基于夾點(diǎn)技術(shù)的汽油加氫裝置換熱網(wǎng)絡(luò)節(jié)能研究

摘""""" 要： 為了保障煉油廠加氫煉化裝置的有效運(yùn)行，、解決資源浪費(fèi)現(xiàn)象，要基于現(xiàn)有的換熱網(wǎng)絡(luò)，利用夾點(diǎn)技術(shù)完成分析。通過(guò)數(shù)據(jù)換算以及模擬，可以了解夾點(diǎn)技術(shù)加氫電化裝置換熱網(wǎng)節(jié)能效果較佳，將夾點(diǎn)溫差設(shè)置為20 ℃，可以計(jì)算出該裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)溫度為125 ℃。最小的工程計(jì)算量以“kW”為單位，為10 449 kW。，最小冷公用工程量以“kW”為單位，為49 193 kW。由此可見(jiàn)，換熱網(wǎng)絡(luò)不合理情況執(zhí)行的對(duì)應(yīng)節(jié)能改造方案，可節(jié)能約57.89%的熱公用工程，以及27.76%的冷公用工程，有極佳的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)" 鍵" 詞：夾點(diǎn)技術(shù)；加油加氫裝置；換熱網(wǎng)絡(luò)；節(jié)能研究

中圖分類號(hào)：TQ051.5 TQ××"""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A"""" 文章編號(hào)： 1004-0935（20202024）0×3-00000481-0×4

前隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及工業(yè)領(lǐng)域的成長(zhǎng)，要求執(zhí)行“節(jié)能”、“可持續(xù)循環(huán)”戰(zhàn)略措施。加夾點(diǎn)技術(shù)的出現(xiàn)，是由傳統(tǒng)的節(jié)能概念發(fā)展為來(lái)的一項(xiàng)系統(tǒng)、科學(xué)、成熟的一項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)，由英國(guó)提出，對(duì)石化煉油企業(yè)有較高的節(jié)能效益。我國(guó)近年來(lái)在上海、北京、廣州、深圳等一線城市推廣運(yùn)行了夾點(diǎn)技術(shù)，其夾點(diǎn)技術(shù)能夠?qū)捰蛷S的加氫裂化裝置換熱網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生獨(dú)特的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

與傳統(tǒng)的節(jié)能方法相比，這種新型的節(jié)能方式效果更具參考性。可結(jié)合各城市的實(shí)際情況，設(shè)置針對(duì)性的行動(dòng)方案。加氫液化的過(guò)程是一個(gè)強(qiáng)放熱以及高壓的反應(yīng)，最終的產(chǎn)品需要降熱至常溫，換熱裝置將影響到整個(gè)加氫液化過(guò)程的能耗以及對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。通過(guò)加點(diǎn)夾點(diǎn)技術(shù)，可以突破目前存在的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)綜合優(yōu)化，提出對(duì)應(yīng)的改進(jìn)策略。應(yīng)用新型的換熱網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)加夾點(diǎn)技術(shù)較為完善。我國(guó)雖然作出做出較多研究，但由于對(duì)應(yīng)的束縛條件至今尚未有成熟有效的理論方法。要結(jié)合夾點(diǎn)技術(shù)，對(duì)加氫裂化裝置特征進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上提出行之有效的節(jié)能改進(jìn)方案。

1" 加氫裂化裝置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

加氫裂化裝置的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，要了解某加氫裂化裝置原料包含直餾減壓柴油以及輕柴油、重柴油。其中，直餾減壓柴油為VOG、新柴油為L(zhǎng)OG、重柴油為HOG。三者混合油為原料，要保障生產(chǎn)能力達(dá)179.4萬(wàn)t·/a-1，具體數(shù)據(jù)以及操作參考提取數(shù)據(jù)見(jiàn)表1、表2。

2" 數(shù)據(jù)分析

化工工藝過(guò)程中存在多股冷、熱物流，冷、熱物流間的換熱量與公用工程耗量的關(guān)系可用溫- 焓（（ T -- H）） 圖表示。溫-焓圖以溫度T為縱軸，以熱焓H為橫軸。熱物流線的走向是從高溫向低溫，冷物流線的走向是從低溫到高溫。物流的熱量用橫坐標(biāo)兩點(diǎn)之間的距離（即焓差ΔH）表示，因此物流線左右平移，并不影響其物流的溫位和熱量[1]。多股冷、熱物流在T - H 圖上可分別合并為冷、熱物流復(fù)合曲線，，兩曲線在H 軸上投影的重疊即為冷、熱物流間的換熱量，，不重疊的即為冷熱公用工程耗量[2]。

