石油化工節(jié)能技術(shù)

石油化工節(jié)能技術(shù)

主要內(nèi)容1.石化工業(yè)用能特點(diǎn)及潛力2.能耗計(jì)算與評(píng)價(jià)3.節(jié)能原理、方法與途徑4.窄點(diǎn)技術(shù)5.能量平衡6.節(jié)能新技術(shù)、新設(shè)備7.石化工業(yè)的節(jié)能方向1.石化工業(yè)用能特點(diǎn)及潛力1.1用能量大,占加工成本比例大以乙烯裝置為例，國內(nèi)裝置能耗大部分在750kg標(biāo)準(zhǔn)油/t，2003年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)量約600萬噸，總能耗450萬噸標(biāo)準(zhǔn)油，能耗費(fèi)用近60億元（2007年國內(nèi)乙烯總產(chǎn)量將達(dá)1100萬噸，總能耗達(dá)825萬噸標(biāo)準(zhǔn)油）。以煉油工業(yè)為例，綜合能耗量占原油加工量的8%~10%。2001年全國原油加工量達(dá)1.98億噸，耗能量約1700萬噸標(biāo)油，費(fèi)用約220億元。平均能耗成本(包括自產(chǎn)燃料等)占總加工成本的50%~60%。但目前加工成本計(jì)算中，將自產(chǎn)燃料形成的能耗未計(jì)入成本，造成了能耗成本占總加工成本比例不高的假象，將能耗成本淹沒在巨大的產(chǎn)品銷售中，大大弱化了能耗的影響及其節(jié)能工作的開展。

某煉油廠加工每噸原油的完全能耗費(fèi)用

國內(nèi)某煉油廠的煉油加工費(fèi)對(duì)比現(xiàn)狀加工費(fèi)計(jì)入自用燃料后的煉油加工費(fèi)

該煉油廠綜合能耗為86.8kg標(biāo)油/t,平均每kg標(biāo)油能耗的費(fèi)用為1.56元，全廠能量因數(shù)為6.626，單位能量因數(shù)能耗為13.1kg標(biāo)油/(t.Ef)。從最具可比性的單位能量因數(shù)能耗來看，該煉油廠與國內(nèi)能耗先進(jìn)值(11kg標(biāo)油/(t.Ef))相比有較大的差距。若該煉油廠能耗達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，綜合能耗將下降13.9kg標(biāo)油/t，使每噸原油的加工費(fèi)下降21.7元，下降幅度幾乎達(dá)到了每年修理費(fèi)的水平。

由于該廠的單位能量因數(shù)能耗是全國平均水平，因此煉油企業(yè)的平均節(jié)能潛力為20元/噸原油。修正后的煉油加工費(fèi)指標(biāo)合理地反映了各項(xiàng)影響因素，能耗費(fèi)用成為煉油加工成本的第一影響因素。

因此節(jié)能永遠(yuǎn)是石化企業(yè)挖潛增效，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的一個(gè)主題。2002年中國石化集團(tuán)公司煉油專業(yè)達(dá)標(biāo)指標(biāo)1.2加熱冷卻過程多石化工業(yè)加工過程中，有非常多的冷、熱物流（過程物流、公用工程物流等）需要換熱。如乙烯裝置、煉油過程主要是通過物理的辦法，按照各油品沸點(diǎn)的差別進(jìn)行分離，即通過冷冷熱熱，就完成了加工過程。以冷熱物流相聯(lián)系的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化（廣義）技術(shù)，在石化工業(yè)大有用武之地。

1.3節(jié)能涉及全過程

石化生產(chǎn)是連續(xù)、多工序、多層次的加工過程，從全廠發(fā)展規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)等過程均涉及能量的利用，可以說，加工全過程就是能量流的過程,節(jié)能絕不是一個(gè)部門或幾個(gè)部門的事情。能耗指標(biāo)是一個(gè)高度綜合性的指標(biāo)，如果一個(gè)石化企業(yè)的能耗指標(biāo)是先進(jìn)的，則必然意味著規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)、管理等所有環(huán)節(jié)的高水平，缺一不可。國內(nèi)節(jié)能工作存在的一個(gè)重要問題是：重技術(shù)輕管理。必須加強(qiáng)管理，提高所有人員的節(jié)能意識(shí)，激發(fā)節(jié)能積極性，才能真正將節(jié)能工作落到實(shí)處。生產(chǎn)企業(yè)各部門對(duì)能源的要求不一樣技術(shù)部門為了生產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品，有時(shí)在探討工藝過程中反而會(huì)提出增加能耗的建議；生產(chǎn)部門重點(diǎn)是放在生產(chǎn)方面，始終努力采用高生產(chǎn)效率的方式，而提高生產(chǎn)性的效果，幾乎均與節(jié)能直接關(guān)連。生產(chǎn)計(jì)劃部門為將庫存壓于最小程度，根據(jù)適時(shí)生產(chǎn)的方式而制定頻繁更換作業(yè)內(nèi)容的生產(chǎn)計(jì)劃，而這種生產(chǎn)方式不利于節(jié)能的；動(dòng)力設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn)是動(dòng)力管理部門的工作任務(wù)，但有時(shí)因過度追求節(jié)能，也會(huì)提出妨礙生產(chǎn)效率的要求。

日本節(jié)能的觀點(diǎn)生產(chǎn)工廠的使命是制造產(chǎn)品，因而努力推進(jìn)能量有效利用的工作人員是難能可貴的后勤部隊(duì)。與生產(chǎn)部門相比，推進(jìn)節(jié)能的工作是種不顯眼的苦差事，因而需要“廠領(lǐng)導(dǎo)的節(jié)能意識(shí)”，即應(yīng)該針對(duì)節(jié)能作出的努力表示敬意并對(duì)所取得的成果給予高度評(píng)價(jià)和鼓勵(lì)。

能源管理標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程工廠等單位的節(jié)能推廣體制、機(jī)構(gòu)圖廠長長副廠長節(jié)能委員會(huì)節(jié)能專門部會(huì)委員長：廠長副委員長：副廠長委員：總務(wù)部長：環(huán)境安全部長：工務(wù)部長：動(dòng)力部長：制造部長：生產(chǎn)管理部長部會(huì)長：生產(chǎn)管理部長：能源管理者：熱能管理員：電能管理員：工務(wù)課課長：環(huán)境

安全課課長：ＥＭＳ事務(wù)局：質(zhì)量管理課課長總務(wù)部生產(chǎn)管理部制造部工務(wù)部環(huán)境

安全部動(dòng)力部質(zhì)量管理部各課各課各課各課各課各課各課事例1.4本質(zhì)上存在用能三環(huán)節(jié)過程

（1）過程用能的主要形式是熱、流動(dòng)功和蒸汽，它們一般是通過轉(zhuǎn)換設(shè)備（如爐、機(jī)泵）等轉(zhuǎn)換過來的；（2）轉(zhuǎn)換設(shè)備提供的熱、功、蒸汽等形式的能量進(jìn)入工藝核心環(huán)節(jié)（塔、反應(yīng)器），連同回收循環(huán)能量一起推動(dòng)工藝過程完成后，除部分能量轉(zhuǎn)入到產(chǎn)品中外，其余均進(jìn)入能量回收系統(tǒng)；（3）能量在工藝核心環(huán)節(jié)完成其使命后，質(zhì)量下降，但仍具有較高的壓力和溫度，可以通過換熱設(shè)備、換功設(shè)備（液力透平）等回收利用。但受工程和經(jīng)濟(jì)條件約束，回收不能到底，最終通過冷卻、散熱等排棄到環(huán)境中。從三環(huán)節(jié)理論的節(jié)能：首先應(yīng)選用或改進(jìn)工藝過程，減少工藝用能；再考慮經(jīng)濟(jì)合理地回收；其不足部分再由轉(zhuǎn)換設(shè)備提供。1.5目前還存在較大的節(jié)能潛力裝置的節(jié)能潛力

先進(jìn)裝置與落后裝置的差距即是節(jié)能潛力.

