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淺析夾點(diǎn)技術(shù)在石油化工中的應(yīng)用

發(fā)布日期： 2013-03-07 發(fā)布：  

  2013年第1期目錄       本期共收錄文章20篇

　　摘 要：由于世界能源危機(jī)越來越嚴(yán)重，石油化工中的過程集成一躍成為焦點(diǎn)話題，而夾點(diǎn)技術(shù)作為過程集成方法中最為實(shí)用的方法正在廣泛使用。夾點(diǎn)節(jié)能技術(shù)（Pinch technology）作為一種新節(jié)能技術(shù)，是一種基于現(xiàn)代節(jié)能的火用分析理論（Exergy analysis），同時(shí)又充分考慮了設(shè)備狀況、能量利用與回收、經(jīng)濟(jì)狀況、系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)綜合優(yōu)化的節(jié)能技術(shù)。它不僅建立了完備的系統(tǒng)總體節(jié)能理論，更突出的是：它形成了一種可行、實(shí)用和有效的節(jié)能增效技術(shù)。
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　　關(guān)鍵詞：夾點(diǎn) 石油化工 節(jié)能 應(yīng)用
　　一、夾點(diǎn)技術(shù)的緣起和發(fā)展
　　夾點(diǎn)概念是基于熱力學(xué)第二定律提出的，從宏觀角度分析過程系統(tǒng)中能量流沿溫度曲線的分布，從中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)用能的瓶頸點(diǎn)，并找到解決瓶頸的一種方法。以夾點(diǎn)為基礎(chǔ)發(fā)展的過程能量綜合技術(shù)，則走出熱力學(xué)分析的領(lǐng)域，形成了能量回收利用的綜合合成技術(shù)。夾點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用不限于換熱網(wǎng)絡(luò)的分析與合成，也包括過程系統(tǒng)中熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化合成等。但是最為普遍的還是對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)合成與優(yōu)化的應(yīng)用。
　　夾點(diǎn)技術(shù)，特別強(qiáng)調(diào)從系統(tǒng)的角度出發(fā)，開展節(jié)能省錢的綜合系統(tǒng)的診斷與優(yōu)化，主要通過構(gòu)造冷、熱物流組合曲線，總組合曲線和平衡組合曲線來繡工藝過程進(jìn)行能量分析，制定節(jié)能設(shè)計(jì)和改造方案。夾點(diǎn)節(jié)能技術(shù)能夠直接應(yīng)用于能量利用與回收系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)，尤其是節(jié)能改造，并能明確地指出可取得的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益，以及采用的具體節(jié)能改造方案。夾點(diǎn)技術(shù)起源于對(duì)換熱器網(wǎng)絡(luò)的研究，由于換熱器作為能量傳遞設(shè)備被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)、電力、制藥等行業(yè)中，其換熱性能好壞直接關(guān)系到生產(chǎn)企業(yè)的能源利用效率。
　　在生產(chǎn)實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)問題：雖然單個(gè)的高效換熱器，但它將被納入一個(gè)換熱器網(wǎng)絡(luò)大，其傳熱效率不好。目前，換熱器網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中在兩個(gè)方面，即換熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和換熱系統(tǒng)的改造這兩個(gè)方面，它的最新發(fā)展方向?yàn)椋簤航祪?yōu)化、柔性設(shè)計(jì)、蒸餾塔目標(biāo)設(shè)定、低溫過程設(shè)計(jì)、間歇過程綜合、降低水流率、全局能量系統(tǒng)綜合和排放目標(biāo)設(shè)定等。
　　在一般情況下，夾點(diǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢趨現(xiàn)在3D的到來。經(jīng)過20多年的發(fā)展，夾點(diǎn)技術(shù)已從熱回收的特殊工具發(fā)展成為一種卓有成效的過程設(shè)計(jì)方法，它是過程系統(tǒng)綜合的強(qiáng)有力方法，其研究和應(yīng)用對(duì)促進(jìn)企業(yè)技術(shù)進(jìn)步、增加經(jīng)濟(jì)效益、提高競爭能力等都有重大意義，夾點(diǎn)技術(shù)在我國的工業(yè)企業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　二、夾點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及特點(diǎn)