換熱網(wǎng)絡(luò)最小溫差比，如若最小溫差為8 ℃，夾點(diǎn)的溫差為8 ℃。經(jīng)過(guò)二者之間的綜合計(jì)算，就可以了解到夾點(diǎn)出現(xiàn)在平均溫度295 ℃， 熱物流263 ℃、冷物流250 ℃。對(duì)目前的換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)分析，最小的加熱公用量保持在21 147 kW·/h-1，而最小冷卻公用工程量為58 957 kW·h-1kW/H[3]。換算在實(shí)際換熱網(wǎng)絡(luò)中，加熱公用工程量為52 470 kW·h-1kW/h，冷卻公用工程量為90 280 kW·h-1kW/h。這表明二者之間的節(jié)能潛力為31 323 kW·h-1kW/h，實(shí)際加熱公用工程量的59.7%[4]。根據(jù)夾點(diǎn)分析對(duì)應(yīng)的原則，既表明夾點(diǎn)上下以及夾點(diǎn)現(xiàn)行換熱網(wǎng)絡(luò)與公用工程加熱器關(guān)聯(lián)。例如，根據(jù)換熱器中的原料，將原料設(shè)為“C1”，將其由190 ℃升至393 ℃。其中190℃～255 ℃為跨越夾點(diǎn)換熱，該換熱量保持在6 371.9 kW·h-1kW/H。根據(jù)換熱器中的一系列循環(huán)氫，可以將其由190 ℃轉(zhuǎn)換為298 ℃。跨越夾點(diǎn)換熱也有可能會(huì)出現(xiàn)一定的不合理?yè)Q熱量，不合理?yè)Q熱量為479.4 kW·h-1kW/H。換熱器“3”中的加氫生成油單位為“H1”，將其由301 ℃降至249 ℃，要保障二者之間有明顯的跨越夾點(diǎn)換熱。合理對(duì)換熱器中的加氫生成油設(shè)置單位為“H3”將，其由298 ℃降至253 ℃。由此通過(guò)數(shù)據(jù)值換算，可以了解到不同換熱器中的分流塔尾油有差異。根據(jù)不同加熱爐中的循環(huán)以及不同加熱爐中的循環(huán)氫，二者之間的溫度差異有顯著變化[5]。

3" 現(xiàn)行裝置用能不合理之處

現(xiàn)行裝置應(yīng)用不合理之處，結(jié)合換熱網(wǎng)絡(luò)最小公用工程目標(biāo)，遵循以下三項(xiàng)設(shè)計(jì)原則：

1.誤勿通過(guò)夾點(diǎn)傳熱傳遞熱量原則。

2.加點(diǎn)上方不設(shè)冷公用工程原則。

3.加點(diǎn)下方不設(shè)熱公用工程結(jié)合換熱網(wǎng)絡(luò)最小公用工程目標(biāo)，遵循以下"" 3項(xiàng)設(shè)計(jì)原則：勿通過(guò)夾點(diǎn)傳熱傳遞熱量原則、夾點(diǎn)上方不設(shè)冷公用工程原則、夾點(diǎn)下方不設(shè)熱公用工程原則。

若未遵循這三3項(xiàng)設(shè)計(jì)原則，必然會(huì)出現(xiàn)用能不合理以及遠(yuǎn)離能量既定指標(biāo)的現(xiàn)象。對(duì)于已有的換熱網(wǎng)絡(luò)，以圖1、圖2的形式顯示。通過(guò)圖1、圖2，可以清晰的了解到物流“3”、“5”、“10”在對(duì)應(yīng)的夾點(diǎn)處都使用了冷卻器，但夾點(diǎn)以上違背了不設(shè)置任何冷公用工程原則[6]。圖中的換熱器1、3、11以及15也存在跨越夾點(diǎn)傳熱現(xiàn)象。對(duì)于13的物流18，溫度從～80℃加熱至150℃。而11將物流19，從97℃加熱至105℃。通過(guò)一系列的加熱流程以及數(shù)據(jù)值變化，可以了解到該系統(tǒng)的換熱網(wǎng)絡(luò)存在用能不合理的現(xiàn)象，急需對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