裝置名稱國內(nèi)先進(jìn)國內(nèi)一般或平均國際先進(jìn)----------------------------------------------------------------------------------------------------

乙烯585750-800400-450

煉廠單因能耗11139.5-10

常減壓10.411.89.3(大連規(guī)劃)

餾分油催化475637(法國東日)

重油催化5568

延遲焦化2127

加氫裂化264638(全循環(huán)，規(guī)劃)-----------------------------------------------------------------------------------------------------系統(tǒng)存在更大的節(jié)能潛力相對(duì)來說，過程組合即系統(tǒng)節(jié)能的潛力更大。熱聯(lián)合蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)低溫余熱的回收和利用。

根據(jù)節(jié)能中心掌握的有關(guān)資料：目前對(duì)于30萬噸/年的乙烯裝置或500萬噸／年的煉油廠，設(shè)定投資回收期為２年時(shí)，年節(jié)能效益一般在5000萬元以上。對(duì)某3０0萬噸/年煉油廠所做的節(jié)能規(guī)劃，僅氣體分餾裝置和儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)用低溫余熱代替1.0Mpa蒸汽就達(dá)40t/h,年效益2500萬元。2.能耗計(jì)算與評(píng)價(jià)2.1能耗計(jì)算

（1）綜合能耗量綜合能耗量是統(tǒng)計(jì)對(duì)象(煉油裝置、輔助系統(tǒng)或全廠)在統(tǒng)計(jì)期內(nèi),消耗的各種能源的總和。其計(jì)算通式為：E=∑MiRi+Q式中：E—統(tǒng)計(jì)對(duì)象綜合能耗量，kg/年（月、季）；

Mi—某種能源或耗能工質(zhì)的實(shí)物消耗或輸出量，t（kWh）/年（月、季）；

Ri—對(duì)應(yīng)某種能源或耗能工質(zhì)的能量換算系數(shù)，kg/t（kWh）；

Q—與外界交換的有效能量折為一次能源的代數(shù)和，kg/年（月、季）。向統(tǒng)計(jì)對(duì)象輸入的實(shí)物消耗量和有效熱量計(jì)為正值，輸出時(shí)為負(fù)值。實(shí)際上，此式數(shù)據(jù)單位還有其它形式，如kg/h。有效熱量主要指不同統(tǒng)計(jì)對(duì)象之間的熱進(jìn)出料熱量、煙氣熱量和低溫余熱的回收利用。燃料消耗指生產(chǎn)過程消耗的各種燃料之和。如果原料或產(chǎn)品的一部分（如PSA尾氣、分餾塔頂油氣等）作為燃料提供能量，則必須計(jì)入能耗。

（2）單位綜合能耗

單位綜合能耗是統(tǒng)計(jì)對(duì)象在統(tǒng)計(jì)期內(nèi)，以單位原油、原料油加工量或產(chǎn)品產(chǎn)量所表示的能耗量。工藝裝置的單位綜合能耗的簡單叫法就是裝置能耗。單位綜合能耗的計(jì)算通式如下：e=E/G式中：e—統(tǒng)計(jì)對(duì)象的單位綜合能耗，kg/t；

E—統(tǒng)計(jì)對(duì)象綜合能耗量，kg/年（月、季）；

G—統(tǒng)計(jì)對(duì)象的原油加工量（或原料加工量、產(chǎn)品產(chǎn)量），t/年（月、季）。（3）能耗大小對(duì)比需要注意的問題

從能耗計(jì)算公式可以看出，能耗計(jì)算結(jié)果取決于計(jì)入能耗的能耗工質(zhì)種類與能量換算系數(shù)。不同的國家有不同的標(biāo)準(zhǔn)和方法，因此，不同國家之間的同類裝置、單元或全廠的實(shí)物消耗相同（國外，甚至一個(gè)公司有2種方法），但能耗可能差別較大，不能直接對(duì)比。從今年開始，國內(nèi)能耗對(duì)比時(shí)，將有三類不同的標(biāo)準(zhǔn)的能耗結(jié)果：（1）＜煉油廠能量消耗計(jì)算方法＞修訂前；（2）＜煉油廠能量消耗計(jì)算方法＞修訂后，從今年開始試運(yùn)行；（3）《石油化工設(shè)計(jì)能量消耗計(jì)算方法》SH/T3110-2001已于2002年5月1日開始執(zhí)行。（4）能耗計(jì)算例題設(shè)蠟油、頂循、柴油、油漿的比熱分別為0.55,0.6,0.55,0.7kcal/(kg.℃)，熱損失為5%。此題僅為說明能耗的計(jì)算，數(shù)值大小無意義。

能耗計(jì)算示例表2.2能耗評(píng)價(jià)2.2.1能耗評(píng)價(jià)指標(biāo)

工藝裝置：（1）單位進(jìn)料或產(chǎn)品的綜合能耗；（2）單位能量因數(shù)能耗（對(duì)聯(lián)合裝置）;（3）基準(zhǔn)能耗。

全廠：（1）加工每噸原油的綜合能耗；（2）單位能量因數(shù)能耗；（3）能源密度指數(shù)。

2.2.2單位能量因數(shù)能耗及能源密度指數(shù)

設(shè)一個(gè)煉油廠共有n套工藝裝置，同一時(shí)期的加工量分別為A1，A2...An;實(shí)際能耗(對(duì)各自裝置的進(jìn)料或產(chǎn)品)分別為E1,E2...En,評(píng)價(jià)體系中確定的每套裝置應(yīng)可達(dá)到的先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)能耗(國內(nèi)稱為能耗定額，下稱標(biāo)準(zhǔn)能耗)分別為C1,C2...Cn,其中只有編號(hào)為1的裝置為常減壓蒸餾裝置，相應(yīng)的加工量就是該煉油廠的原油加工量。則此煉油廠工藝裝置作為一個(gè)整體來講，單位能量因數(shù)能耗U的定義為：

上式中分母稱為能量因數(shù)，可以看出的是：其中的是該煉油廠應(yīng)達(dá)到的能源消耗總量，A1.C1是常減壓裝置應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)能源消耗量，二者的比值即能量因數(shù)，直接意義則是煉油廠應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)能源消耗總量折算成具有標(biāo)準(zhǔn)能耗的常減壓裝置的套數(shù)。由于在一定的評(píng)價(jià)體系中，標(biāo)準(zhǔn)能耗C1,C2……Cn是不變的，因此，能量因數(shù)就是標(biāo)準(zhǔn)能耗常減壓裝置的套數(shù)。顯然，高能耗的裝置琥多或加工流程越長，折成的常減壓裝置套數(shù)越多，所以是煉油廠加工復(fù)雜程度的體現(xiàn)。式(1)中的分子項(xiàng)是該煉油廠的單位綜合能耗，即加工每噸原油的綜合能源消耗量，除以能量因數(shù)后，就是單位能量因數(shù)能耗，意義就是標(biāo)準(zhǔn)能耗常減壓裝置的實(shí)際能耗。

2.2.3＜煉油廠能量消耗計(jì)算方法＞的修訂

主要修訂內(nèi)容（1）將現(xiàn)有的計(jì)算方法改為計(jì)算與評(píng)價(jià)方法，規(guī)定了全廠、煉油裝置和輔助系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

（2）對(duì)所有工藝裝置能耗定額修訂，補(bǔ)充了新型煉油工藝裝置的能耗定額;對(duì)輔助系統(tǒng)的能耗定額作了部分修訂。

（3）修改完善了統(tǒng)一能量換算系數(shù)，如燃料氣、電、催化焦炭、低溫余熱等。

（4）修訂了能耗計(jì)算中的有關(guān)規(guī)定，如能耗計(jì)算范圍。

修訂后最主要的影響：

工藝裝置能耗定額：修訂后的工藝裝置能耗大幅下降，劃分檔次更加合理，這將使單位能量因數(shù)能耗指標(biāo)的評(píng)價(jià)合理性大大增加，有助于挖掘節(jié)能潛力。

