基于夾點技術的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡優(yōu)化方法分析

張福強

摘 要：夾點技術是一種典型的換熱網(wǎng)絡優(yōu)化方法，不僅能夠使能源的消耗量得到有效控制，還能夠降低生產(chǎn)成本?；诖?，本文就基于夾點技術的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡優(yōu)化方法進行研究，首先從國內(nèi)外研究綜述的角度出發(fā)，對環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡優(yōu)化中的夾點技術給予簡要概述，然后從提取物流數(shù)據(jù)、確定夾點位置、分析節(jié)能潛力、優(yōu)化換熱網(wǎng)絡幾個角度出發(fā)，闡述夾點技術的應用方法。

關鍵詞：夾點技術；環(huán)氧丙烷；工藝系統(tǒng)；換熱網(wǎng)絡

1 基于夾點技術的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡優(yōu)化概述

由于化工生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)能源消耗問題，因此化工企業(yè)的經(jīng)濟效益會受到一定程度的損害，為了解決這一問題，必須對換熱網(wǎng)絡給予優(yōu)化，從而實現(xiàn)工業(yè)節(jié)能的目標，使化工行業(yè)的經(jīng)濟效益得到有效保障。隨著社會科學技術水平的不斷提升，學術界對換熱網(wǎng)絡的研究變得越來越深入，很多研究學者對原有的換熱網(wǎng)絡優(yōu)化方法給予改進，從而得到更加先進的優(yōu)化技術。

夾點技術就是用T-H圖對化工工藝過程中的多股冷、熱物流曲線合并表示，其中H軸上的重疊投影表示換熱量，不重疊投影表示公用工程耗量。兩條曲線在工藝過程中處于運動狀態(tài)，在水平方向相互接近時，熱回收量會增加，而公用工程耗量和傳熱溫差會減小，一直到兩條曲線接近的點達到最小允許傳熱功當量溫差時，縱坐標上曲線最接近位置就是夾點位置。

夾點技術的主要原理是熱力學，一些研究人員利用數(shù)學規(guī)劃法實現(xiàn)換熱網(wǎng)絡的有效優(yōu)化，而一些研究學者則使用遺傳退火算法，但是這些方法對于夾點技術的應用而言存在過多約束條件，因此難度相對較高，為此必須選擇更加科學合理的方式，對網(wǎng)絡優(yōu)化的方式給予簡化和改進。隨著信息技術的不斷發(fā)展，化工領域逐漸對Aspen Energy Analyzer軟件給予有效利用，以網(wǎng)絡模擬的方式創(chuàng)建工藝條件，在對比分析的過程中得到最優(yōu)的工藝方案，以此實現(xiàn)化工能源的有效節(jié)約，使產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益得到保障。

2 基于夾點技術的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡優(yōu)化方法分析

2.1 提取物流數(shù)據(jù)

利用夾點技術優(yōu)化環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)的換熱網(wǎng)絡時，必須先利用Aspen Energy Analyzer軟件對物流數(shù)據(jù)給予有效提取，從而獲取物流平衡數(shù)據(jù)與能量平衡數(shù)據(jù)，以此實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)的精確校正。在得到相關數(shù)據(jù)后，技術人員需要利用Heater換熱模型模擬熱物流組成成分和冷物流組成成分，然后將實際測量的數(shù)值與模擬得到的數(shù)值進行對比，如果兩組數(shù)值保持基本一致，就說明Aspen Energy Analyzer軟件的應用的切實有效的，能夠保障所提取物流數(shù)據(jù)的準確性[1]。

2.2 確定夾點位置

在提取環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)的物流數(shù)據(jù)后，就要對換熱網(wǎng)絡的夾點位置給予確認。在這一過程中，技術人員需要利用Aspen Energy Analyzer軟件確定能量利用瓶頸位置，然后利用最小傳熱溫差原理確定夾點位置。為了保障夾點位置的準確性，技術人員需要進行反復的計算，計算的方式為冷公用工程計算方式和熱公用工程計算方式。通過計算得到數(shù)值后，技術人員要將計算值與實測值進行對比，如果二者的差距較小，就說明計算值可以代表夾點溫差，從而確定夾點位置，為后續(xù)的工作打好基礎。

2.3 分析節(jié)能潛力

結(jié)合已有的換熱網(wǎng)絡改造經(jīng)驗，在實際的改造工程中，氣相物流最小傳熱溫差一般大于液相，且換熱網(wǎng)絡中液相物流最小傳熱溫差多處于10～20K區(qū)間，結(jié)合現(xiàn)行工藝流股數(shù)據(jù)、公用工程流股數(shù)據(jù)開展分析不難發(fā)現(xiàn)，其中熱物流H4丙烯循環(huán)氣、熱公用工程物流的蒸汽屬于氣相物流，而蒸汽混合物流、H9粗PO則屬于氣液混合物流，其余均為液相物流，因此本文研究取20K作為最小傳熱溫差，由此可確定30K的現(xiàn)行換熱網(wǎng)絡夾點溫差相對偏大，受此影響公用工程用量增大且回收的能量出現(xiàn)減少，現(xiàn)行換熱網(wǎng)絡具備的較高節(jié)能潛力也由此得到了證實，而基于較高的節(jié)能潛力，即可通過相應改造實現(xiàn)熱量的回收利用，公用工程的消耗降低也將由此實現(xiàn)。式為換熱網(wǎng)絡優(yōu)化的節(jié)能量計算公式，式中的 、 分別為公用工程實際加熱的傳熱量與共用工程最小加熱傳熱量，而利用Aspen Energy Analyzer軟件與上文分析，可通過計算得出夾點溫度、熱公用工程用能目標值、冷公用工程用能目標值，分別為329.5K、2743kW、10720kW，熱、冷公用工程用能的節(jié)能潛力分別為19.5%和5.8%[2]。

3 結(jié)論

綜上所述，針對基于夾點技術的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡優(yōu)化方法的探究是非常必要的。在對環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)的換熱網(wǎng)絡進行優(yōu)化時，著重對Aspen Energy Analyzer軟件給予有效利用，并且有效遵循最小溫差法的原理，從而使環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)的夾點位置得到合理確認，最終得到科學的能耗目標值，以此實現(xiàn)換熱網(wǎng)絡的優(yōu)化。希望本文能夠為研究這一課題的相關人員提供參考。

參考文獻：

[1]王揚威.氯堿廠環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡優(yōu)化與換熱器能效評價研究[D].福州：福州大學，2016.

[2]王揚威，陳華澤，劉康林.基于夾點技術的環(huán)氧丙烷工藝系統(tǒng)換熱網(wǎng)絡優(yōu)化方法[J].過程工程學報，2015，15 （06）：1049-1056.