　　能源危機(jī)以來，世界各國政府和大企業(yè)開始重視節(jié)能工作。節(jié)能工作的發(fā)展經(jīng)歷了這樣幾個(gè)過程：第一階段，屬于撿浮財(cái)?shù)碾A段，主要表現(xiàn)在回收余熱，堵塞“跑、冒、滴、漏”，但在此階段所著眼的只是單個(gè)的余熱流，而不是整個(gè)熱回收系統(tǒng)；第二階段，考慮單個(gè)設(shè)備的節(jié)能，例如將蒸發(fā)設(shè)備從雙效改為三效，采用熱泵裝置，減少精餾塔的回流比，強(qiáng)化換熱器的傳熱等；第三階段，也就是現(xiàn)在所處的階段，考慮過程系統(tǒng)節(jié)能，這是由于九十年代以來過程系統(tǒng)工程學(xué)的發(fā)展，使人們認(rèn)識(shí)到，要把一個(gè)過程工業(yè)的工廠設(shè)計(jì)的能耗最小、費(fèi)用最小和環(huán)境污染最少，就必須把整個(gè)系統(tǒng)集成起來作為一個(gè)有機(jī)結(jié)合的整體來看待，達(dá)到整體設(shè)計(jì)最優(yōu)化。因此，在現(xiàn)今過程系統(tǒng)節(jié)能的時(shí)代，過程集成已成為熱點(diǎn)話題。過程集成方法中目前最實(shí)用和最有效的就是夾點(diǎn)節(jié)能技術(shù)。夾點(diǎn)節(jié)能技術(shù)在國際上已成功地應(yīng)用在2500多個(gè)項(xiàng)目中，在世界范圍內(nèi)取得了顯著的節(jié)能效果。
　　夾點(diǎn)技術(shù)具有下列特點(diǎn)：
　　1.實(shí)用
　　可直接用于新過程設(shè)計(jì)和改造設(shè)計(jì)，還可以與系統(tǒng)優(yōu)化等技術(shù)相結(jié)合，形成系統(tǒng)的過程設(shè)計(jì)方法，用以解決相當(dāng)復(fù)雜的過程綜合等問題，具有設(shè)計(jì)結(jié)果同實(shí)際較為相近的優(yōu)點(diǎn)；
　　2.簡單
　　首先是只需要物料衡算和能量衡算的數(shù)據(jù)，而不需要其它熱力學(xué)數(shù)據(jù)；其次是著重于物理現(xiàn)象如夾點(diǎn)的理解，，并在此基礎(chǔ)上形成各種過程的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；
　　3.直觀
　　由于利用熱流級(jí)聯(lián)模型和組合曲線等圖形方法表示過程能量降價(jià)的特征，使得現(xiàn)有過程的評(píng)價(jià)和新過程的綜合都十分直觀明了。所取得的效益也直觀地反映在公用工程用量上，使工程技術(shù)人員易于理解和運(yùn)用；
　　4.靈活
　　根據(jù)夾點(diǎn)技術(shù)編制的程序能指出制約能耗的瓶頸部分，并針對(duì)瓶頸部分（如夾點(diǎn)附近）做出具體設(shè)計(jì)（如物流基本匹配），其余部分可由設(shè)計(jì)者充分發(fā)揮。
　　三、夾點(diǎn)技術(shù)在石油化工中應(yīng)用方法
　　化工過程主要是熱加工過程中，過程中要滿足工藝操作提供熱量和功，能量回收系統(tǒng)的一個(gè)大比例，對(duì)于不考慮能量轉(zhuǎn)換及流動(dòng)功的能量回收系統(tǒng)，一步加熱達(dá)到工藝過程參數(shù)和能量的要求后進(jìn)入工藝操作系統(tǒng)（反應(yīng)、分餾等系統(tǒng)）把原料加工為產(chǎn)品。為減少供入能量，在換熱子系統(tǒng)回收產(chǎn)品能量，提高原料溫度。換熱后產(chǎn)品經(jīng)冷卻達(dá)到目標(biāo)溫度。因此換熱子系統(tǒng)包括了冷卻、換熱和加熱三個(gè)部分。在這三個(gè)部分中，顯然存在著提高換熱、減少加熱和冷卻的相互依存關(guān)系，較全面的反映出能量回收的系統(tǒng)特點(diǎn)和規(guī)律。
　　四、結(jié)論
　　在概念設(shè)計(jì)階段的夾點(diǎn)分析法是一種非常成功的，但它不能進(jìn)一步的基本設(shè)計(jì)階段，也不能作為設(shè)計(jì)優(yōu)化的可實(shí)用方法。從本章的分析中得到以下結(jié)論：
　　1.使用夾點(diǎn)分析得到的結(jié)果不理想說明了：該系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)匹配可調(diào)節(jié)性不大，但并不說明該系統(tǒng)沒有節(jié)能潛力。
　　2.在夾點(diǎn)分析失效時(shí)，應(yīng)該從系統(tǒng)的工藝流程來分析，尤其是對(duì)系統(tǒng)中熱負(fù)荷大的換熱器，尋求在這些大負(fù)荷換熱器上有沒有節(jié)能的潛力，并且應(yīng)該考慮減少系統(tǒng)中的能量損失以及余熱的回收。
　　3.在考慮價(jià)格因素的前提下，盡可能的采用高品位的能量，提高利用效率。
　　4.在對(duì)該系統(tǒng)采用夾點(diǎn)分析時(shí)，并沒有得到理想的結(jié)果，我認(rèn)為主要是因?yàn)椋河捎谠撓到y(tǒng)的儀表不健全，相當(dāng)一部分換熱器的熱負(fù)荷和進(jìn)出口溫度很難得到，不能進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的分析，只能采用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來進(jìn)行夾點(diǎn)分析，而該設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)匹配方面做的很不錯(cuò)，很難在對(duì)其進(jìn)行改動(dòng)達(dá)到節(jié)能效果。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]馮霄，李勤凌編著.化工節(jié)能原理與技術(shù)[M]. 化學(xué)工業(yè)出版社， 1998.
　　[2]陳安民編著.石油化工過程節(jié)能方法和技術(shù)[M]. 中國石化出版社， 1995 .
　　[3]周鴻昌編著.能源與節(jié)能技術(shù)[M]. 同濟(jì)大學(xué)出版社， 1996.

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