統(tǒng)一能量換算系數(shù)：主要修改了燃料氣、電、催化焦炭、低溫余熱的統(tǒng)一換算系數(shù)，這將對(duì)使用這幾種能耗工質(zhì)為主要消耗的裝置能耗帶來較大或很大的影響。

3.節(jié)能原理與方法3.1熱力學(xué)第一定律分析法3.2熱力學(xué)第二定律分析法3.3熱經(jīng)濟(jì)學(xué)3.4用能的本質(zhì)認(rèn)識(shí)3.5節(jié)能方法掌握節(jié)能原理科學(xué)找出節(jié)能潛力與部位制定節(jié)能措施的指導(dǎo)原則規(guī)劃長短期節(jié)能目標(biāo)不掌握節(jié)能原理提出不恰當(dāng)?shù)墓?jié)能指標(biāo)制定出不合理的節(jié)能決策批準(zhǔn)不合理的節(jié)能方案3.1第一定律分析法

熱力學(xué)第一定律即能量守恒定律：能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的量度，當(dāng)任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時(shí)，數(shù)量不變。該分析法得到了廣泛應(yīng)用，它主要是用熱效率的高低來估計(jì)節(jié)能潛力，熱效率越高說明節(jié)能潛力越大。能量平衡工作正是基于這一定律，把能量的來龍去脈搞清楚，確定多少能量被利用，多少能量損失掉。優(yōu)點(diǎn)：簡單直觀，容易理解和掌握，運(yùn)用得當(dāng)對(duì)節(jié)能工作能起到重要作用。缺點(diǎn)：由于它所依據(jù)的僅是能量數(shù)量上的守恒性，在挖掘節(jié)能潛力時(shí)有較大的局限性和不合理性。

3.2第二定律分析法

20世紀(jì)50年代以后，熱力學(xué)第二定律的理論開始在節(jié)能實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。它的表述方法很多，其中之一是：當(dāng)任何一種形式的能量被轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量時(shí)，其品位只可能降低或來變，絕不可能提高。這樣能量在數(shù)量的守恒性和質(zhì)量上的貶值性，就構(gòu)成了能量的全面本性。

現(xiàn)代節(jié)能原理是同時(shí)依據(jù)熱力學(xué)第一、第二定律，并通過直觀實(shí)用的方式，來體現(xiàn)能的全面本性，由此建立的節(jié)能理論和方法，稱為第二定律分析法。這種方法有兩大類，熵分析法和火用分析法。由于熵分析法比較抽象，不能評(píng)價(jià)能量的使用價(jià)值，且本身也不是一種能量，現(xiàn)在已被火用分析法取代。火用分析法認(rèn)為：能量=火用+火無

火用是這樣一種能，在給定環(huán)境的作用下，可以完全連續(xù)地轉(zhuǎn)化為任何一種其它形式的能量，而火無是一種不可能轉(zhuǎn)化的能量形式。

火用主要是針對(duì)熱提出的，即熱量中最大能轉(zhuǎn)化為功的部分。采用火用分析法，能從本質(zhì)上找出能量損失。3.3熱經(jīng)濟(jì)學(xué)20世紀(jì)60年代以來，在節(jié)能領(lǐng)域產(chǎn)生了將火用分析法與經(jīng)濟(jì)因素及優(yōu)化理論有機(jī)結(jié)合的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)，即除了研究體系與自然環(huán)境之間的相互作用外，還要研究一個(gè)體系內(nèi)部的經(jīng)濟(jì)參量與環(huán)境經(jīng)濟(jì)參量之間的相互作用。

一般來說，第一定律和第二定律分析法，在方案比較中僅能給出一個(gè)參考方向，而不能得出具體結(jié)論。而熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析法可以直接給出結(jié)果，這種方法特別適用于解決大型、復(fù)雜的能量系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)和優(yōu)化。

3.4用能的本質(zhì)認(rèn)識(shí)

按能量的作功能力，將其分為三大類：

高級(jí)能量：理論上可以完全轉(zhuǎn)化為功的能量，如機(jī)械功、電能、水能等；

低級(jí)能量：理論上不能全部轉(zhuǎn)化為功的能量，主要是熱能；

僵態(tài)能量：完全不能轉(zhuǎn)化為功的能量。

可逆過程是熱力學(xué)中的一種理想過程，在這個(gè)過程中，如為機(jī)械運(yùn)動(dòng)則沒有摩擦阻力，如為傳熱過程則沒有溫差，如對(duì)常減壓蒸餾裝置，如達(dá)到可逆過程，其能耗就可能僅為2~3的程度。因此可以看出：真正的可逆過程是不存在的，事實(shí)上，自然界的任何過程都不是可逆過程。節(jié)能工作就是要在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)合理?xiàng)l件下，接近可逆過程。

用能的本質(zhì)：大部分能量是過客；能量是完成過程中不發(fā)生化學(xué)變化的“催化劑”；能量是完成過程的推動(dòng)力。

3.5節(jié)能方法（1）使用用能量小的先進(jìn)工藝過程和高效設(shè)備；（2）減少過程。由于凡有過程，就有不可逆性，因此應(yīng)盡可能減少過程，減少不可逆性。如裝置之間的熱進(jìn)出料；從整個(gè)系統(tǒng)的角度使用能量，抓住優(yōu)化匹配的機(jī)會(huì)，減少不可逆性。（3）多次使用能量。如對(duì)傳熱過程，就是要減少傳熱溫差，目前的經(jīng)濟(jì)傳熱平均溫差（不包括加熱爐）已經(jīng)達(dá)到達(dá)20~30℃，隨著強(qiáng)化傳熱技術(shù)的發(fā)展，傳熱系數(shù)提高后，經(jīng)濟(jì)傳熱過程可能進(jìn)一步減小。煉油過程中，最常見最典型的過程為傳熱過程，各個(gè)裝置均有大量的換熱器。凡是傳熱溫差很大或較大的地方，也即是用不合理的地方。（4）高級(jí)高用，低能低用。燒開水的例子

將100kg水從15℃

加熱到100℃

，需能量8500kcal，按數(shù)量折為0.85kg標(biāo)油。（1）用電加熱：2.5kg標(biāo)油；（2）LPG加熱：1kg標(biāo)油；（3）用燃料發(fā)生中壓蒸汽，通過凝汽機(jī)的排汽加熱：0.7kg標(biāo)油。此時(shí)，所需的一次能源已小于水本身升溫所需的熱量0.85kg標(biāo)油。

減少過程節(jié)能的例子

某熱水泵房的改前流程為：來自自來水管網(wǎng)的水進(jìn)入緩沖罐后由泵升壓供出至工藝裝置換熱后至生活區(qū)。來自工藝裝置的熱媒水進(jìn)入緩沖罐后由泵升壓送至工藝裝置先換熱升溫后加熱新鮮水降溫后返回。由于設(shè)置了緩沖罐，并且加之原選用的泵揚(yáng)程較高(125m),需要開二臺(tái)75kW的泵。

改造后流程：來自自來水管見的新鮮水不進(jìn)緩沖罐直接(流量較小，大部分時(shí)間)或經(jīng)1臺(tái)15kW的管道泵至工藝裝置，基本減少了一臺(tái)75kW的泵電耗。來自工藝裝置的熱媒水也不進(jìn)入緩沖罐直接由1臺(tái)15kW的管道泵升壓送至工藝裝置。上述改造，投資僅3萬元，年節(jié)電費(fèi)用就達(dá)30多萬元。能量多次使用的例子

如有八個(gè)物理過程，分別從起始溫度加熱至終止溫度后，即需將熱量排掉，每個(gè)過程的需熱量為10kg標(biāo)油。（1）1200~1400℃

（2）800~1000℃（3）400~600℃（4）200~300℃（5）150~200℃（6）110~130℃（7）80~100℃（8）50~70℃如果每一個(gè)過程單獨(dú)進(jìn)行，至少需要8*10=80kg標(biāo)油。如果將前一個(gè)過程完成后的熱量回收用于下一個(gè)過程，則總需能量僅為10kg標(biāo)油，是單獨(dú)過程用能的八分之一。由此可以看出能量多次使用的本質(zhì)和系統(tǒng)優(yōu)化的極大優(yōu)越性。

