提下， 尽量减少换热过程中的能 源消耗和污染物排放。
优化方法选择
数学规划法
通过建立数学模型，将换热器网络的优化问题转化为数学问题， 利用数学方法求解最优解。
遗传算法
模拟生物进化过程中的遗传机制，通过自然选择和遗传变异等操 作，寻找最优解。
人工智能算法
利用神经网络、深度学习等算法，对大量数据进行训练和学习， 寻找最优解。
优化过程实施
建立数学模型
根据工艺要求和换热器网络实际情况，建立数学 模型，包括目标函数、约束条件等。
01
衍生网络法基础
衍生网络法定义
衍生网络法是一种基于数学和计算机科学的优化方法，用于解决多目标、多约束 的复杂系统优化问题。
它通过构建一个或多个衍生网络来描述和解决优化问题，利用网络拓扑结构和节 点间的关联关系来寻找最优解。
衍生网络法原理
衍生网络法的基本原理是将问题转化为网络流问题，通过构 建适当的衍生网络，利用网络流算法寻找满足所有约束条件 的最优解。
研究现状
目前，多股流换热器网络优化研 究已经取得了一定的进展，但仍 存在一些问题需要进一步探讨。
现有的研究方法大多基于经验或 半经验模型，缺乏系统性和理论 性，难以满足实际生产的需求。
针对多股流换热器网络的综合优 化问题，需要进一步研究更加科
学、系统的优化方法和技术。
石化换热网络与公用工程系统能量集成综合优化方法与实例研究
（三）实例3——腈纶装置蒸汽冷凝水系统改造
（1）改造原因 ① 冷凝水排放不畅 ② 疏水阀故障率高 ③ 冷凝水回收配置不尽合理 ④ 系统最末段的冷凝水泵经常气蚀
（一）实例1——中石化某炼油厂换热网络改造
（4）优化网络
图2 优化网络示意图
（一）实例1——中石化某炼油厂换热网络改造
（4）优化网络
图3 换热器布置图
（一）实例1——中石化某炼油厂换热网络改造
（5）结论
优化后换热网络换热器总台数为71台，总换热面 积为19520m2，新增、更新换热器27台，更新换热 面积为10230m2，换热网络空置出换热器14台，换 热面积1225m2。
原油进电脱盐温度为136℃(计算值141℃)，考 虑现场原油性质变化和操作可调性，在最终设计时 E1-6和E2-7两组换热器加跨线可在电脱盐之前，也 可在电脱盐之后。进初馏塔前换后温度为226℃， 初馏塔底油换后终温为310℃。总投资近4000万， 年效益3000余万元。
（二）实例2——丙烯腈的背压汽轮机
（三）实例3——腈纶装置蒸汽冷凝水系统改造
（3）改造效果 本次改造总投资45万元。2004年4月底改造完成，
2004年5月投入运行，一次开车成功 。节约蒸汽 6.6t/h(蒸汽65元/h)，年经济效益343万元，投资 回收期2个月。
（三）实例3——腈纶装置蒸汽冷凝水系统改造
图4 原系统流程
（三）实例3——腈纶装置蒸汽冷凝水系统改造
器 3.5 MPa 汽，3.5 MPa、1.0 MPa 管网整顿、监测系统 建立与优化运行。
换热网络的综合、优化
换热网络的综合,优化
上海理工大学 关欣
研究换热网络综合,优化的意义
换热器网络是石油化工,能源动力,低温工程等领域广泛 应用的工艺环节,其设计的合理性和高效性直接关系到工 业系统的整体性能.而换热器网络的综合和优化即是要充 分利用工艺物流的能量,尽量减少公用设施费用,使系统 总投资费用最小.实践表明,通过对已有换热器网络的优 化和改造以及对新型换热器网络的综合和优化,都可以显 著地提高能量利用效率,达到节能高效的目的,且产生的 经济效益是十分可观的.例如,ICI公司应用窄点法对已 有换热器网络进行优化和调整以后,不但节省了设备投资, 而且仅燃料费用一项每年就节约120万美元,获得了相当 可观的效果[1];我国在这方面的成功经验也很多,例如, 清华大学化工系统工程教研室在上世纪八十年代,通过对 炼厂原油预热网络的优化改造,使得加热炉负荷降低40%, 年经济效益达140万元[2].因此,近几十年来,换热器网 络的综合和优化技术得到了迅速的发展,并且已经成为过 程系统综合的一个重要分支.
