二甲苯装置换热网络夹点分析与优化

《二甲苯装置换热网络夹点分析与优化》论文发表期刊：《石化技术》；发表周期：2021年03期

《二甲苯装置换热网络夹点分析与优化》论文作者信息：蔡宝祥

　　摘要：针对目前二甲苯装置换热网络节，点能源消耗量大的问题，开展二甲苯装置换热网络夹点分析与优化研究。通过对二甲苯装置换热网络数据提取、换热网络操作型夹点进行分析，并通过换热网络夹，点温差提取，提出换热网络具体改造方案，以期为减少冷却和加热公用工程量提供指导意见。

　　关键词：二甲苯装置 换热网络夹点分析 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

　　二甲苯是一种常见的有机化合物，是石油化工中间体的一种，同时也常用于农业、医学、工业等领域。随着工业的快速发展，二甲苯的市场需求量不断增加，二甲苯装置的能耗在当前能源危机形势下备受人们的关注"。网络夹点技术是当前实现对工业生产装置诊断及优化的主要技术方法，其在实际运行过程中以热力学理论作为基础，从整体宏观角度对装置内部系统的能量温度分布进行分析，并从中找出装置用能的关键部位，提出具体的优化措施，从而实现工业生产装置节能的目的。在当前能量综合运用领域当中，网络夹点技术的应用十分广泛2。本文将针对二甲苯生产装置的换热网络夹点技术进行分析，并通过夹点对装置的换热进行诊断及优化，从而实现对装置的节能改造。

　　1 二甲苯装置换热网络夹点分析

　　1.1 二甲苯装置换热网络数据提取为探究二甲苯装置的换热网络夹点方法，以福海创石油化工有限公司80万吨年的二甲苯工程及整体公用配套工程校审所使用的芳烃联合装置为例，对二甲苯装置进行换热网络物流数据提取3)。采用该装置现行的换热网络，其中冷流为5股、热流为16股，部分热流及冷流数据如表1所示。

　　表1中，H表示换热网络热流编号;C表示换热网络冷流编号。通过对二甲苯装置换热网络冷流、热流物流数据进行统计得出，若在换热网络完全没有热量回收的情况下，需要冷、热公用配套工程分别为15000kW和7500k W。而根据当前传统二甲苯装置的流程以及工况统计，得到的换热网络冷却和加收，同时也说明二甲苯装置换热网络存在不合理问题，并且其更大的节能潜力并未充分发挥。

　　1.2换热网络操作型夹点分析通过对二甲苯装置换热网络运行过程的用能进行诊断分析得出，当前二甲苯装置的能量流动通常采用操作型夹点进行计算。因此，本文将结合温图法以及问题表法，确定换热网络操作型夹点的位置以及具体温差。在进行求解的过程中，首先应当按照二甲苯装置换热网络冷流、热流物流数据，确定初始状态温度和停止状态温度，并确定其区界温度1。其次，对区界温度形成的每一组温度区间按照热级联公式进行计算。

　　P=S-E

　　式(1)中：P表示某一子网络向外界或其他子网络当中排放的实际热量，kW;S表示为由外界或其他子网络提供给该子网络的实际热量，kW;E表示某一子网络自身的赤字，并且该网络为实现热量的平衡，在运行过程中还需要不断增加净热量，kW。公式(1)中净热量E的计算公式为：

　　式中：Epe.和Epa分别表示子网络当中包含所有冷物流数据和热物流数据的热容流率之和，kW/C;tn-tn+1表示在某一子网络当中不同温度区间的间隔。结合计算结果以及夹点技术的基本应用规则，即避免二甲苯装置在换热网络中、避免通过夹点以及夹点上方时避免引入冷却公用工程，避免在夹点下方位置引入加热共用工程，分析得出当前传统二甲苯装置换热网络存在极为不合理支出，需要对其操作型夹点的温差进行优化。

　　2二甲苯装置换热网络夹点优化

　　2.1 换热网络夹点温差提取从节约能源、降低投资成本以及避免多余操作费用的角度出发，二甲苯装置换热网络最小传热温差应当在12.5-18.5℃范围以内。为方便后续优化策略的具体实施，对最小传热温差A的取值为18.5℃，结合问题表法和MATLAB数据分析软件，对换热网络的热量进行计算，并求解出最小加热公用工程以及最小冷却公用工程。按照目前二甲苯装置实际换热网络运行情况进行计算，得出如表2所示的热流量数据。

　　由表2得出，二甲苯装置换热网络中子网络103和104界面处的热流量为0，则可将该点作为操作型夹点，将得到的热流温度和冷流温度与传统二甲苯装置的公用工程进行比较，此时加热与冷却公用工程的节能潜力更大，可发挥节电技术的最大应用优势。

　　2.2换热网络具体改造方案根据节电技术设计原则及优化改造原则，得到换热网络具体改造方案示意图，如图1所示。图1中线上顶端的数值代表温度，圆形图案内编号代表冷流、热流公用工程冷却器和加热器。垂直的竖线表示夹点的具体位置。传统二甲苯装置换热网络中的热流股夹点上存在多个冷却器装置，违背了夹点技术的应用原则，增加其额外的公用工程消耗。同时，冷流股节点上也存在多个加热器装置，导致冷物流加热的情况产生。因此，为尽可能利用冷、热物流自身的匹配，达到对二甲苯装置换热网络夹点的节能目的，同时考虑到原始换热网络的基本结构，按照图1的方案，在尽可能减少结构变动的基础上，降低改造的投资费用。由于进行二甲苯装置换热网络夹点技术过程中，受到最小传热温差的影响，因此匹配换热的冷流股和热流股出口位置上的温度均需要设定相应的上限和下限，始终保持其温度的变化在规定的温度范围以内。在回收换热网络中多余热量时，应当始终保持网络简便、设备数量的变动较少的状态，对二甲苯装置整体集成换热网络进行调整。在具体操作时，可通过增加2台面积相对较小的混热器，在操作型夹点之上进行热流股的流动，将其多余热量通过回收的形式，转换到冷流股当中，并对冷流股进行加热，从而降低冷、热公用工程用量，实现对二甲苯装置换热网络节点的节能优化。

　　3结束语

　　本文通过对现行带有夹点技术的二甲苯装置换热网络进行分析，得出当前二甲苯装置换热网络夹点的温度相差较大，并且在实际应用过程中存在违背夹点技术应用原则，造成能源使用不合理的问题。针对这一问题，通过实施优化改造策略可以有效实现节能，解决加热和冷却工程中能量消耗大的问题。参考文献

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