如果真有上述好的條件，一定要抓住機(jī)會(huì)，充分利用；可能有類似上述的良好條件，但是隱蔽的，應(yīng)讓其顯露出來，并充分利用。（系統(tǒng)越大越復(fù)雜，則越接近優(yōu)化匹配的條件）

如果沒有這么多的溫度與負(fù)荷匹配良好的過程，要?jiǎng)?chuàng)造條件，創(chuàng)造過程（尤其是公用工程），使工藝過程之間及與公用工程之間實(shí)現(xiàn)良好的匹配。4.窄點(diǎn)技術(shù)4.1窄點(diǎn)技術(shù)的起源、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍4.2窄點(diǎn)技術(shù)的概念及術(shù)語4.3窄點(diǎn)技術(shù)超目標(biāo)方法4.4窄點(diǎn)設(shè)計(jì)法4.5公用工程能級(jí)優(yōu)選法4.6加熱爐在過程組合中的適宜布局4.7易污垢換熱的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)法4.8用于裝置改造4.9全廠性能量組合設(shè)計(jì)4.10例題4.1窄點(diǎn)技術(shù)的起源、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍窄點(diǎn)技術(shù)的原理1978年由英國曼徹斯特大學(xué)的B.Linnhoff教授提出，經(jīng)過多年的應(yīng)用研究，已成為過程工業(yè)節(jié)能的一種先進(jìn)且特別實(shí)用的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于煉油、石油化工、造紙、制藥等幾乎所有過程工業(yè)部門。據(jù)一項(xiàng)1994年的統(tǒng)計(jì)資料，窄點(diǎn)技術(shù)在全世界的工業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目在2500個(gè)以上。曾有人對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的評(píng)價(jià)是可以代替20年的的工程經(jīng)驗(yàn)，在最流行此技術(shù)的時(shí)候，世界上的一些大公司專門成立了窄點(diǎn)技術(shù)組，日本三菱化學(xué)公司曾專門請(qǐng)B.Linnhoff的博士進(jìn)行輔導(dǎo)學(xué)習(xí)和應(yīng)用。傳統(tǒng)方法及數(shù)學(xué)法的缺點(diǎn)：（1）第一定律：不能真正說明能量損失的原因；（2）第二定律：很抽象，實(shí)際過程中難以應(yīng)用；（3）純粹數(shù)學(xué)意義上的優(yōu)化，到目前還僅限于換熱物流數(shù)目較少的網(wǎng)絡(luò)，對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，數(shù)學(xué)方法還很不成熟，不僅經(jīng)常得不到答案，而且合成的網(wǎng)絡(luò)很復(fù)雜，難于實(shí)際應(yīng)用。窄點(diǎn)技術(shù)的顯著特點(diǎn)：簡單實(shí)用使用簡單的圖表加上一定的經(jīng)驗(yàn)即可對(duì)復(fù)雜的裝置和系統(tǒng)，同時(shí)優(yōu)化權(quán)衡能量與投資；特別強(qiáng)調(diào)技術(shù)人員對(duì)問題和目標(biāo)的理解，所有的決定由技術(shù)人員自己做出，因?yàn)榧夹g(shù)人員始終了解發(fā)生的所有事情。能在具體設(shè)計(jì)之前，就可提出很好的實(shí)用解決方案

窄點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展窄點(diǎn)技術(shù)主要是優(yōu)化廣義的換熱網(wǎng)絡(luò)，也即是以冷熱物流相聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，如裝置內(nèi)、裝置間及裝置與蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)的冷熱物流，當(dāng)然也包括加熱爐煙氣、熱機(jī)、熱泵等。據(jù)此，石化工業(yè)是窄點(diǎn)技術(shù)大有作為的一個(gè)工業(yè)。

窄點(diǎn)技術(shù)的發(fā)展主要在20世紀(jì)80~90年代，不僅可用于換熱網(wǎng)絡(luò)，也可用于水處理即水處理窄點(diǎn)方法，減少水耗。國內(nèi)窄點(diǎn)技術(shù)也得到了一些應(yīng)用，但還較少，有許多應(yīng)用，還僅限于窄點(diǎn)計(jì)算。應(yīng)該說明，國內(nèi)窄點(diǎn)技術(shù)的應(yīng)用還大有潛力可挖。4.2窄點(diǎn)技術(shù)的概念及術(shù)語冷熱綜合曲線窄點(diǎn)及意義窄點(diǎn)溫差吸熱部分放熱部分公用工程目標(biāo)解題表（或叫問題表格）

B.Linnhoff的解題表是窄點(diǎn)技術(shù)的基石。如下例：

窄點(diǎn)溫差選20℃

，熱公用工程目標(biāo)為107.5,冷公用工程目標(biāo)為40℃,窄點(diǎn)溫度為對(duì)應(yīng)SN3子網(wǎng)絡(luò)，即熱物流溫度為90℃

，冷物流溫度為70℃

。SN1子網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的溫度為：熱物流150~145℃

，冷物流僅125℃

；SN2子網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的溫度為：熱物流145~120℃

，冷物流125~120℃

；SN5子網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的溫度為：熱物流僅60℃

，冷物流為40~25℃

；SN6子網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的溫度為：熱物流僅60℃

，冷物流為25~20℃

。

總綜合曲線

總綜合曲線的兩個(gè)示例第一個(gè)圖形，窄點(diǎn)溫度180℃

，可發(fā)生低壓蒸汽及供出低溫余熱；第二個(gè)圖形，第一個(gè)窄點(diǎn)溫度260℃

，第二個(gè)窄點(diǎn)溫度120℃

，中間可發(fā)生中壓蒸汽，背壓發(fā)電后，再供出0.5Mpa蒸汽，利用中間富裕的溫差作功。

窄點(diǎn)技術(shù)中的金法則（1）不通過窄點(diǎn)傳遞熱量；（2）窄點(diǎn)以上吸熱部分不使用冷公用工程；（3）窄點(diǎn)以下放熱部分不使用熱公用工程。實(shí)際意義是：盡量使冷熱綜合曲線平行，溫差均衡分配，使在合理回收能量的前提下，使投資最小，實(shí)際上是節(jié)能基本原則的應(yīng)用。冷熱綜合曲線、解題表和總綜合曲線是來自于同一熱力學(xué)分析的三種表示方式，其中冷熱綜合曲線和總綜合曲線可以從解題表中的數(shù)據(jù)推出來。解題表易于尋找能量目標(biāo)和熱級(jí)流動(dòng)情況，冷熱綜合曲線更便于對(duì)窄點(diǎn)技術(shù)的基本概念進(jìn)行理解，而總綜合曲線特別適用于選擇公用工程的適當(dāng)配置方案。4．3窄點(diǎn)技術(shù)超目標(biāo)方法

確定了窄點(diǎn)溫差，就確定了冷、熱公用工程目標(biāo)，但窄點(diǎn)溫差如何在具體設(shè)計(jì)之前選??？因此窄點(diǎn)技術(shù)中發(fā)展出了一個(gè)超目標(biāo)方法，即在換熱網(wǎng)絡(luò)還沒有具體設(shè)計(jì)的情況下，運(yùn)用一些模型，優(yōu)化選取窄點(diǎn)溫差。假如把每一個(gè)窄點(diǎn)溫差下的換熱網(wǎng)絡(luò)都設(shè)計(jì)出來，而進(jìn)行選取，其工作量太大，工程上不實(shí)用，也沒有這個(gè)必要。

