常減壓蒸餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)綜合設(shè)計(jì)及優(yōu)化研究

程主明

（浙江美陽(yáng)國(guó)際工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州 310015）

引言

換熱網(wǎng)絡(luò)是常減壓蒸餾裝置能夠真正發(fā)揮作用的重要組成部分，從當(dāng)前化工企業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況來(lái)看，要想實(shí)現(xiàn)常減壓蒸餾裝置的節(jié)能要求，需要從換熱網(wǎng)絡(luò)的角度入手，通過(guò)對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化來(lái)更好的滿足常減壓蒸餾裝置節(jié)約耗能和促進(jìn)化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提高的需要。對(duì)常減壓蒸餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)綜合設(shè)計(jì)及優(yōu)化進(jìn)行分析，能夠?yàn)榇龠M(jìn)化工企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高提供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1 常減壓蒸餾裝置與換熱網(wǎng)絡(luò)

1.1 常減壓蒸餾裝置

常減壓蒸餾裝置是化工企業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的重要裝置，在當(dāng)前節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)發(fā)展目標(biāo)的引導(dǎo)下，化工企業(yè)以常減壓蒸餾裝置為代表的高能耗裝置需要朝著節(jié)能的方向進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，才能夠在減少環(huán)境污染的同時(shí)，更好的滿足促進(jìn)化工企業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)[1]。當(dāng)前我國(guó)化工企業(yè)應(yīng)用于常減壓蒸餾裝置的節(jié)能技術(shù)具體包括三種類型：首先是從對(duì)常減壓蒸餾裝置的操作過(guò)程進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化來(lái)達(dá)到減少耗能目的的，例如，各種新型工藝、技術(shù)以及催化劑的應(yīng)用，能夠有效減少裝置在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生熱能消耗的資源，并提高熱能的利用效率。其次，通過(guò)對(duì)常減壓蒸餾裝置操作單元間進(jìn)出物料的重置來(lái)滿足建造新的熱聯(lián)合過(guò)程的需要，也是能夠有效達(dá)到減少耗能目標(biāo)的一個(gè)有效措施。第三，從常減壓蒸餾裝置應(yīng)用的換熱網(wǎng)絡(luò)角度來(lái)說(shuō)，借助夾點(diǎn)技術(shù)或數(shù)學(xué)歸納法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，也是一種能夠有效減少常減壓蒸餾裝置耗能的方法。

1.2 換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化綜合方法

從換熱網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)說(shuō)，當(dāng)前應(yīng)用于常減壓蒸餾裝置換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化綜合方法包括以下幾種：首先，試探法需要進(jìn)行多次調(diào)試才能夠得到對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化的最優(yōu)解，且得到的結(jié)果精確度并不高，在實(shí)際的應(yīng)用中往往需要與其他形式的調(diào)優(yōu)方式進(jìn)行配合，才能夠更好的滿足換熱網(wǎng)絡(luò)方向調(diào)整的正確性。其次，數(shù)學(xué)規(guī)劃法主要是通過(guò)建立研究對(duì)象數(shù)學(xué)模型的形式，以目標(biāo)函數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算求解，將系統(tǒng)工藝流程中的連續(xù)變量和離散變量綜合起來(lái)進(jìn)行考慮[2]。第三，夾點(diǎn)技術(shù)法主要是從熱力學(xué)定律的角度來(lái)思考的，這種方法能夠?qū)σ酝到y(tǒng)中違背傳熱原理的流程進(jìn)行重新設(shè)計(jì)來(lái)滿足優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)的需要。除此之外，人工智能算法也能夠被應(yīng)用到常減壓蒸餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化當(dāng)中，以遺傳算法的形式，在收集現(xiàn)有信息的基礎(chǔ)上，對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行迭代優(yōu)化，也能夠滿足換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和減少常減壓蒸餾裝置耗能的需求。

2 常減壓蒸餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)綜合設(shè)計(jì)及優(yōu)化具體分析

對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的最主要目的就是滿足常減壓蒸餾裝置減少耗能的需求。結(jié)合當(dāng)前部分化工企業(yè)應(yīng)用常減壓蒸餾裝置的實(shí)際情況來(lái)看，在對(duì)常減壓蒸餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)綜合設(shè)計(jì)及優(yōu)化進(jìn)行分析時(shí)，主要可以從以下幾個(gè)方面來(lái)入手。

2.1 常減壓蒸餾模型的建立

一般情況下，應(yīng)用于化工企業(yè)的常減壓蒸餾裝置能夠達(dá)到千萬(wàn)t 的級(jí)別，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化處理的要求，在建立常減壓蒸餾模型的過(guò)程中，需要結(jié)合化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的標(biāo)定數(shù)據(jù)和裝置工藝的使用說(shuō)明書、圖紙以及產(chǎn)品等方面的要求，借助計(jì)算機(jī)軟件來(lái)建立常減壓蒸餾模型[3]。具體來(lái)說(shuō)，常減壓蒸餾模型需要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：首先，原油換熱系統(tǒng)是常減壓蒸餾裝置應(yīng)用的主要系統(tǒng)之一，在建立常減壓蒸餾模型的過(guò)程中，需要嚴(yán)格遵循實(shí)際原油的蒸餾流程，模擬實(shí)際的原油蒸餾過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)在整個(gè)過(guò)程中存在的換熱問(wèn)題。其次，在常壓蒸餾部分需要在常壓塔設(shè)置三條測(cè)線和三個(gè)中段回流，在滿足換熱分離模擬過(guò)程需要的同時(shí)，更直觀清晰地呈現(xiàn)出整個(gè)過(guò)程。第三，對(duì)于減壓蒸餾部分，同樣需要在減壓塔設(shè)置三條測(cè)線和三個(gè)中段回流。