换热网络的综合、优化
(utility grand composite curve)
传热过程的有效能分析
换热网络的调优
最少换热设备个数和热负荷回路
热负荷回路的断开 1 基本回路断开方式
2 补充回路断开方式
3 热负荷路径及能量松弛
换热网络的综合、优化
上海理工大学 关欣
研究换热网络综合、优化的意义
• 换热器网络是石油化工、能源动力、低温工程等领域广泛 应用的工艺环节，其设计的合理性和高效性直接关系到工 业系统的整体性能。而换热器网络的综合和优化即是要充 分利用工艺物流的能量，尽量减少公用设施费用，使系统 总投资费用最小。实践表明，通过对已有换热器网络的优 化和改造以及对新型换热器网络的综合和优化，都可以显 著地提高能量利用效率，达到节能高效的目的，且产生的 经济效益是十分可观的。例如，ICI公司应用窄点法对已 有换热器网络进行优化和调整以后，不但节省了设备投资， 而且仅燃料费用一项每年就节约120万美元，获得了相当 可观的效果[1]；我国在这方面的成功经验也很多，例如， 清华大学化工系统工程教研室在上世纪八十年代，通过对 炼厂原油预热网络的优化改造，使得加热炉负荷降低40%， 年经济效益达140万元[2]。因此，近几十年来，换热器网 络的综合和优化技术得到了迅速的发展，并且已经成为过 程系统综合的一个重要分支。
国内，针对换热器网络综合与优化的研究基本集中于高校内的研究工作。大连 理工大学姚平经教授在窄点技术法和数学规划法方面取得一定早期成果[13,14]， 并针对其不足之处提出和发展了先进的网络优化方法，例如，建立了三温差 MILP转运模型及其设计方法[15,16]等；华南理工大学华贲教授将人工智能和数 学规划[17]有机地结合起来应用于换热器网络的优化，建立了大规模网络的超 结构模型[18]，且充分考虑了换热器网络弹性设计问题[19]；清华大学肖云汉教 授、朱明善教授和王补宣教授在国内很早提出换热器网络综合和优化的重要性， 在该方面也作了大量有意义的研究[20,21]。 但总的看来，无论是窄点技术法还是数学规划法，到目前为止大都还是一种多 目标分步优化方法，很难一次得到网络的整体最优解。因而有必要对换热器网 络的综合与优化做进一步器网络的窄点法．新疆化工，1994，(1)：24-38. [2]肖云汉，朱明善，王补宣．换热网络的同步综合设计．化工学报，1993，(6)：635-643. [3] Linnhoff B, Flower J R. Synthesis of Heat Exchanger Networks: Systematic Generation of Energy Optimal Networks. AICHE Journal, 1978, 24(4): 633-654. [4]Trividi K K, et al. A New Dual-Temperature Design Method for the Synthesis of Heat Exchanger Networks. Comput Chem Eng, 1989, 16: 667-685. [5] Fraser D M. The Use of Minimum Flux instead of Minimum Approach Temperature as A Design Specification for Heat Exchanger Networks. Chem Eng Sci, 1989, 44: 1121-1127. [6] Cenda J, Westerberg A W, Mason D, Linnhoff B. Minimum Utility Usage in Heat Exchanger Networks Synthesis. Chem Eng Sci, 1983, 38: 373-387. [7]Papoulias S A, Grossman I E. A Structural Optimization Approach in Process Synthesis (II): Heat Recovery Network. Comput Chem Eng, 1983, 7(6): 707-721. [8]Floudas C A, Ciric A R, Grossman I E. Automatic Synthesis of Optimum Heat Exchanger Networks Configuration. AICHE. J, 1986, 32: 276-290. [9]Floudas C A, Ciric A R. Strategies for Overcoming Uncertainties in Heat Exchanger Network Synthesis. Comput Chem Eng, 1989, 13: 1133-1152. [10] Yee T F, Grossmann I E, Kravanja I. Computer Chem Eng, 1990, 14: 1151-1164. [11]Ciric A R, Floudas C A. Heat Exchanger Network Synthesis Without Decomposition. Comput Chem Eng, [J], 1991, 15: 385-396. [12] Yee T F, Grossmann I E. Simultaneous Optimization Models for Heat Integration (I)：Area and Energy Targeting and Modeling of Multi-stream Exchangers. Comput Chem Eng, 1990, 14(10): 1151-1164. [13] 詹士平，姚平经，袁一． 用转运问题求解换热器网络的最小公用设施费用． 化学工程，1989，17(5)：17-27. [14] 尹洪超，周东浩，崔峨．夹点技术与换热网络综合调优方法．节能，1994(5): 11-13. [15] 王莉，姚平经，袁一．换热器网络的新设计方法．化学工程，1995，23(1)：25-30. [16] 尹洪超，袁一，王晓云，施光艳．换热器网络非等温混合目标同步最优综合．大连理工大学学报，1995，35(5)：639-643. [17] 李志红，尹清华，华贲．换热网络最优合成研究的进展与展望．炼油设计，1997(3)：5-10. [18] 李志红，华贲，尹清华，何耀华． 人工智能与数学规划的集成用于换热网络最优合成设计的研究． 石油化工，1998(9)：660668. [19] 李志红，华贲．换热网络弹性分析的研究和应用．石油炼制与化工，1995(8)：11-14. [20] 肖云汉，朱明善，王补宣．换热网络设计方法的研究进展．化工进展，1994(1)： 1-8. [21] 朱明善，肖云汉，王补宣．换热网络的一种新的自动设计方法．石油炼制，1993(12)：46-52.