超目標(biāo)方法的實(shí)質(zhì)是利用冷熱綜合曲線的“垂直換熱”傳熱面積模型、殼程數(shù)模型以及泵功模型，預(yù)測(cè)每一個(gè)窄點(diǎn)溫差情況下的最小傳熱面積、最小殼程數(shù)，從而預(yù)測(cè)出投資，當(dāng)然選取一個(gè)窄點(diǎn)溫差，就可確定了冷熱工程目標(biāo)，也就可以確定能耗費(fèi)用。綜合選取年操作費(fèi)用最低的窄點(diǎn)溫差即為優(yōu)化值。

4．4窄點(diǎn)設(shè)計(jì)法

老式設(shè)計(jì)法

在窄點(diǎn)設(shè)計(jì)法中，核心的問題是窄點(diǎn)處的換熱匹配，即不使熱量傳遞通過窄點(diǎn)，以免造成冷熱公用工程目標(biāo)的增大。窄點(diǎn)設(shè)計(jì)法主要包括以下五個(gè)步驟：（1）將換熱網(wǎng)絡(luò)由窄點(diǎn)分成兩個(gè)分離網(wǎng)絡(luò)；（2）這兩個(gè)分離網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)由窄點(diǎn)處開始往窄點(diǎn)換熱器以遠(yuǎn)發(fā)展，主要的窄點(diǎn)匹配方案以及是否或如何進(jìn)行物流分流，應(yīng)用可行性準(zhǔn)則來確定（物流數(shù)包括分流準(zhǔn)則、熱容流率不等式約束準(zhǔn)則、熱容流率差準(zhǔn)則）；（3）當(dāng)窄點(diǎn)處存在可挑選的方案時(shí)，設(shè)計(jì)者根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)確定；（4）窄點(diǎn)換熱器的熱負(fù)荷取決于消去探試法。當(dāng)有問題時(shí)，如增加公用工程用量或?qū)е路钦c(diǎn)換熱器的溫差不足時(shí)，可在窄點(diǎn)處選用其它方案或降低熱負(fù)荷；（5）非窄點(diǎn)換熱器的匹配往往是自由匹配，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定所希望的匹配。新式設(shè)計(jì)法實(shí)際上，這種老式的窄點(diǎn)設(shè)計(jì)法比較機(jī)械，設(shè)計(jì)出的換熱網(wǎng)絡(luò)也比較復(fù)雜。為此后來發(fā)展出了雙溫差設(shè)計(jì)法，即確定冷熱公用工程目標(biāo)時(shí)，用一個(gè)窄點(diǎn)溫差，也稱為熱回收窄點(diǎn)PTD（如20℃

）。而在實(shí)際設(shè)計(jì)換熱器時(shí)，選取較小的一個(gè)傳熱溫差別值（如10℃），這樣設(shè)計(jì)出的換熱網(wǎng)絡(luò)比較簡單實(shí)用。而且一般設(shè)計(jì)時(shí)，也不是從窄點(diǎn)處分開，而是在確定冷熱公用工程目標(biāo)后，直接從吸熱部的最高溫度開始匹配。4．5公用工程能級(jí)優(yōu)選法

對(duì)大多數(shù)工藝過程來說，為了滿足它在窄點(diǎn)以上的熱量需求，通常要對(duì)不同的熱公用工程系統(tǒng)進(jìn)行選擇。而對(duì)窄點(diǎn)以下的子系統(tǒng)，要盡量將其有效熱量作熱源用來產(chǎn)生低壓蒸汽、預(yù)熱空氣和鍋爐給水以及產(chǎn)生低溫余熱等，最后再將剩余熱量排放到冷卻水或空氣中。

熱機(jī)、熱泵的位置熱機(jī)的位置：不能跨越窄點(diǎn)，應(yīng)放于窄點(diǎn)之上，或窄點(diǎn)之下；熱泵的位置：應(yīng)跨越窄點(diǎn)但由于熱泵能提高的溫度不是很高，只有對(duì)前圖中的溫度提高不大的情況下才能適應(yīng)。

4．6加熱爐在過程組合中的適宜布局

（1）加熱爐煙氣溫焓模型傳統(tǒng)的過程設(shè)計(jì)中，加熱爐的設(shè)計(jì)僅僅是為了滿足工藝負(fù)荷的要求，在有剩余煙氣余熱的情況下用于空氣預(yù)熱和鍋爐給水預(yù)熱等。加爐爐的傳熱一般分為輻射和對(duì)流兩段。輻射段溫度驅(qū)動(dòng)力不是設(shè)計(jì)需考慮的主要因素。而在對(duì)流段由于煙氣溫度要低得多，所以爐管傳熱面積可按煙氣和工藝物流間的溫差驅(qū)動(dòng)力來確定。加熱爐的溫焓曲線可簡化為一條直線，煙氣可以恒定熱容流率（質(zhì)量流率與比熱容的乘積）表示，使之從理論火焰溫度冷卻至大氣溫度T0。雖然實(shí)際上達(dá)不到理論火焰溫度且煙氣熱容是溫度的函數(shù)，但為了說明問題方便，仍可以此溫度作為煙氣溫度溫焓線的參考起始點(diǎn)，并可以得到較為正確的結(jié)果，因?yàn)樵趯?duì)流段的較低溫度區(qū)間內(nèi)，煙氣的熱容隨溫度的變化很小。

將煙氣溫焓線和過程總綜合曲線畫在一起，就可以確定最小燃料耗量。這是在工藝過程設(shè)計(jì)和加熱爐設(shè)計(jì)之前就可以獲得目標(biāo)燃料耗量的方法，即不需知道爐管根數(shù)、管徑及其出入爐溫度和其它參數(shù)。

（2）傳統(tǒng)的空氣預(yù)熱方法

習(xí)慣上總是認(rèn)為增加空氣預(yù)熱可以提高加熱爐效率和降低燃料耗量。如下圖所示可以看出其影響。圖中不帶煙氣預(yù)熱的煙氣溫焓線以虛線表示，而空氣對(duì)燃料比率保持不變的帶空氣預(yù)熱的煙氣線以實(shí)線表示，顯然空氣預(yù)熱后理論火焰溫度上升，其結(jié)果是煙氣線的斜率變陡了，導(dǎo)致煙氣從煙囪排棄的熱損失降低，降低的燃料耗量熱值相當(dāng)于助燃空氣所獲得的熱量。如右圖所示：工藝過程所需的最低供熱量為Qhmin，當(dāng)窄點(diǎn)溫差為50℃時(shí)是1300kW，窄點(diǎn)溫度為400℃（煙氣窄點(diǎn)溫度為425℃，工藝?yán)淞髡c(diǎn)溫度為375℃）。如不用空氣預(yù)熱則理論火焰溫度為1500℃。

如尾端煙氣在熱流窄點(diǎn)溫度下離開加熱爐時(shí)，所需燃料為：

燃料=Qhmin+(煙氣窄點(diǎn)溫度－T0)*煙氣熱容流率＝1790kW然而，425℃

的煙氣是足以用來預(yù)熱空氣的，設(shè)最小允許離開煙囪的煙氣溫度為200℃，則最高空氣預(yù)熱溫度是270℃

。這時(shí)新的理論火焰溫度為1725℃

，并可計(jì)算出新的燃料耗量：燃料＝Ｑhmin+(200-T0)*煙氣熱容流率=1480kW

所以助燃空氣預(yù)熱可節(jié)省燃料17%。以上是有傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的優(yōu)化結(jié)果，煙氣流率和煙囪排棄溫度已經(jīng)是最低了，似乎沒有改進(jìn)的余地了。（3）用窄點(diǎn)技術(shù)考慮的空氣預(yù)熱

