《二甲苯裝置換熱網絡夾點分析與優化》論文發表期刊：《石化技術》；發表周期：2021年03期

《二甲苯裝置換熱網絡夾點分析與優化》論文作者信息：蔡寶祥

　　摘要：針對目前二甲苯裝置換熱網絡節，點能源消耗量大的問題，開展二甲苯裝置換熱網絡夾點分析與優化研究。通過對二甲苯裝置換熱網絡數據提取、換熱網絡操作型夾點進行分析，并通過換熱網絡夾，點溫差提取，提出換熱網絡具體改造方案，以期為減少冷卻和加熱公用工程量提供指導意見。

　　關鍵詞：二甲苯裝置 換熱網絡夾點分析 改造方案

　　Abstract: Aiming at the problem of large energy consumption of heat exchange network nodes in the existing xylene plant, the energy consumption of the heat exchange network nodes is high. Pinch analysis and optimization of heat exchanger network in xylene plant were carried out. Through the data extraction of heat exchanger network and the analysis of operational pinch points of heat exchanger network in xylene plant, By extracting the pinch temperature difference of the heat exchanger network, the specific transformation scheme of the heat exchanger network is proposed. In order to provide quidance for reducing cooling and heating utilities

　　Keywords: xylene plant; Heat exchanger network: Pinch analysis: Transformation scheme

　　二甲苯是一種常見的有機化合物，是石油化工中間體的一種，同時也常用于農業、醫學、工業等領域。隨著工業的快速發展，二甲苯的市場需求量不斷增加，二甲苯裝置的能耗在當前能源危機形勢下備受人們的關注"。網絡夾點技術是當前實現對工業生產裝置診斷及優化的主要技術方法，其在實際運行過程中以熱力學理論作為基礎，從整體宏觀角度對裝置內部系統的能量溫度分布進行分析，并從中找出裝置用能的關鍵部位，提出具體的優化措施，從而實現工業生產裝置節能的目的。在當前能量綜合運用領域當中，網絡夾點技術的應用十分廣泛2。本文將針對二甲苯生產裝置的換熱網絡夾點技術進行分析，并通過夾點對裝置的換熱進行診斷及優化，從而實現對裝置的節能改造。

　　1 二甲苯裝置換熱網絡夾點分析

　　1.1 二甲苯裝置換熱網絡數據提取為探究二甲苯裝置的換熱網絡夾點方法，以福海創石油化工有限公司80萬噸年的二甲苯工程及整體公用配套工程校審所使用的芳烴聯合裝置為例，對二甲苯裝置進行換熱網絡物流數據提取3)。采用該裝置現行的換熱網絡，其中冷流為5股、熱流為16股，部分熱流及冷流數據如表1所示。

　　表1中，H表示換熱網絡熱流編號;C表示換熱網絡冷流編號。通過對二甲苯裝置換熱網絡冷流、熱流物流數據進行統計得出，若在換熱網絡完全沒有熱量回收的情況下，需要冷、熱公用配套工程分別為15000kW和7500k W。而根據當前傳統二甲苯裝置的流程以及工況統計，得到的換熱網絡冷卻和加收，同時也說明二甲苯裝置換熱網絡存在不合理問題，并且其更大的節能潛力并未充分發揮。

　　1.2換熱網絡操作型夾點分析通過對二甲苯裝置換熱網絡運行過程的用能進行診斷分析得出，當前二甲苯裝置的能量流動通常采用操作型夾點進行計算。因此，本文將結合溫圖法以及問題表法，確定換熱網絡操作型夾點的位置以及具體溫差。在進行求解的過程中，首先應當按照二甲苯裝置換熱網絡冷流、熱流物流數據，確定初始狀態溫度和停止狀態溫度，并確定其區界溫度1。其次，對區界溫度形成的每一組溫度區間按照熱級聯公式進行計算。