换热网络优化——夹点理论 76页PPT文档
落入各温度区间的物流已考虑了温度推动力，所以在 每个温度区间内都可以把热量从热物流传给冷物流， 即热量传递满足第二定律。
每个区间的传热表达式为：
Q i [ (F)H C .ip (F)C C .i] T ip
温度区间具有以下特性： 可以把热量从高温区间内的任何一股热物流传给低温区
A3
Yibin University
2009年度宜宾学院化工学院课程 化工过程分析与合成
7.2 换热网络合成问题 7.2.1 换热网络合成问题的描述
一组需要冷却热物流H和一组需要加热的冷物流C，每条 物流的热容流率FCp，热物流从初始温度TH初冷却到目标 TH终，冷物流从初始温度TC初加热到目标温度TC终。
180
40
280
2.630105来自-1954.0
150
40
440
165
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Yibin University
2009年度宜宾学院化工学院课程 化工过程分析与合成
如果没有温度推动力的限制，就必须由公用工程系统 提供165kW的热量
第一定律计算算法没有考虑一个事实，即：只有热物 流温度超过冷物流时，才能把热量由热物流传到冷物 流。
络的能量最优解，即最小公用消耗；
提出了换热网络最少换热单元数的计算公式。
意义在于从理论上导出了换热网络的两个理想状态 ，从而为换热网络设计指明了方向
A5
Yibin University
2009年度宜宾学院化工学院课程 化工过程分析与合成
•Linnhoff和Flower的工作
合成能量最优的换热网络。 从热力学的角度出发，划分温度区间和进行热平衡
△Tmin，然后与冷物流的起始、目标温度一起按从在到
分步式的化工装置换热网络优化改造策略
广东化工2020年第14期· 138 · 第47卷总第424期分步式的化工装置换热网络优化改造策略宋润润*，李春晓，刘乾辰(中石化广州工程有限公司，广东广州510620)[摘要]相较于新设计，换热网络的优化改造需要考虑更多的因素和可行性。
为了使优化改造方案切实可行，本文提出了一种分步式的换热网络优化改造策略。
本文对化工装置进行了用能分析，然后再进行优化方案的筛选、对比和确定。
本文选取某一化工装置为研究对象，以其真实的设计和运行数据为基础，对其换热网络进行了优化改造。
[关键词]换热网络；节能；优化改造[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2020)14-0138-03A Step-wise Method for the Retrofit of Heat Exchanger Networks in ChemicalProcessSong Runrun*, Li Chunxiao, Liu Qianchen(Sinopec Guangzhou Engineering Co., Ltd., Guangzhou 510620, China)Abstract: Compared to the new design, the retrofit of heat exchanger network needs to consider more factors and the feasibility of the strategy. In order to make the retrofit of heat exchanger networks more feasible, a step-wise strategy is introduced in this work. Energy-use analysis is presented, and the screening, comparison and selection of different retrofit strategies can be then introduced. A chemical unit is selected as the research object in this work, and its heat exchanger network is optimized based on its real design and operation data.Keywords: heat exchanger network；energy conservation；retrofit1 引言换热网络或是范围更大的能量系统的集成与优化，一直是面向过程工业的研究热点之一，是实现过程系统节能减排、提升经济效益的重要手段[1-2]。
化工设计竞赛换热网络择优选取及优化过程(0002)
1.1 概述在大型过程系统中，存在大量需要换热的流股，一些物流需要被加热，一些物流需要被被冷却。
大型过程系统可以提供的外部公用工程种类繁多，如不同压力等级的蒸汽，不同温度的冷冻剂、冷却水等。
为提高能量利用率，节约资源与能源，就要优先考虑系统中各流股之间的换热、各流股与不同公用工程种类的搭配，以实现最大限度的热量回收，尽可能提高工艺过程的热力学效率。
热集成网络的分析与合成，本质上是设计一个由热交换器组成的换热网络，使系统中所有需要加热和冷却的物流都达到工艺流程所规定的出口温度，使得基于热集成网络运行费用与换热设备投资费用的系统总费用最小。
Aspen 能量分析器软件采用过程系统最优化的方法进行过程热集成的设计，其核心是夹点技术。
