基于夾點(diǎn)技術(shù)的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法分析

張福強(qiáng)

摘 要：夾點(diǎn)技術(shù)是一種典型的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法，不僅能夠使能源的消耗量得到有效控制，還能夠降低生產(chǎn)成本。基于此，本文就基于夾點(diǎn)技術(shù)的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法進(jìn)行研究，首先從國(guó)內(nèi)外研究綜述的角度出發(fā)，對(duì)環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化中的夾點(diǎn)技術(shù)給予簡(jiǎn)要概述，然后從提取物流數(shù)據(jù)、確定夾點(diǎn)位置、分析節(jié)能潛力、優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)幾個(gè)角度出發(fā)，闡述夾點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：夾點(diǎn)技術(shù)；環(huán)氧丙烷；工藝系統(tǒng)；換熱網(wǎng)絡(luò)

1 基于夾點(diǎn)技術(shù)的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化概述

由于化工生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)能源消耗問(wèn)題，因此化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益會(huì)受到一定程度的損害，為了解決這一問(wèn)題，必須對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)給予優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)節(jié)能的目標(biāo)，使化工行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到有效保障。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，學(xué)術(shù)界對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)的研究變得越來(lái)越深入，很多研究學(xué)者對(duì)原有的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法給予改進(jìn)，從而得到更加先進(jìn)的優(yōu)化技術(shù)。

夾點(diǎn)技術(shù)就是用T-H圖對(duì)化工工藝過(guò)程中的多股冷、熱物流曲線合并表示，其中H軸上的重疊投影表示換熱量，不重疊投影表示公用工程耗量。兩條曲線在工藝過(guò)程中處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，在水平方向相互接近時(shí)，熱回收量會(huì)增加，而公用工程耗量和傳熱溫差會(huì)減小，一直到兩條曲線接近的點(diǎn)達(dá)到最小允許傳熱功當(dāng)量溫差時(shí)，縱坐標(biāo)上曲線最接近位置就是夾點(diǎn)位置。

夾點(diǎn)技術(shù)的主要原理是熱力學(xué)，一些研究人員利用數(shù)學(xué)規(guī)劃法實(shí)現(xiàn)換熱網(wǎng)絡(luò)的有效優(yōu)化，而一些研究學(xué)者則使用遺傳退火算法，但是這些方法對(duì)于夾點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用而言存在過(guò)多約束條件，因此難度相對(duì)較高，為此必須選擇更加科學(xué)合理的方式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的方式給予簡(jiǎn)化和改進(jìn)。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，化工領(lǐng)域逐漸對(duì)Aspen Energy Analyzer軟件給予有效利用，以網(wǎng)絡(luò)模擬的方式創(chuàng)建工藝條件，在對(duì)比分析的過(guò)程中得到最優(yōu)的工藝方案，以此實(shí)現(xiàn)化工能源的有效節(jié)約，使產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益得到保障。

2 基于夾點(diǎn)技術(shù)的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法分析

2.1 提取物流數(shù)據(jù)

利用夾點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)的換熱網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須先利用Aspen Energy Analyzer軟件對(duì)物流數(shù)據(jù)給予有效提取，從而獲取物流平衡數(shù)據(jù)與能量平衡數(shù)據(jù)，以此實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的精確校正。在得到相關(guān)數(shù)據(jù)后，技術(shù)人員需要利用Heater換熱模型模擬熱物流組成成分和冷物流組成成分，然后將實(shí)際測(cè)量的數(shù)值與模擬得到的數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，如果兩組數(shù)值保持基本一致，就說(shuō)明Aspen Energy Analyzer軟件的應(yīng)用的切實(shí)有效的，能夠保障所提取物流數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[1]。

2.2 確定夾點(diǎn)位置

在提取環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)的物流數(shù)據(jù)后，就要對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)的夾點(diǎn)位置給予確認(rèn)。在這一過(guò)程中，技術(shù)人員需要利用Aspen Energy Analyzer軟件確定能量利用瓶頸位置，然后利用最小傳熱溫差原理確定夾點(diǎn)位置。為了保障夾點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性，技術(shù)人員需要進(jìn)行反復(fù)的計(jì)算，計(jì)算的方式為冷公用工程計(jì)算方式和熱公用工程計(jì)算方式。通過(guò)計(jì)算得到數(shù)值后，技術(shù)人員要將計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，如果二者的差距較小，就說(shuō)明計(jì)算值可以代表夾點(diǎn)溫差，從而確定夾點(diǎn)位置，為后續(xù)的工作打好基礎(chǔ)。

2.3 分析節(jié)能潛力

結(jié)合已有的換熱網(wǎng)絡(luò)改造經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際的改造工程中，氣相物流最小傳熱溫差一般大于液相，且換熱網(wǎng)絡(luò)中液相物流最小傳熱溫差多處于10～20K區(qū)間，結(jié)合現(xiàn)行工藝流股數(shù)據(jù)、公用工程流股數(shù)據(jù)開展分析不難發(fā)現(xiàn)，其中熱物流H4丙烯循環(huán)氣、熱公用工程物流的蒸汽屬于氣相物流，而蒸汽混合物流、H9粗PO則屬于氣液混合物流，其余均為液相物流，因此本文研究取20K作為最小傳熱溫差，由此可確定30K的現(xiàn)行換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)溫差相對(duì)偏大，受此影響公用工程用量增大且回收的能量出現(xiàn)減少，現(xiàn)行換熱網(wǎng)絡(luò)具備的較高節(jié)能潛力也由此得到了證實(shí)，而基于較高的節(jié)能潛力，即可通過(guò)相應(yīng)改造實(shí)現(xiàn)熱量的回收利用，公用工程的消耗降低也將由此實(shí)現(xiàn)。式為換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的節(jié)能量計(jì)算公式，式中的 、 分別為公用工程實(shí)際加熱的傳熱量與共用工程最小加熱傳熱量，而利用Aspen Energy Analyzer軟件與上文分析，可通過(guò)計(jì)算得出夾點(diǎn)溫度、熱公用工程用能目標(biāo)值、冷公用工程用能目標(biāo)值，分別為329.5K、2743kW、10720kW，熱、冷公用工程用能的節(jié)能潛力分別為19.5%和5.8%[2]。

3 結(jié)論

綜上所述，針對(duì)基于夾點(diǎn)技術(shù)的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法的探究是非常必要的。在對(duì)環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，著重對(duì)Aspen Energy Analyzer軟件給予有效利用，并且有效遵循最小溫差法的原理，從而使環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)的夾點(diǎn)位置得到合理確認(rèn)，最終得到科學(xué)的能耗目標(biāo)值，以此實(shí)現(xiàn)換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。希望本文能夠?yàn)檠芯窟@一課題的相關(guān)人員提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]王揚(yáng)威.氯堿廠環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與換熱器能效評(píng)價(jià)研究[D].福州：福州大學(xué)，2016.

[2]王揚(yáng)威，陳華澤，劉康林.基于夾點(diǎn)技術(shù)的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法[J].過(guò)程工程學(xué)報(bào)，2015，15 （06）：1049-1056.