如果把工藝過程和加熱爐作為一個(gè)整體來考慮，預(yù)熱空氣就意味著引入了一股以前沒有考慮的冷物流，根據(jù)窄點(diǎn)金法則，引入冷物流只有當(dāng)其溫度低于窄點(diǎn)時(shí)才是有效的，因?yàn)樗黾恿说陀谡c(diǎn)部分的冷物流熱量從而有助于降低冷公用工程（如冷卻水）。同時(shí)窄點(diǎn)金法則也告訴我們：最大的空氣預(yù)熱溫度應(yīng)該等于冷流的窄點(diǎn)溫度。如果空氣和燃料的預(yù)熱需要QR的熱量，則工藝過程所消耗的冷公用工程量也下降QR，但更重要的是燃料耗量也按下式降低了（即燃料量等于煙氣放熱量減去空氣和燃料的預(yù)熱量）。燃料=Qhmin+(TPH-T0)*Cp煙氣-（TPC-T0）*（Cp空氣+Cp燃料）由于Cp煙氣=Cp空氣+Cp燃料燃料=Qhmin+（TPH-TPC）*Cp煙氣也即

燃料=Qhmin+窄點(diǎn)溫差*Cp煙氣

(1)如果燃料不預(yù)熱或沒有預(yù)熱到窄點(diǎn)溫度，則上式做如下修改：燃料=Qhmin+窄點(diǎn)溫差*Cp煙氣+Cp燃料*（TPC–T燃料）(1a)TPH------熱物流窄點(diǎn)溫度TPC------冷物流窄點(diǎn)溫度T燃料------燃料溫度以上述公式為前提的結(jié)果令人吃驚，因?yàn)楫?dāng)窄點(diǎn)溫差為0且燃料又完全預(yù)熱的話，可以得到燃料量等于最小熱公用工程Qhmin，即可以得到100%的加熱爐效率。即使窄點(diǎn)溫差在合理的范圍內(nèi)，且假定燃料不預(yù)熱，也可以算出很高的加熱爐效率。用公式（1a）可以計(jì)算得出這時(shí)的燃料是1379kW，而用傳統(tǒng)優(yōu)化方法所得到的燃料是1480kW，其差別主要在于加熱爐和過程是否組合在一起考慮。傳統(tǒng)的方法中，空氣預(yù)熱溫度只能加熱到270℃

，而冷流窄點(diǎn)溫度卻是375℃

。通過上圖中總綜合曲線可以清楚看出：低于窄點(diǎn)溫度處尚有多余的工藝過程熱量可利用，就可把空氣預(yù)熱到375℃

，燃料耗量降到1379kW,進(jìn)一步降低了6%的燃料消耗。這時(shí)燃料耗量才真正降到最低值了。應(yīng)注意的是：加熱爐效率是不可能等于100%的，之所以出現(xiàn)前面的結(jié)果是因?yàn)椋嚎諝忸A(yù)熱的一部分熱量是由工藝過程物流提供的。

4．7易污垢換熱的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)法

對(duì)待污垢的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法很簡單，就是增大易導(dǎo)致結(jié)垢換熱器的傳熱面積。而發(fā)展的窄點(diǎn)技術(shù)中，則推薦相反的方法，減少易導(dǎo)致結(jié)垢換熱器的傳熱面積，而增大其下游的不易結(jié)垢的傳熱面積。

某換熱網(wǎng)絡(luò)見下圖：物流3在溫度超過125℃以后就易結(jié)垢，結(jié)垢趨勢(shì)是典型的漸近線型，即在6個(gè)月后（裝置操作周期為12個(gè)月）達(dá)到最高峰后就平緩了。換1總傳熱系數(shù)是120W/m2.K，操作6個(gè)月后降至81W/m2.K。裝置的要求是：物流1和2的終溫并不嚴(yán)格，而物流3、4的終溫則必須滿足要求。所以不管有無結(jié)垢，物流3的終溫必須是17℃。利用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，則換1需增加148M2的傳熱面積，且為確保裝置正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在換1增設(shè)旁路，流經(jīng)旁路的流量應(yīng)隨換1結(jié)垢的嚴(yán)重逐步減少，直到6個(gè)月后把旁路關(guān)死。裝置能耗在運(yùn)轉(zhuǎn)期間維持在1850kW。。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)法的缺點(diǎn)：

（1）增加面積的利用率低，投資沒有充分利用。另一個(gè)可能方案是在換1后增設(shè)一臺(tái)加熱器，但這樣不僅設(shè)備利用率低，而且還增加了能耗。（2）增加面積的換熱器的布局不好。在換熱網(wǎng)絡(luò)不同換熱器中增加面積的成本效益是不同的。如將增加的面積放在較好布局中將有利于投資的回收。（3）設(shè)計(jì)安全系數(shù)過大往往會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)垢。因?yàn)檫x用大富裕量換熱器或使用旁路時(shí)，通過換熱器的物流流速會(huì)降低，污垢加快，膜傳熱系數(shù)降低以致影響管壁溫度，而壁溫度又對(duì)結(jié)垢有較大影響。（4）結(jié)垢后往往在裝置繼續(xù)操作的同時(shí)，必須把換熱器切除負(fù)荷進(jìn)行清洗，這時(shí)設(shè)備沒有被利用。新方案及優(yōu)點(diǎn)

新方案：由于換熱網(wǎng)絡(luò)特有的靈敏性能，即在一個(gè)地方增加額外傳熱面積會(huì)促使該換熱器物流溫度變化而進(jìn)一步影響到其它物流溫度變化，可在網(wǎng)絡(luò)中不產(chǎn)生污垢或污垢較少的地方增加額外面積以解決結(jié)垢問題。因此推薦的方案是加大不結(jié)垢的換3面積。計(jì)算結(jié)果表明：換3增加不大于103M2的面積完全可以補(bǔ)償換1結(jié)垢的影響。換3增加的面積比原方案少30%，該方案的另一優(yōu)點(diǎn)是：加大換3換熱量后，換1負(fù)荷降低，換2負(fù)荷增大而使物流4的加熱器負(fù)荷下降，從而減少熱公用工程量15%。

新方案優(yōu)點(diǎn)如下：（1）額外增加面積的利用率高；（2）額外增加面積不僅得到了充分利用，而且還降低了能耗；（3）不會(huì)加速結(jié)垢；（4）不存在清洗問題。4．8用于裝置改造裝置改造有它的特殊性，與新設(shè)計(jì)有較大的不同。（1）改造設(shè)計(jì)的窄點(diǎn)技術(shù)導(dǎo)則工藝過程的物料平衡和能量平衡是換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)依據(jù)，而工藝參數(shù)的改變可以作為改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的輔助手段。操作參數(shù)的改變很多，如反應(yīng)器的轉(zhuǎn)化深度，蒸發(fā)段數(shù)及壓力溫度、分餾塔壓力及回流比、中段回流流率及返塔溫度、進(jìn)料汽化壓力等。根據(jù)窄點(diǎn)技術(shù)的金法則，可以總結(jié)以下技術(shù)導(dǎo)則：（a）增加高于窄點(diǎn)溫度的熱流負(fù)荷；（b）降低高于窄點(diǎn)溫度的冷流負(fù)荷；（c）降低低于窄點(diǎn)溫度的熱流負(fù)荷；（d）增加低于窄點(diǎn)溫度的冷流負(fù)荷。簡單地講，就是盡量提高熱流溫度，盡量降低冷流溫度。(2)改造設(shè)計(jì)的目標(biāo)途徑

在新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，各溫段間的匹配基本是垂直匹配，相當(dāng)于各臺(tái)換熱器均系純逆流傳熱，所以總傳熱面積是最小的（見下圖）。對(duì)裝置換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造是因?yàn)椋皇窃S多物流跨越了窄點(diǎn)造成冷熱公用工程目標(biāo)較大，另一個(gè)是有許多物流錯(cuò)流換熱，造成傳熱面積較大。