由圖1、圖2可以看出，物流“3”“5”“10”在對(duì)應(yīng)的夾點(diǎn)處都使用了冷卻器，但夾點(diǎn)以上違背了不設(shè)置任何冷公用工程原則[6]。圖中的換熱器1、3、11以及15也存在跨越夾點(diǎn)傳熱現(xiàn)象。對(duì)于13的物流“18”，溫度從80 ℃加熱至150 ℃。而11將物流“19”，從97 ℃加熱至105 ℃。通過(guò)一系列的加熱流程以及數(shù)據(jù)值變化，可以了解到該系統(tǒng)的換熱網(wǎng)絡(luò)存在用能不合理的現(xiàn)象，亟須對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

4" 現(xiàn)行裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)改造分析

4.1" 現(xiàn)行裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)改造

在根據(jù)現(xiàn)行的換熱裝置的換熱網(wǎng)絡(luò)改造需求，要充分利用已有的換熱器對(duì)裝置進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)改造。盡量解決傳統(tǒng)跨越夾點(diǎn)換熱以及冷卻器錯(cuò)誤擺放的問(wèn)題，滿足實(shí)際需求。因此，在改造流程中，要通過(guò)物流“11”11以及物流“3”3完成換熱，達(dá)到換熱標(biāo)準(zhǔn)。將傳統(tǒng)溫度由122 ℃加熱到123 ℃，能夠抵消傳統(tǒng)出現(xiàn)的能量失衡問(wèn)題，其能量失衡抵銷量為" 12 326 kW[7]。此外，物流“15”15以及物流“3”3通過(guò)換熱，將其溫度由240 ℃加至254 ℃，能夠消除2 846 kW的能量失衡。而物流“5”5以及物流“14”14，通過(guò)E8進(jìn)行換熱，其目標(biāo)冷卻為151 ℃，能夠消除4 647 kW能量失衡。物流“10”10與物流“19”19通過(guò)E15完成換熱，冷卻溫度為115 ℃，能夠消除""" 1 039 kW能量失衡。通過(guò)以上分析，可以清晰的地了解到18 819 kW能量失衡[8]。能夠消除清除傳統(tǒng)在加熱過(guò)程中出現(xiàn)的能量浪費(fèi)現(xiàn)象，保障高壓控制器以及冷卻器的有效使用，詳見(jiàn)如圖3所示。

4.2" 節(jié)能方案的模擬計(jì)算、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

節(jié)能方案的模擬計(jì)算以及經(jīng)濟(jì)評(píng)估，要考慮節(jié)能方案的模擬指標(biāo)以及經(jīng)濟(jì)評(píng)估指標(biāo)。例如，計(jì)算熱負(fù)荷最初可以使用熱熔容率進(jìn)行表達(dá)，研究方案將被假定為熱熔容流率平均值。因此，最終的評(píng)定結(jié)果不受溫度影響，但熱熔容留流率在實(shí)際使用中會(huì)隨溫度變化而變化[9]。在一定的溫度范圍內(nèi)，取幾個(gè)常規(guī)數(shù)據(jù)點(diǎn)，不僅會(huì)使計(jì)算結(jié)果不精準(zhǔn)，同時(shí)也難以對(duì)方案中的換熱網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，并檢查新?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)是否能夠達(dá)到生產(chǎn)要求。要考慮節(jié)能方案的最終模擬結(jié)果，保障節(jié)能方案精準(zhǔn)的地實(shí)現(xiàn)溫度控制。對(duì)新?lián)Q熱加熱器完成設(shè)計(jì)分析，經(jīng)過(guò)模擬研究可以得知新型方案的熱公用工程為15 031 kW，冷公用工程達(dá)53 783 kW。相較于傳統(tǒng)的節(jié)能裝置，這種新型節(jié)能裝置的潛力為20 670 kW，占熱公用工程的57.89%，冷公用工程的27.602%，節(jié)能效益"""" 極高[10]。