　　P=S-E

　　式(1)中：P表示某一子網絡向外界或其他子網絡當中排放的實際熱量，kW;S表示為由外界或其他子網絡提供給該子網絡的實際熱量，kW;E表示某一子網絡自身的赤字，并且該網絡為實現熱量的平衡，在運行過程中還需要不斷增加凈熱量，kW。公式(1)中凈熱量E的計算公式為：

　　式中：Epe.和Epa分別表示子網絡當中包含所有冷物流數據和熱物流數據的熱容流率之和，kW/C;tn-tn+1表示在某一子網絡當中不同溫度區間的間隔。結合計算結果以及夾點技術的基本應用規則，即避免二甲苯裝置在換熱網絡中、避免通過夾點以及夾點上方時避免引入冷卻公用工程，避免在夾點下方位置引入加熱共用工程，分析得出當前傳統二甲苯裝置換熱網絡存在極為不合理支出，需要對其操作型夾點的溫差進行優化。

　　2二甲苯裝置換熱網絡夾點優化

　　2.1 換熱網絡夾點溫差提取從節約能源、降低投資成本以及避免多余操作費用的角度出發，二甲苯裝置換熱網絡最小傳熱溫差應當在12.5-18.5℃范圍以內。為方便后續優化策略的具體實施，對最小傳熱溫差A的取值為18.5℃，結合問題表法和MATLAB數據分析軟件，對換熱網絡的熱量進行計算，并求解出最小加熱公用工程以及最小冷卻公用工程。按照目前二甲苯裝置實際換熱網絡運行情況進行計算，得出如表2所示的熱流量數據。

　　由表2得出，二甲苯裝置換熱網絡中子網絡103和104界面處的熱流量為0，則可將該點作為操作型夾點，將得到的熱流溫度和冷流溫度與傳統二甲苯裝置的公用工程進行比較，此時加熱與冷卻公用工程的節能潛力更大，可發揮節電技術的最大應用優勢。

　　2.2換熱網絡具體改造方案根據節電技術設計原則及優化改造原則，得到換熱網絡具體改造方案示意圖，如圖1所示。圖1中線上頂端的數值代表溫度，圓形圖案內編號代表冷流、熱流公用工程冷卻器和加熱器。垂直的豎線表示夾點的具體位置。傳統二甲苯裝置換熱網絡中的熱流股夾點上存在多個冷卻器裝置，違背了夾點技術的應用原則，增加其額外的公用工程消耗。同時，冷流股節點上也存在多個加熱器裝置，導致冷物流加熱的情況產生。因此，為盡可能利用冷、熱物流自身的匹配，達到對二甲苯裝置換熱網絡夾點的節能目的，同時考慮到原始換熱網絡的基本結構，按照圖1的方案，在盡可能減少結構變動的基礎上，降低改造的投資費用。由于進行二甲苯裝置換熱網絡夾點技術過程中，受到最小傳熱溫差的影響，因此匹配換熱的冷流股和熱流股出口位置上的溫度均需要設定相應的上限和下限，始終保持其溫度的變化在規定的溫度范圍以內。在回收換熱網絡中多余熱量時，應當始終保持網絡簡便、設備數量的變動較少的狀態，對二甲苯裝置整體集成換熱網絡進行調整。在具體操作時，可通過增加2臺面積相對較小的混熱器，在操作型夾點之上進行熱流股的流動，將其多余熱量通過回收的形式，轉換到冷流股當中，并對冷流股進行加熱，從而降低冷、熱公用工程用量，實現對二甲苯裝置換熱網絡節點的節能優化。

　　3結束語

　　本文通過對現行帶有夾點技術的二甲苯裝置換熱網絡進行分析，得出當前二甲苯裝置換熱網絡夾點的溫度相差較大，并且在實際應用過程中存在違背夾點技術應用原則，造成能源使用不合理的問題。針對這一問題，通過實施優化改造策略可以有效實現節能，解決加熱和冷卻工程中能量消耗大的問題。參考文獻

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