它主要是对过程系统的整体进行优化设计，包括冷热物流之间的恰当匹配、冷热公用工程的类型和能级选择；加热器、冷却器及系统中的一些设备如分离器、蒸发器等设备在网络中的合适放置位置；节能、投资和可操作性的三维权衡；最终的优化目标是总年度运行费用与设备投资费用之和（总年度费用目标）最小，同时兼顾过程系统的安全性、可操作性、对不同工况的适应性和对环境的影响等非定量的过程目标。
因此，夹点技术不仅可以用于热回收换热网络的优化集成，而且可用于合理设置热机和热泵、确定公用工程的等级和用量，去除“瓶颈”、提高生产能力，分离设备的集成，减少生产用水消耗，减少废气污染排放等。
在此基础上，利用Aspen Energy Analyzer 设计换热网络，具体步骤如下：（1）确定流程中需要换热的冷流股和热流股；（2）利用物流数据做出冷热流股的温焓图和总组合曲线图（GCC）；（3）确定最小传热温差；（4）找出夹点及最小冷、热公用工程用量；（5）构建优化换热网络。
1.2 工艺流股的提取过程流股的提取如下：由于R101_heat反应器外已经模拟使用饱和水汽化带走热量，故反应器热应删去，V101V_To_C01OUT已经将这部分热量移走。
大型化工换热网络优化分析
大型化工换热网络优化分析
葛玉林;沈胜强;冀新生;刘晓华
【期刊名称】《石油化工高等学校学报》
【年(卷),期】2008(021)004
【摘要】利用夹点技术对一个复杂化工换热网络进行了用能诊断,并结合流程模拟技术新设计出一个能量回收量最大的换热网络.在用断开热负荷回路的方法对所得到的新换热网络进行调优时,发现一些熟负荷回路出现了与以往夹点技术论述中所没有提及的新特点.用常规的方法对这些特殊的热负荷回路进行断开已不太适应,对此提出了解决的办法,并借助流程模拟技术对此方法进行检验.结果表明,通过调整有关参数消除了新网络在实际运行中可能出现的问题.因此,采用流程模拟技术,可使夹点技术更好地应用于实际的换热网络设计中.
【总页数】6页(P78-83)
【作者】葛玉林;沈胜强;冀新生;刘晓华
【作者单位】大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连,116024;锦州石油化工公司设计院,辽宁锦州,121001;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连,116024;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连,116024;大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连,116024
【正文语种】中文
【中图分类】TK219;TK11
【相关文献】
1.利用夹点技术优化化工装置换热网络 [J], 韩国军
2.典型石化工艺装置换热网络模型的全局优化策略 [J], 雷杨;范宝安;曾丹林;王光辉
3.基于Visio的化工换热网络优化系统开发 [J], 王晨光;龚薇华;俞欢军
4.煤制合成天然气甲烷化工序换热网络设计与优化 [J], 卢彦;朱玉营;石剑;黄萍
5.分步式的化工装置换热网络优化改造策略 [J], 宋润润;李春晓;刘乾辰
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化学系统工程7换热网络优化
第7章换热网络优化化工过程的基本组成基本组成–反应分离部分–换热部分–公用工程部分反应器分离序列换热器网络公用工程图1 洋葱模型夹点/窄点技术夹点技术是以热力学为基础，运用拓扑学的概念和方法，对过程系统作出直观、形象的描述与处理，从客观的角度分析过程系统中能量流沿温度的分布，从中发现系统用能的“瓶颈”所在，并给以“解瓶颈”的一种方法。
换热网络优化换热网络的设计目标 换热网络的优化依据9现行的换热网络是否合理？9若不合理，则那些环节不合理？9系统有多大的节能潜力？9应如何进行节能改造？9能量目标9换热单元数量目标9换热网络面积目标9经济目标夹点技术的起源传统方法及数学法的缺点：（1）第一定律：不能真正说明能量损失的原因；（2）第二定律：很抽象，实际过程中难以应用；（3）纯粹数学意义上的优化，到目前还仅限于换热物流数目较少的网络，对复杂网络，数学方法还很不成熟，不仅经常得不到答案，而且合成的网络很复杂，难于实际应用。
夹点技术的起源夹点技术的原理1978年由英国曼彻斯特大学的B.Linnhoff教授提出，经过多年的应用研究，已成为过程工业节能的一种先进且特别实用的技术，广泛应用于炼油、石油化工、造纸、制药等几乎所有过程工业部门。
据一项1994年的统计资料，夹点技术在全世界的工业应用项目在2500个以上。
曾有人对此项技术的评价是可以代替20年的的工程经验，在最流行此技术的时候，世界上的一些大公司专门成立了窄点技术组，日本三菱化学公司曾专门请B.Linnhoff的博士进行辅导学习和应用。
夹点技术的显著特点：简单实用9使用简单的图表加上一定的经验即可对复杂的装置和系统，同时优化权衡能量与投资；9特别强调技术人员对问题和目标的理解，所有的决定由技术人员自己做出，因为技术人员始终了解发生的所有事情。
9能在具体设计之前，就可提出很好的实用解决方案。
夹点技术应用范围夹点技术主要是优化广义的换热网络，也即是以冷热物流相联系的网络，如装置内、装置间及装置与蒸汽动力系统的冷热物流，当然也包括加热炉烟气、热机、热泵等。