在經(jīng)濟(jì)方案分析中，其燃料器價(jià)格為1550元kW，燃料器的燃燒熱曲為44134 kJ·Nm-3。對(duì)應(yīng)的低增壓器160元·t-1，而循環(huán)水的價(jià)格為0.33元·t-1。所有設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間為8000a。在提取對(duì)應(yīng)的物流數(shù)據(jù)中，通過(guò)問(wèn)題表象法，能夠了解能量目標(biāo)[11]。隨后，結(jié)合網(wǎng)格圖實(shí)現(xiàn)換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的換算，找出系統(tǒng)中不合理之處，進(jìn)行改進(jìn)應(yīng)用。應(yīng)用夾點(diǎn)技術(shù)，對(duì)已有的換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，保障節(jié)能方案的設(shè)計(jì)精準(zhǔn)性。設(shè)計(jì)的不同換熱器，以6臺(tái)為例，綜合節(jié)能指標(biāo)熱公用工程為57.89%，冷公用工程為27.76%，節(jié)能效果極為顯著。考慮節(jié)能方案的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，在投資回收期可達(dá)為1.20a年。

4.3" 熱量回收較大的換熱網(wǎng)絡(luò)方案

對(duì)熱量回收較大的換熱網(wǎng)絡(luò)方案進(jìn)行分析，為了保證達(dá)到換熱效果，減少跨越夾點(diǎn)換熱，并縮小冷熱物流的換熱溫差。，要求實(shí)現(xiàn)公用工程量以及換熱面積之間的權(quán)衡，對(duì)于熱量回收的最大方案，可以將加氫裂化生成分支為“H1”、“H2”，以減少跨越夾點(diǎn)出現(xiàn)的換熱率損失。保障最大換熱器2、6、7以及換熱器熱負(fù)荷符合要求，要考慮夾點(diǎn)之上的熱負(fù)荷量以及生成油溫度。溫度由393 ℃降至203 ℃，可以去掉傳統(tǒng)加熱爐的干擾溫度[12]。同時(shí)，生成油的溫度由·393 ℃降到182 ℃，換熱器熱負(fù)荷量減少至8 450 kW·/h-1，完全回收空氣冷卻器熱負(fù)荷，并節(jié)約加熱爐公用工程量，公用工程量的節(jié)約量為4 808 kW·h-1KW/H。由此，可以表明這種新型的加熱公用工程量與節(jié)約供應(yīng)工程量之間的對(duì)比較優(yōu)。

4" 5" 結(jié) 論（結(jié)束語(yǔ)）

綜上所述，通過(guò)某工廠換熱裝置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析，結(jié)合夾點(diǎn)分析技術(shù)，能夠激發(fā)該裝置的節(jié)能潛力，使其達(dá)31 323 kW·h-1kW/h，可占現(xiàn)有加熱公用工程量的59.7%。結(jié)合數(shù)據(jù)分析，能夠清晰的地了解到夾點(diǎn)換熱原則以及換熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提出對(duì)應(yīng)的改造方案。應(yīng)用該技術(shù)能夠縮短工期，同時(shí)還可以節(jié)省操作費(fèi)用，其操作費(fèi)用平均節(jié)省為2 707.8萬(wàn)元。在條件允許的情況下，整個(gè)投資回收期不超8月，應(yīng)優(yōu)先予以考慮。

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Research on Energy Saving of Heat Exchange Network of Gasoline Hydrogenation Unit Based on Pinch Technology

HUI Chunyang， ZHANG Chen， LI Qiaoling， CHE Xiaoman

（China Kunlun Contracting amp; Engineering Corporation Shenyang Company ， Shenyang Liaoning Shenyang 110167，， China）

Abstract："" In order to ensure the effective operation of the refinery hydrorefining unit and solve the waste of resources， it is necessary to complete the analysis based on the existing heat exchange network by using pinch technology. Through data conversion and simulation， it can be understood that the energy saving effect of the heat exchange network of the pinch technology hydroelectrochemical device is better. If the pinch point temperature difference is set to 20 ℃， the pinch point temperature of the heat exchange network of the device can be calculated as 125 ℃. The minimum engineering calculation amount is 10， 449 kW， measured in kW. The minimum cold public engineering quantity is 49 193 kW in unit of \"kW\". It can be seen that the corresponding energy-saving transformation scheme implemented under the unreasonable condition of heat exchange network can save about 57.89% of the hot public works and 27.76% of the cold public works， which has excellent economic benefits.

Key words：" Pinch technology; Refueling and Hydrogenating unit; Heat exchange network; Energy conservation research