長的曲線是新設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)不同傳熱面積與能量目標(biāo)的關(guān)系，其中B點(diǎn)是優(yōu)化點(diǎn)。目前換熱網(wǎng)絡(luò)處于X點(diǎn)，即這時(shí)的能量目標(biāo)比優(yōu)化點(diǎn)B大，而且傳熱面積也很大，即以X的傳熱面積應(yīng)該達(dá)到A的能量目標(biāo)。裝置改造時(shí)，不可能廢棄已有的網(wǎng)絡(luò)，因此應(yīng)該沿差小的曲線進(jìn)行改造。即增加一定的傳熱面積，而使能量目標(biāo)降低。（3）改造設(shè)計(jì)步驟（a）鑒別有無錯(cuò)流匹配的換熱器存在；（b）消除跨越窄點(diǎn)的換熱器；（c）完成網(wǎng)絡(luò)，確定新?lián)Q熱器；（d）網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)。4．9全廠性能量組合設(shè)計(jì)某個(gè)裝置的優(yōu)化與多裝置相互之間及其系統(tǒng)的大優(yōu)化有很大的不同，系統(tǒng)越復(fù)雜越大，系統(tǒng)優(yōu)化的潛力就越大，因?yàn)檫@是優(yōu)化匹配的機(jī)會(huì)大大增加了。同時(shí)對(duì)多個(gè)工藝裝置及輔助系統(tǒng)尤其是蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用總綜合曲線，進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化?？梢詫?zhǔn)備進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化體系內(nèi)的所有單元的各自總綜合曲線集合畫成一條全局綜合曲線，可以方便地選擇合適的公用工程方案或改造方案。日本三菱化學(xué)公司曾對(duì)其所屬工廠的7個(gè)裝置和系統(tǒng)，使用總綜合曲線的辦法，對(duì)擴(kuò)能改造方案進(jìn)行優(yōu)化。按照傳統(tǒng)的方法是增加公用工程系統(tǒng)能力，使用窄點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化方法后，通過對(duì)有關(guān)工藝裝置參數(shù)的調(diào)整，利用系統(tǒng)本需冷卻的余熱產(chǎn)生達(dá)120t/h的低壓蒸汽，而同時(shí)又可滿足加熱需求。某個(gè)裝置的優(yōu)化與多裝置相互之間及其系統(tǒng)的大優(yōu)化有很大全局綜合曲線的作法：（1）對(duì)每一個(gè)單元總綜合曲線中的非單調(diào)的部分（也即口袋），首先用垂直線進(jìn)行“封閉”；（2）之后，如虛線所示，將熱阱曲線向上平移窄點(diǎn)溫差的二分之一，熱源曲線向下平移窄點(diǎn)溫差的二分之一。（3）將多個(gè)單元修正后的總綜合曲線，分別將熱源、熱阱曲線相加合并成全局熱源綜合曲線、全局熱阱綜合曲線。全局綜合曲線的用法（以上頁中圖為例）：（1）在熱源綜合曲線上，盡可能產(chǎn)高等級(jí)蒸汽（或較高溫度的媒介物流）。因此應(yīng)首先產(chǎn)BD段熱量的中壓蒸汽，再產(chǎn)AC段熱量的低壓蒸汽；（2）在熱阱綜合曲線上，盡可能使用低等級(jí)蒸汽（或較低溫度的媒介物流）。因此應(yīng)首先使用AC段熱量的低壓蒸汽，再使用BD段熱量的中壓蒸汽；由于AC＞EG，所以產(chǎn)生的低壓蒸汽將有剩余；由于BD＜FL，所以工藝物流產(chǎn)生的中壓蒸汽不夠。若需外部提供，則提供HL段質(zhì)量的中壓蒸汽（FH＝BD，即FH段由工藝物流產(chǎn)生的中壓蒸汽提供），KJ段熱量則由加熱爐提供。

4．10

例題某1.4Mt/a催化裂化換熱物流數(shù)據(jù)

現(xiàn)狀的窄點(diǎn)分析

在現(xiàn)有的換熱網(wǎng)絡(luò)中，使用除氧水103.5t/h，產(chǎn)生3.5Mpa的中壓蒸汽102t/h。其中解吸塔底重沸物流由1.0MPa的低壓蒸汽14.6t/h作熱源。104℃的除氧水103.5t/h在余熱鍋爐中由再生煙氣加熱至196℃后，2.5t/h與再生煙氣換熱產(chǎn)生飽和蒸汽，101t/h至外取器、油漿蒸汽發(fā)生器和二中蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生飽和蒸汽。所產(chǎn)的飽和蒸汽中，其中82t/h在余熱鍋爐中過熱，另20t/h在內(nèi)取熱器中過熱。單獨(dú)對(duì)現(xiàn)狀的分餾與吸收穩(wěn)定換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行窄點(diǎn)計(jì)算后，窄點(diǎn)溫差為43℃，有兩個(gè)窄點(diǎn)，窄點(diǎn)溫度分別為120,277℃，不包括冷公用工程的換熱區(qū)（下稱換熱區(qū)）平均傳熱溫差為64.3℃，冷公用工程為44.2MW。從總綜合曲線上初看，似乎現(xiàn)狀換熱網(wǎng)絡(luò)的安排是合理的。但從窄點(diǎn)溫差與平均傳熱溫差這兩個(gè)反映投資與節(jié)能的指標(biāo)來看，此換熱網(wǎng)絡(luò)是不經(jīng)濟(jì)的。已經(jīng)知道：對(duì)大型石化裝置使用窄點(diǎn)優(yōu)化分析后，窄點(diǎn)溫差一般在18~25℃,平均傳熱溫差為35~40℃?，F(xiàn)狀換熱網(wǎng)絡(luò)的這兩項(xiàng)指標(biāo)明顯太大，存在較大的節(jié)能潛力。

分餾與吸收穩(wěn)定換熱物流的現(xiàn)狀總綜合曲線

如果直接用換熱網(wǎng)絡(luò)合成優(yōu)化的方法，由于涉及2個(gè)換熱網(wǎng)絡(luò)的20多條物流，可能需要幾天甚至更長時(shí)間才能確定方案，而通過窄點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果，所需要時(shí)間不超過半天。

改造方案1----多產(chǎn)中壓蒸汽

窄點(diǎn)溫差降到20.8℃,窄點(diǎn)溫度為158.4℃,平均傳熱溫差為43℃（不包括冷卻范圍），冷公用工程目標(biāo)降至38.6MW，降低率為12.7%。多產(chǎn)中壓蒸汽6.7t/h，增加了6.6%。分餾與吸收穩(wěn)定的換熱網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)后的總綜合曲線與現(xiàn)狀對(duì)比見下圖?？梢钥闯觯焊倪M(jìn)后，傳熱溫差明顯降低，產(chǎn)汽量增大，冷卻負(fù)荷減少。

與現(xiàn)狀方案相比，換熱區(qū)傳熱面積增大2970m2，投資增大約300萬元，多產(chǎn)的中壓蒸汽年效益約536萬元，增加的投資半年即可收回，年節(jié)能量為4200噸標(biāo)油。

改造方案2----發(fā)生高壓蒸汽

以多產(chǎn)中壓蒸汽方案為基礎(chǔ)，保持冷卻目標(biāo)不變。在分餾與吸收穩(wěn)定的換熱網(wǎng)絡(luò)中（包括外取熱器物流），窄點(diǎn)溫差為19.2℃,窄點(diǎn)溫度為158℃，平均傳熱溫差為45℃（不包括冷卻與外取熱器）。共產(chǎn)生90.8t/h高壓蒸汽，與多產(chǎn)中壓蒸汽改進(jìn)方案相比，少產(chǎn)3.5MPa中壓蒸汽17.9t/h。由于窄點(diǎn)溫度上移，故將解吸塔底重沸器熱量8398KW，原由1.0MPa蒸汽(14.6t/h)供給，現(xiàn)改由過程物流供給。故可少用1.0MPa蒸汽14.6t/h。

高壓蒸汽背壓到3.5MPa，可凈多發(fā)電3850kW。此方案與多產(chǎn)中壓蒸汽的改進(jìn)方案相比，可進(jìn)一步年節(jié)能5460噸標(biāo)油。