6.换热网络优化
最大能量回收网络结果(HRAT=10,EMAT=10)
NETWORK WITHOUT STREAM SPLITTING FOR RUN NO. HRAT = 10.0 DEG C EMAT = 10.0 DEG C INFORMATION SUMMARY PROCESS-PROCESS EXCHANGE DATA NUMBER OF SERVICES NUMBER OF SHELLS TOTAL AREA TOTAL DUTY TOTAL CAPITAL COST PROCESS-UTILITY EXCHANGE DATA NUMBER OF UNITS 1
加热器公用工程为不同来源时： NS=4 NU=3 NNW=1 4+3-1=6 7-6=1
夹点 H1 H2 215 200
1 2
140 140
3
120℃
ห้องสมุดไป่ตู้
110
4
C
60
80
20 C1 C2 185 190
H H
15
2 1
225 90
130 130 夹点
3
90
4
30
70 130
H1 215 H2 200
公用工程负荷换热面积换热设备个数等因素?换热网络优化方法是在在采用夹点设计法得到的最大能量回收换热网络的基础上经过调优得到换热设备个数较少的系统结构从而得到最优或接近最优的设计方案
换热网络优化
换热网络的优化
工业换热器网络的设计，一般以总的年费用为目标 。总的年费用包括操作费用和以年记的设备投资费 用。 需要兼顾多个目标： 公用工程负荷、换热面积、换热设备个数等因素 换热网络优化方法是在在采用夹点设计法得到的最 大能量回收换热网络的基础上，经过调优，得到换 热设备个数较少的系统结构，从而得到最优或接近 最优的设计方案。
换热器网络的优化及可视化
未来需要进一步深入研究微通道换热器的性能提升、成本控制以及应用领域的 拓展等问题。
谢谢观看
参考内容
在能源转换和利用领域，换热器作为一种重要的设备，其性能优劣直接影响到 整个系统的效率和成本。本次演示将围绕换热器的热力学分析与优化设计进行 深入探讨，旨在提高换热器的性能和降低能耗。
换热器在各种工业过程中扮演着重要角色，例如在石油化工、制冷、核能等领 域。然而，随着能源成本的上升和对环保的重视，对换热器性能的要求也越来 越高。因此，对换热器进行热力学分析并寻求优化设计方案具有重要意义。
选型管壳式换热器需要遵循一定的步骤。首先，需要初步确定换热器的类型和 规格，这需要根据工艺要求和实际需求进行选择。接着，需要考虑与换热器相 连接的管道规格和尺寸，以确保流体流速和流量适应换热器的要求。随后，需 要计算流体的流量、温度等参数，以确定换热器的传热系数和热阻，并评估其 是否满足工艺要求。最后，还需要考虑设备的材料、加工精度、保温和防腐等 方面的因素，以确保换热器具有较高的可靠性和使用寿命。
管壳式换热器是一种将两种不同温度的流体通过热交换实现能量传递的设备。 它主要由壳体、管束、折流板、进出口等组成。根据不同的工艺要求和应用场 景，管壳式换热器可以分为多种类型，如单管程、多管程、套管式等。这些不 同类型的换热器具有各自的特点和适用范围，因此，在优化选型时，需要根据 实际需求进行选择。
三、优化设计
微通道换热器的优化设计主要涉及以下几个方面：通道数、通道直径、通道长 度、流动方式等。这些参数的选择和设计直接影响到换热器的传热效果和阻力 损失。具体优化方法如下：
1、参数优化：通过调整通道数、通道直径和通道长度等参数，寻求最佳的传 热效果和阻力损失。
2、数值优化：借助数值模拟方法，对微通道换热器进行性能预测和优化。常 用的数值模拟软件包括Fluent、ANSYS等。
对石油化工行业推广换热器网络优化组合技术的建议
因 而 在 我 国石化 工 业 中 尽快 组织 力 量推 广 和应
加热 炉 的生 产能 力 可增 加处 理 能力
三
、
以上
。
用 换热 器 网络 优 化组 合技 术 已 不 单纯 是一 个 技术经
济 问题 实际 上 已 成一 个涉 及 国 家财政 经贸 乃 至政
治 的大 问题 若 不能在 短期 内迅速 改变国 内企业 在此 方 面 的落 后状 况 即使 走私 受 到相 当程 度 的抑 制 最 终也 无 法避 免在 加入世 贸组 织和关 贸总协 定 之 后 仍
而 且 对 国企
换热 面积 节 能可 达 到
,
4。 %
一
9。 %
;
改革 国 家财 政 乃 至国 家政 治经 济形 势 带来 相 当大 的负 面 影 O 向
。
( 2 )改 造 投资省 投 资 回 收 期可 以 天为 计 ; ( 3 ) 新 增加 泵 或者换 热 面积
, ,
并 充 分利 用 已 有
10%
络优 亿 组 合 技 术 简介
,
网 络 优 化 组合 技 术是 一 个 具有 巨大 经 济价 值 的 工程
。
U
n h o
什 从 理论 上 证 明 了 换热 器 网络 在有 限
,
从 而也 受 到 了世 界 各 国 的广 泛 关注
一
传热 温差 条件 下 对 于 技术 上确 定 是最 小 温差 值 有 一对 应的可 以 回 收 的 热 量 的极 限 基础 上
网络 的最优 合成 并利 用 超结 构 概 念 找 出可 行方 案 的 方法 大 幅 度 减少 组 合 数 学 中 的计 算 量
。
, “ ”
标函 数值 它 与一 般 的优 化设 计不 同
化工过程分析与合成换热网络
1 夹点处物流间匹配换热的可行性规则
