1.夹点理论及其在换热网络中的应用 ：贵州工业大学, 贵州贵阳 550000)
摘 要: 换热网络优化综合目前主要有 3种方法: 试探法, 夹点技术,数学规划法。但在实际应用中, 夹点技术证明有效并已取得显著经济效益。给出了夹点技术中几个关键问题的求解方法以及如何准确快捷的找出换热网络中的夹点。应用这些方法可以有效的进行换热网络的.优设计, 做到。针对生产和实践中遇 到的特殊情况给出了解决办法,并用一个具体实例说明改造后的传热效果。在分析了夹点技术的理论基础和热力 学原理的基础上,提出了夹点技术的理论局限性,及其相关的原因及克服办法。
夹点技术立足于严格的热力学和数学规则,具有完备的理论基础,计算简单、可靠,方法灵活、实用,工程技术人员容易掌握,并可发挥设计者多年工程设计经验和生产实践经验,更好地从事设计工作。 因此,夹点技术代表了一种全新的、强有力的设计方法。
利用夹点技术设计换热网络
马连强 郑开学 贺鑫平 高建红 华陆工程科技有限责任公司 西安 710054
摘要：介绍夹点技术的基本概念以及利用夹点技术设计换热网络的原则, 列举利用夹点技术设计换 热网络过程的实例, 并简单介绍换热网络优化方面的基本知识。
夹 点技 术 （Pinch Point Technology)是 由 Linnhoff 为首的英国帝国化学公司 ( I. C. I)的系统 综合小组开发的。这个小组曾在 1977～ 1981 年对老 厂技术改造及新厂建设的 18 项工程设计进行了重 新设计计算, 发现用新的原理设计平均可以节能 30%, 有的项目不仅可以节能, 而且重新安排后节 省了投资。1982 年美国联碳公司请 Linnhoff 指导, 在一年时间内试算了9 个工程实例, 结果证明, 用 这种方法平均可以节能50% , 用于老厂技术改造的 设备投资一般可以在2～ 12 个月内回收。因而这种 技术被认为是成熟的并可以在工业中普遍推广使 用。经验证明, 采用这种方法在新设计中可节省能 源和设备投资, 在老厂技术改造中可用较少设备投 资回收尽可能多的能量。
假如一个换热网络有两股热流股和两股冷流 股构成, 有关参数如表 1 所示
3. 1 确定夹点温度及冷、 热公用工程消耗 分别完成冷、 热组合曲线, 给定 ΔTmin为 10℃, 确定夹点温度及冷、 热公用工程消耗, 如 图 5 所示。
4 换热网络的优化
换热网路的优化首先要确定科学的目标函 数, 目标函数一般是能源费用和投资费用的.优 组合, 也就是总费用.小。换热网络优化是基于换热器负荷的重新分 配, 一些换热器可能变大, 一些可能变小, 还有一些换热器可能从设计中完全除掉。 换热网络的优化一般从热负荷回路和公用工 程路径处着手。所谓的热负荷回路就是指从一个 换热器或流股出发, 不重复地沿换热器和路径走 下去, 可以再次回到出发点的闭合的换热器和流 股的序列。公用工程路径指从一个公用工程流股出发, 不重复地沿换热器和路径走下去, 可以到 达另外一种公用工程流股的换热器和流股的序 列。如图 9 中换热器 2 、 流股 4、 换热器 4 和流 股 1 就组成了一个热负荷回路, 冷却器 C 、 流股 4、 换热器 4、 流股 1 和加热器 H 就组成了一个 公用工程路径。 在热负荷回路中通过重新分配热负荷可以减 少换热器的数目, 这种调整是不改变公用工程消 耗的。如图 9, 我们可以把换热器 4 的 30kW 的 换热负荷转移到换热器 2 上而省掉换热器 4, 这 样虽然违背了.小传热温差 ΔTmin的原则, 也许 增加了传热面积, 但省掉了一个换热器, 可以通 过目标函数决定这种优化的可行性。 在公用工程路径中通过重新分配热负荷也可以 减少换热器的数目, 但这种调整会改变公用工程消 耗。同样如图 9, 可以把冷却器C 和加热器H 的热 负荷同时增加 30kW 而省掉换热器 4, 这样也可以 减少一个换热器, 这样调整增加了公用工程消耗, 优化的可行性同样需要目标函数来确定。
5 结语
本文简单叙述了夹点技术设计换热网络的基 本原理和过程, 实际换热网络的设计是很复杂 的, 比如有时两个流股存在合理的传热温差, 但 因为泄漏会引起严重的后果就不可以匹配在一个 换热器中;有时两个流股相距太远, 铺设太长的 管道也是不经济的等等。另外还可能在设计过程 中碰到门槛问题、 多夹点问题、 流股分流、 热功 集成等问题, 这些都需要在设计过程具体分析。