夹点理论的发展和茂名二蒸馏装置换热网络改造

作者:李有润;白润生;杨保安;陈泽民;陈谆 刊名:石油炼制与化工 上传者:唐俊

【摘要】本工作应用夹点理论,特别是应用由最优夹点温差确定宏观改造目标及总组合线分析多公用工程用量等方法,对茂名石油化工公司二蒸馏装置换热网络进行再改造,使换热网络的热回收率得到显著提高。实践结果表明,原油预热终温由原来已经较高的288℃进一步提高最高可达303℃,投资回收年限为半年。

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夹点理论指出,对于给定的物流的工艺条件,夹点处的最小传热温差乙孔伏决定了最小的加热和冷却公用工程用量。以此为指导,通过夹点设计方法可综合出最小公用工程用量和最少换热器数目的换热网络[l.2习。而对实际换热网络的设计和改造,仅以热力学目标作为指导显然是很不够的,至少应以费用经济目标所确定的最小换热面积、最小公用工程用量、最小换热器数目等指标来指导换热网络的综合。为此,夹点最小传热温差必须是首先通过费用目标优化所确定的决策变量。它是一个在换热网络设计或改造综合之前应予确定的变量。另外,换热网络在进行冷、热物流换热后,常常会在夹点下有多余的热量可用来发生蒸汽,加热软化水等,而在夹点上则可引入不同级别的加热公用工程来加热,这就构成了多水平公用工程的网络综合问题。如何确定各水平公用工程数量也是换热网络优化综合所应予以确定的问题。本文将结合茂名石化公司二蒸馏装置换热网络改造实例来阐述如何应用夹点理论,包括最优夹点温差的确定和多水平公用工程用量的确定来指导换热网络改造的综合。1最优夹点传热温差的确定茂名二蒸馏装置换热网络原有换热器41台,总面积646om,,参与换热的热物流13股,冷物流3股(原油按脱盐前后及初馏塔塔底油分三段处理)。应用计算机绘制的组合温焙线如图1。图1表示,原换热网络夹点温差为43.ZC,原油预热终温达288’C。这样的网络是否在经济上是最合理的?如果减少夹点处传热温差、增加换热面积、提高原油预热终l夕02003面’-一60换热量Q/GJ.h一,000000沁|0J“勺JO乙‘卜如卜侧明图l原换热网络组合温焙线石油炼制1993年第24卷温减少公用工程用量是否会取得更好的经济效益?这些均需通过最优夹点温差的计算来予以回答。确定最优夹点温差的关键是建立换热面积与夹点温差的关系。本文将用式(1)计算传热面积[3一。Q‘K尸乙TL佑(1)咖习一一A10009080qUQdO乙9归卜侧明式中Q:组合温焙线的由物流进出口温度折点处所构成的区间i的换热量;TLMi区间i的对数传热温差,凡区间i物流间的平均传热系数。此处用平均传热系数K‘的倒数来表示物流换热的总热阻概念,而不是采用每股物流的传热膜系数的倒数分别表示之川,是因为传热热阻不仅包括膜热阻还包括污垢热阻,后者在实际网络的传热计算中占较大的比例,且在工程应用中确定平均传热系数要比确定每股物流的膜系数更容易且准确。这样,对于一定的夹点温差即可由式(1)求得面积,由问题表求得最小公用工程用量,再应用优化计算程序可求得二蒸馏装置换热网络的最优夹点温差为31.8,此时所需换热面积为948om2,相应原油预热终温可达309.SC。由此可确定改造的宏观目标。但作为实际网络的设计、改造,还需参考工程实际的约束条件,对改造目标加以修正。例如二蒸馏装置现场限制了换热器面积的增加,大约可再布置9台换热器,传热面积约1300mZ。这样,由于换热面积的工程限制,使确定原油预热终温仅可达303.6,此时夹点温差为35C。二蒸馏装置原油预热终温与面积目标的关系曲线见图2。2总组合线与多水平公用工程分析根据各温度区间之间的热通量绘制的总组合线如图3所示。它表示夹点上需被加热的纯热阱,夹点下需冷却的纯热源。由图3可看出,在夹点下,在140一260之间的温度范围内,每小时需被冷却的热源热量达60GJ/h,这部分温位较高的热源可用来发生0.4MPa的蒸汽。根据工程实际需要,决定利用此部分多余的中温位热量发生0.4MPa蒸汽11t/h,以及预热空气和加热软化水,每小时用热量53GJ。除去这部分可以利用的热量,系统的总组合线如图3虚线部分

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