而在實(shí)際建立常減壓蒸餾模型的過(guò)程中，首先需要明確原油物性以及輸入方法，不同的原油類型在各種常規(guī)性質(zhì)方面存在著一定的差異。建立的常減壓蒸餾模型是否符合實(shí)際裝置的運(yùn)行需求，會(huì)對(duì)物性選擇的正確性產(chǎn)生重要的影響。在對(duì)收斂方法進(jìn)行選擇的過(guò)程中，需要結(jié)合模型軟件和常減壓蒸餾裝置的具體類型來(lái)選擇合適的收斂方法，這樣才能夠讓常減壓蒸餾裝置更符合實(shí)際的需要。

除此之外，在建立常減壓蒸餾模型的過(guò)程中，還需要注意確保模型裝置的操作參數(shù)符合模擬裝置的運(yùn)行需求。閃蒸塔參數(shù)、常壓塔模擬參數(shù)、減壓塔模擬參數(shù)是建立常減壓蒸餾模型中需要重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)內(nèi)容。

2.2 靈敏度分析及目標(biāo)優(yōu)化

對(duì)常減壓蒸餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化最主要的目的，就是減少常減壓蒸餾裝置在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的能耗。這不僅僅是煉油企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的要求，同時(shí)也是當(dāng)前原油市場(chǎng)的運(yùn)行和發(fā)展對(duì)化工企業(yè)控制生產(chǎn)成本和提高經(jīng)濟(jì)效益的要求。由于常減壓蒸餾裝置本身在應(yīng)用中會(huì)導(dǎo)致參數(shù)呈現(xiàn)出較大的耦合程度，再加上當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)于原油進(jìn)料波動(dòng)和指標(biāo)等方面的嚴(yán)格要求，對(duì)常減壓蒸餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化，能夠?qū)μ岣呋て髽I(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起到重要的作用。從靈敏度的角度來(lái)說(shuō)，首先需要確定好常壓爐的出口溫度，以對(duì)出口溫度的控制來(lái)保證一些輕質(zhì)油品的產(chǎn)量。其次，汽提蒸汽量也是對(duì)換熱系統(tǒng)靈敏度進(jìn)行分析時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。從常壓塔汽提蒸汽量的影響、常二線汽提蒸汽量的影響、頂循及中段抽出量、測(cè)線抽出量等方面來(lái)進(jìn)行具體的分析，針對(duì)靈敏度中存在的多變量目標(biāo)，可以采取優(yōu)化設(shè)計(jì)、優(yōu)化操作、優(yōu)化管理等措施來(lái)保證常減壓蒸餾裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，并更好的達(dá)到節(jié)能增效的目的。

2.3 換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化及經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)

基于常減壓蒸餾裝置在化工企業(yè)中的重要作用，重視換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，對(duì)于促進(jìn)化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提高具有重要的作用。節(jié)能降耗措施的應(yīng)用，不僅符合當(dāng)前市場(chǎng)發(fā)展對(duì)化工企業(yè)提出要求，也能夠在降低化工企業(yè)生產(chǎn)成本，提高化工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益中發(fā)揮重要的作用。在對(duì)常減壓蒸餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，首先需要合理選擇原油的加工方案，選擇綜合評(píng)價(jià)結(jié)果更高的，更符合化工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需要的原油加工方案。與此同時(shí)，通過(guò)與下游化工裝置的有效結(jié)合，生產(chǎn)加工乙烯來(lái)代替常減壓蒸餾裝置中應(yīng)用的部分原料。在對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，還需要注意遵循高溫高用、低溫低用的主要原則，減少在裝盒子應(yīng)用過(guò)程中能量傳遞造成的損耗。除此之外，針對(duì)以往常減壓蒸餾裝置運(yùn)行中能量流動(dòng)中產(chǎn)生的散熱損失，可以對(duì)主要的換熱設(shè)備和管線采取保溫策略來(lái)滿足實(shí)際的需要。借助板式換熱器、螺紋、波紋管換熱器等新型的換熱裝置，也能夠起到提高傳熱系數(shù)的作用。通過(guò)設(shè)置熱煤水回收站，提高熱煤水的利用效率，并對(duì)加熱爐提前進(jìn)行空氣預(yù)熱，也能夠有效達(dá)到提高爐效率的目標(biāo)。需要注意的是，對(duì)于換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化需要建立在對(duì)現(xiàn)有常減壓蒸餾裝置能耗現(xiàn)狀充分了解的基礎(chǔ)之上，從當(dāng)前常減壓蒸餾裝置應(yīng)用的具體節(jié)能措施、取熱熱煤水用量等角度來(lái)對(duì)裝置的能耗現(xiàn)狀進(jìn)行分析，以此來(lái)為換熱網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和優(yōu)化提供更加科學(xué)的基礎(chǔ)。而在構(gòu)建換熱網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，則需要結(jié)合以往換熱網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在的過(guò)量能耗問(wèn)題，借助先進(jìn)的能量分析軟件，從基本的熱力學(xué)數(shù)據(jù)角度出發(fā)，對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化提供更加有效的解決方案。

3 結(jié)論

對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化和節(jié)能設(shè)計(jì)分析，是能夠有效滿足常減壓蒸餾裝置節(jié)能降耗需求的有效措施。。結(jié)合當(dāng)前化工企業(yè)實(shí)際的發(fā)展情況，在對(duì)常減壓蒸餾裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可以通過(guò)建立常減壓蒸餾裝置模型的方式，在對(duì)模型的運(yùn)行情況進(jìn)行分析之后，著重從靈敏度的角度入手對(duì)目標(biāo)進(jìn)行合理的優(yōu)化，從而更好的滿足換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和提升經(jīng)濟(jì)效益的目的。