夹点匹配：指冷、热物流同时有一端直接与夹点相通，即同 一端具有夹点匹配
非夹点匹配
（1）夹点匹配可行性规则1： ① 对于夹点上方，热工艺物流（包括其分支物流）的数目NH不 大于冷工艺物流（包括其分支物流）数目NF，即：
N H NC
目标
° 温度
oc
热负荷 kW Q 180.0 240.0 262.5 225.0
标号
流率
kW/ oc FP
温度
oc
Ts 150 90 20 25
Tt 60 60 125 100
H1 H2 C1 C2
2.0 8.0 2.5 3.0
（1）热端的设计
分析：
◆ 流股数符合可行性规则1：
NH <NF
(热流股数 1，小于冷流股数2)
24
说明：该规则保证了夹点匹配中的传热温差不小于允许的最
小传热温差Tmin 。离开夹点后，由于物流间的传热温差都增 大了，所以不一定遵循该规则。
由夹点上下，可行性原则也可归并 （夹点一侧）：
N流出 N流入 FCp流出 FCp流入
如果流股间的各种匹配组合均不能满 足上式，则需利用流股分割来改变流 股的FCp值
夹点处设计过程：
（b）狭点之下
[例] 一换热系统，包含的工艺流股为两个热物流和两个冷物流，
给定的数据见下表，指定热、冷物流间允许的最小传热温差 △Tmin=20℃。现设计一换热器网络，进行物流匹配。
物流 标号
热容 流率 kW/ oC FP
初始 温度
oC
目标 温度
oC
热负荷 kW Q
Ts
Tt
H1
H2 C1 C2
较大能量回用的换热网络设计综述
浙江大学 怦然心动 团队李盛巧、喻虹羽、王挺、王啸、蓝佳龙扬子石化年产55万吨对二甲苯项目较大能量回用的换热网络设计附录三目录一、换热网络设计概述..................................................... - 1 -二、工艺流股提取............................................................. - 2 -三、确定能量目标............................................................. - 3 -四、较大能量回用的换热网络设计 ................................. - 5 -五、分隔壁塔的节能效果分析 ......................................... - 8 -六、热泵精馏的节能效果分析 ....................................... - 10 -6.1 利用热泵精馏节约冷热公用工程....................... - 10 -6.2 利用热泵精馏改变组合曲线以增大能量回收 ... - 12 -七、总结 .......................................................................... - 13 -一、换热网络设计概述本项目为扬子石化设计一生产对二甲苯（PX）的分厂，运行成本是其中一个很重要的考核参数，其中很重要的一部分是公用工程的消耗。
通过换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现对内部流股热量的集成和最大化利用，减少公用工程的消耗。
本项目采用甲苯甲醇烷基化制取对二甲苯工艺，该工艺由三苯分离工段、甲苯甲醇烷基化工段、甲苯歧化及烷基转移工段、异构化工段四个工段组成。
大型化工换热网络优化分析_图文(精)
YY原油
406.7054.062.56243.0343.24B T Y拔头油480.13242.0332.40315.2459.04R HS1软化水20.5640.0 2.9690.0 6.67R HS2软化水13.2090.0
2.4514
3.5
21.83R HS3软化水7.6090.0 4.22179.239.66C1X
第21卷 第4期 石油化工高等学校学报Vol.21No.4 2008年12月J OU RNALOFPETROCH EMICALUNIV ERSITIESDec.2008
文章编号:1006-396X(200804-0078-06
大型化工换热网络优化分析
葛玉林1,2,沈胜强1,冀新生1,刘晓华1
(1.大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024;2.锦州石油化工公司设计院,辽宁锦州121001
2实际化工换热网络的设计
利用夹点技术对某炼油厂常减压装置的换热网
络进行了分析,找出了原有设计的弊病,并在此基础上对装置的换热网络进行优化设计,并用PRO -II进行模拟计算,提出了能量回收量最大的换热网络。讨论了带有分支的热负荷回路断开的问题,提出了改进的方法,并用此改进的方法对初始网络进行调优,得出总费用为最小的最优设计方案。2.1最初设计的换热网络的用能诊断 某炼油厂常减压蒸馏装置最初设计的换热网络流程见图2,按最初设计的换热网络提取的冷、热换热流体的各参数见表1。
摘 要:利用夹点技术对一个复杂化工换热网络进行了用能诊断,并结合流程模拟技术新设计出一个能量回收量最大的换热网络。在用断开热负荷回路的方法对所得到的新换热网络进行调优时,发现一些热负荷回路出现了与以往夹点技术论述中所没有提及的新特点。用常规的方法对这些特殊的热负荷回路进行断开已不太适应,对此提出了解决的办法,并借助流程模拟技术对此方法进行检验。结果表明,通过调整有关参数消除了新网络在实际运行中可能出现的问题。因此,采用流程模拟技术,可使夹点技术更好地应用于实际的换热网络设计中。