5.能量平衡5.1企業(yè)開展能量平衡的主要目的

（1)摸清企業(yè)的用能現(xiàn)狀；（2)分析企業(yè)及產(chǎn)品的用能水平；（3)摸清主要用能設(shè)備和工藝裝置的效率指標(biāo)、企業(yè)的能源利用率、能量利用率；（4)查清企業(yè)余熱資源和回收利用情況；（5)找出能量損失的原因、潛力，明確節(jié)能途徑，為節(jié)能規(guī)劃和節(jié)能改造提供依據(jù)。（6)能量平衡最好由企業(yè)自身來搞，培養(yǎng)出能搞清能量的來龍去脈的隊(duì)伍，便于開展經(jīng)常性的節(jié)能工作，容易使節(jié)能管理工作落到實(shí)處。

5．2企業(yè)能量平衡的方法均采用測(cè)試計(jì)算與統(tǒng)計(jì)計(jì)算相結(jié)合的方法。測(cè)試計(jì)算反映測(cè)試狀況下的能耗水平，而統(tǒng)計(jì)計(jì)算反映實(shí)際平均水平。企業(yè)能量平衡是一項(xiàng)技術(shù)性強(qiáng)、涉及面廣、工作量很大的一項(xiàng)工作，工作周期較長，除了領(lǐng)導(dǎo)重視、技術(shù)力量充足、測(cè)試手段完善之外，掌握正確的測(cè)試方法非常重要。（1）測(cè)算結(jié)合，以測(cè)為主對(duì)企業(yè)進(jìn)行能量平衡主要靠測(cè)試，必須以測(cè)為主，不能以計(jì)算代替測(cè)試。某些設(shè)備或數(shù)據(jù)的可測(cè)性是能量平衡現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的一大難點(diǎn)。因此在制定能量平衡工作大綱時(shí)，必須充分考慮可測(cè)量性的問題。對(duì)于重點(diǎn)設(shè)備、重點(diǎn)參數(shù)，要采取各種直接或間接的方法盡可能做到實(shí)測(cè)；而對(duì)于一般情況，測(cè)試大困難時(shí)，則采用根據(jù)日常生產(chǎn)數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行推算。尤其對(duì)重點(diǎn)參數(shù)，還應(yīng)采用多種估算方法進(jìn)行校核性結(jié)算，以提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性。能量平衡測(cè)試并不是要對(duì)企業(yè)的所有設(shè)備和裝置都完全地進(jìn)行實(shí)測(cè)，應(yīng)該選擇主要耗能設(shè)備進(jìn)行實(shí)測(cè)，其它則只進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。（2）先易后難，掌握步驟企業(yè)能量平衡工作涉及面寬，設(shè)備與裝置多樣。簡單的設(shè)備測(cè)試的數(shù)據(jù)比較少，容易掌握。因此開展能平工作時(shí)，應(yīng)先從簡單設(shè)備和裝置開始，掌握原則，“練好兵”。（3）正反結(jié)合，抓住重點(diǎn)對(duì)設(shè)備的能量平衡測(cè)試原則上應(yīng)同時(shí)采用效率直接測(cè)定法（正平衡法）與效率間接測(cè)定法（反平衡法），并確定其中一種方法為主要方法。如對(duì)鍋爐，規(guī)定必須同時(shí)使用正反平衡法，且正平衡法為主，反平衡法為校核方法。需要注意的是：兩種方法的測(cè)試條件與結(jié)果的偏差，應(yīng)根據(jù)有關(guān)設(shè)備及其標(biāo)準(zhǔn)作出明確的規(guī)定。在實(shí)際能量平衡測(cè)試中，對(duì)一般用能較少設(shè)備，可只進(jìn)行正平衡測(cè)試。（4）分批測(cè)試，統(tǒng)一計(jì)算對(duì)于大型復(fù)雜的企業(yè)，在同一個(gè)時(shí)間對(duì)所有設(shè)備和裝置統(tǒng)一測(cè)試是不可能的，因此應(yīng)對(duì)所有測(cè)試設(shè)備分類，按先易后難原則分批測(cè)試。但應(yīng)特別注意的問題是：測(cè)試應(yīng)選在正常生產(chǎn)運(yùn)行，原料與產(chǎn)品性質(zhì)、產(chǎn)品方案及操作參數(shù)有代表性的條件下進(jìn)行。而且整個(gè)企業(yè)的測(cè)試階段不宜拖得太長，以避免測(cè)試數(shù)據(jù)與統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)嚴(yán)重脫節(jié)的現(xiàn)象。全企業(yè)能量平衡測(cè)試完成后，再進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，統(tǒng)一計(jì)算，以避免先后計(jì)算口徑的不一致。5．3能量平衡工作步驟

一般分為以下6個(gè)步驟。

（1）組織準(zhǔn)備工作開展培訓(xùn)教育工作，建立企業(yè)能量平衡工作領(lǐng)導(dǎo)小組（全面組織、協(xié)調(diào)，合理安排生產(chǎn)，推進(jìn)實(shí)施能量平衡結(jié)果后的成果實(shí)施）、工作小組（實(shí)施機(jī)構(gòu)）和有關(guān)專業(yè)測(cè)試小組，明確職責(zé)。收集主要耗能設(shè)備的設(shè)計(jì)與運(yùn)行技術(shù)參數(shù)、以及測(cè)試統(tǒng)計(jì)期（截止到能平結(jié)束，向前追溯一個(gè)整年度）的主要產(chǎn)品品種及數(shù)量、能源消耗量。做好計(jì)量準(zhǔn)備工作，配備、完善（校核）測(cè)試儀器，以及現(xiàn)場(chǎng)采樣點(diǎn)、測(cè)試點(diǎn)的準(zhǔn)備。（2）制定能量平衡測(cè)試方案

確定加工的原料與產(chǎn)品、處理量，需要遵守的標(biāo)準(zhǔn)和原則，哪些設(shè)備與裝置是需要測(cè)試的，測(cè)試時(shí)間與進(jìn)度（石化企業(yè)一般能量平衡測(cè)試要求在二個(gè)月內(nèi)完成），測(cè)試體系的劃分，

有關(guān)基準(zhǔn)（基準(zhǔn)溫度）、數(shù)據(jù)單位（包括絕壓、表壓）的統(tǒng)一、能量平衡采用的計(jì)算公式的確定。人為地單獨(dú)劃分出來作為研究分析的對(duì)象稱為體系，體系具有一定的空間和邊界。企業(yè)能量平衡中的體系可以劃分為設(shè)備能量平衡體系、主要生產(chǎn)車間（工藝裝置）能量平衡體系、企業(yè)能量平衡體系。也可以根據(jù)能源品種劃分為蒸汽平衡體系、電能平衡體系、燃料平衡體系和水平衡體系等。體系的邊界必須明確，并且符合能量平衡工作目標(biāo)的要求，使測(cè)試方便。隨著測(cè)試體系的確定，被測(cè)設(shè)備、測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)點(diǎn)布置、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算方法才能確定。計(jì)算方法需首先確定，是因?yàn)椴煌挠?jì)算方法需要的測(cè)試數(shù)據(jù)不同。

（3）能量平衡測(cè)試實(shí)施

首先消除被測(cè)設(shè)備體系的明顯缺陷（操作及管理上的缺陷、設(shè)備本體、監(jiān)控儀表、輔助設(shè)施的缺陷，是否存在明顯的偶然性能源浪費(fèi)現(xiàn)象）；根據(jù)設(shè)備測(cè)試計(jì)算表，制作原始記錄表，包括測(cè)試時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境狀態(tài)、設(shè)備名稱、型號(hào)、測(cè)點(diǎn)位置、測(cè)試儀表、采集次數(shù)、時(shí)間間隔、樣品編號(hào)、生產(chǎn)產(chǎn)品的名稱及性能參數(shù)、測(cè)試人及記錄人等。在最后的測(cè)試過程中，應(yīng)統(tǒng)一指揮，分工負(fù)責(zé)，盡量保證測(cè)試開始、結(jié)束時(shí)間、數(shù)據(jù)記錄時(shí)間及間隔