换热网络优化——夹点理论课件
随着能源价格的上涨和环保要求的提 高，换热网络优化对于企业降低生产 成本、提高市场竞争力、实现可持续 发展具有重要意义。
换热网络优化的目标与原则
目标
提高换热网络的能量利用效率，降低能耗和生产成本，同时保证生产过程的稳 定性和产品质量。
原则
在换热网络优化过程中，应遵循系统能量利用效率最大化、操作费用最小化、 环境影响最小化等原则，确保优化方案的经济效益和环境效益。
CATALOGUE
换热网络优化案例分析
案例一：某石油化工企业的换热网络优化
总结词
通过夹点理论优化，实现节能减排
详细描述
某石油化工企业采用夹点理论对换热网络进行优化，通过调整工艺流程和操作参数，降低能耗和减少排放，提高 生产效率和经济效益。
案例二：某钢铁企业的余热回收系统优化
总结词
提高余热利用率，降低能源消耗
通过热力学第一定律和第 二定律分析系统中流股的 能量平衡和转化。
数学模型建立
根据系统流程图和热力学 数据建立数学模型，模拟 流股之间的热量交换。
夹点条件确定
通过分析数学模型，找出 系统中的夹点位置及其操 作条件。
夹点理论在换热网络优化中的优势与局限性
优势
夹点理论能够快速准确地确定系统中 的夹点位置，为换热网络的优化提供 指导。该方法简单易行，适用于各种 类型的换热网络。
局限性
夹点理论仅适用于稳态系统，对于动 态系统需要进行额外的处理。此外， 夹点理论无法处理复杂的化学反应和 多组分物系等情况。
03
CATALOGUE
夹点理论在换热网络优化中的 应用
夹点分析在换热网络优化中的步骤
确定目标函数
确定优化目标，如最小 化换热网络的能耗或成
常减压蒸馏换热网络节能优化-2014山东化工(案例)
换热网络流程优化后，换热终温比现有换热终温提高 １５～２０℃，热量回收增加２０×１０４ｋＪ／ｈ，加工每吨原油节约天 然气１．４８ Ｎｍ３，节约循环冷却水０．３２ｔ，预计年节能量达９３５ｔ 标煤，降低生产成本约２９５万元／ａ，同时减少二氧化硫、二氧 化碳等排放量，保护环境。
参考文献
［１］徐文斌．常减压蒸馏装置及其换热网络优化分析［Ｄ］． 大连：大连理工大学，２００５． ［２］凌轶群．常减压蒸馏生产运行的主要问题及对策［Ｊ］． 常减压蒸馏，２００２，２５（５）：１． ［３］徐文斌．常减压蒸馏装置换热网络优化与改进［Ｊ］．高 桥石化，２００６，２１（３）：１９—２１．
总结
某公司运用以上改进工艺运行６年多来的实践证明，运
用石灰乳代替石灰粉既简化了操作流程，又改善了生产环 境，运行安全可靠，三乙胺回收率也褥到了提高，证明对安赛 蜜生产中回收催化剂工艺的改进是成功的。 综合以上数据，说明使用石灰乳替代生石灰粉不仅可带 来十分可观的经济效益，更能带来显著的环境效益和良好的 社会效益。
油从罐区进入装置的温度为５５℃。在中段取热数据中，常 一中属于”大温差、小流量”的情况，改造后增大抽出量，将 返塔温度提高到１６０℃以上；减二中也相应加大抽出量，返 塔温度提高到１８０℃以上。 表２装置冷热物流热负荷数据（校核数据）
２换热网络用能优化
１
装置冷热物流数据
表２为装置基准工况下冷热物流流量及热负荷数据，原
根据表２装置冷热物流热负荷数据，取最小传热温差为 ２０℃，对装置进行夹点分析，如图ｌ所示。
收稿日期：２０１４—０１—１２
作者简介：刘荣博（１９８５一），天津人，工程师，主要从事石油化工工作。
万方数据
山东化工 １５６・
ＳＨＡＮＤＯＮＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
化工系统-第5章换热网络综合
问题表格 (1)
冷物流及其温度
C1
C2
℃ 150
125 145
100 120
70 90
40 60
25
20
热物流及其温度
H1
H2
2021/6/10
34
子网络 序号
SN1 SN2 SN3 SN4 SN5 SN6
2021/6/10
问题表格（2）
赤字Dk kW
-10 12.5 105.0 -135.0 82.5 12.5
352.9K
ln
273 70
2021/6/10
25
冷物流的热力学平均温度为：
(273 80) (273 40)
TL
l
n
273 273
80 40
332.6K
该传热过程的有效能损失为：
LW
T0 TH TL
(TH
TL )Q
293 (352.9 332.6)Q 352.9 332.6
0.0507Q
2021/6/10
[90-(80+dT4)] [90-(80+dT5)]
<Tmin
17
热端夹点处的可行匹配：
(b) 采用冷物流分支
NH NC
(c) 采用设置加热器H NH NC
2021/6/10
18
② 对于夹点下方，热工艺物流(包括分支)数目NH
不小于冷工艺物流(包括分支)的数目NC , 即：N H NC (d) 冷端夹点处不可行的匹配 N H NC
➢ 没有考虑换热器传热系数U、单位传热面积费 用a的差别
➢ 分区造成物流分支、混合，或热负荷很小， 网络结构复杂，使操作麻烦，投资增加
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关键词:夹点技术;流程模拟;热负荷回路;节能
中图分类号:T K219;T K11文献标识码:A
Optimizing Design for Co mplicated Heat-Exchange
Net works in Chemical Indust ry
GE Yu-lin1,2,SH EN Sheng-qiang1,J I Xin-sheng1,L IU Xiao-hua1
收稿日期:2007-10-30
作者简介:葛玉林(1963-,男,山东日照市,高级工程师,博士。
基金项目:辽宁省科技攻关项目(2005224001。年最先提出换热网络的温度夹点(Pinch Point问题,并在1983年比较系统地论述了用于换热网络的夹点技术[2]。我国学者对夹点技术也做了很多论述,如姚平经等[3]应用夹点技术对炼油厂常减压装置原油预热系统进行能量分析,找出“瓶颈”问题,提出改进方案,增大了热回收率;冯霄等[4]应用夹点技术对某芳烃厂的异构化装置进行了分析,并提出换热网络集成改造方案。由于夹点技术设计出的初始的换热网络(能量回收量最大的换热网络往往换热设备较多,流程复杂,为此Su J L等[5]提出了断开网络中热负荷回路的能量松弛法,可有效减少换热设备数,使网络得到优化。以往夹点技术论述在说
Received30October2008;revised23J une2008;acce pted10S eptember2008
Abstract:The energy consumption of a complicated heat-exchange network in chemical industry was studied with pinch point technology and the technology of flow simulations.A new design was provided which reclaims the greatest remained energy.It was found that some special loops in heat-exchange network have some new characteristics which have not been mentioned in former dissertations,while optimizing the new designed network through disconnecting the loop s in the network.It was not appropriate for disconnecting these special loop s to use the general method.For the problem,proposes an advanced solution method and examines the solution with the help of flow simulations technology.The results show that adjusting interrelated parameters solves some probably problems of new network run ing the technology of flow simulations can more apply the pinch point technology in heat-exchange network design.
第21卷 第4期 石油化工高等学校学报Vol.21No.4 2008年12月J OU RNALOFPETROCH EMБайду номын сангаасCALUNIV ERSITIESDec.2008
文章编号:1006-396X(200804-0078-06
大型化工换热网络优化分析
葛玉林1,2,沈胜强1,冀新生1,刘晓华1
(1.大连理工大学能源与动力学院,辽宁大连116024;2.锦州石油化工公司设计院,辽宁锦州121001
(1.S chool of Energy and Power Engineering,Dalian Universit y of Technology,Dalian L iaoning116024,P.R.China;
2.Desi gn I nstitute of J i nz hou Pet rochemcal Corporation,J inz hou L iaoning121001,P.R.China
K ey w ords:Pinch point technology;Flow simulations;Loops of heat duty;Energy conservation
Corresponding author.Tel.:+86-411-84707963;fax:+86-411-84707963;e-mail:wp2006@
摘 要:利用夹点技术对一个复杂化工换热网络进行了用能诊断,并结合流程模拟技术新设计出一个能量回收量最大的换热网络。在用断开热负荷回路的方法对所得到的新换热网络进行调优时,发现一些热负荷回路出现了与以往夹点技术论述中所没有提及的新特点。用常规的方法对这些特殊的热负荷回路进行断开已不太适应,对此提出了解决的办法,并借助流程模拟技术对此方法进行检验。结果表明,通过调整有关参数消除了新网络在实际运行中可能出现的问题。因此,采用流程模拟技术,可使夹点技术更好地应用于实际的换热网络设计中。