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天然氣回收裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)探索論文
脫乙烷塔底部使用獨(dú)立的再沸器,并使用236℃的貧氨液熱劑,使塔底溫度保持110℃,以滿(mǎn)足丙烷產(chǎn)品中對(duì)乙烷含量的要求。④脫丙烷塔工段脫乙烷塔底物流流入脫丙烷塔,氣相上行從塔頂流出進(jìn)入空氣冷卻器。全部冷凝液經(jīng)接收器后一部分回流,另一部分作為丙烷產(chǎn)品經(jīng)水冷器冷卻至38℃后進(jìn)入儲(chǔ)罐。脫丙烷塔底部使用獨(dú)立的再沸器,并使用236℃的貧氨液熱劑,使塔底溫度保持136℃,以滿(mǎn)足丁烷產(chǎn)品中對(duì)丙烷含量的要求。⑤脫丁烷塔工段脫丙烷塔底物流和預(yù)處理殘油混合流入脫丁烷塔,氣相上行從塔頂流出進(jìn)入空氣冷卻器,全部冷凝液經(jīng)接收器后一部分回流,另一部分作為丁烷產(chǎn)品經(jīng)水冷器冷卻至38℃后進(jìn)入儲(chǔ)罐。脫丁烷塔底部使用獨(dú)立的再沸器,并使用236℃的貧氨液熱劑,使塔底溫度保持130℃,以滿(mǎn)足輕油產(chǎn)品中丁烷的含量要求。塔底輕油產(chǎn)品經(jīng)空氣冷卻器冷卻至50℃,進(jìn)入儲(chǔ)罐。
換熱網(wǎng)絡(luò)用能分析
物料流的熱焓值均為相對(duì)于該物料流初始溫度時(shí)的熱焓值,熱焓用兆瓦(MW)表示,熱容流率以兆瓦/攝氏度(MW/℃)表示。原換熱網(wǎng)絡(luò)換熱網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格圖可以清晰、方便地表示和設(shè)計(jì)過(guò)程工業(yè)的換熱網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)過(guò)程(天然氣回收裝置)換熱網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格圖。每一條水平線(xiàn)代表一股物料流,箭頭指向右端的是熱流,指向左端的是冷流;水平線(xiàn)左邊是物料流編號(hào)(其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1);圖示左端是高溫區(qū),右端是低溫區(qū),箭頭起始端的溫度是物料流的供應(yīng)溫度,箭頭終端的溫度是物料流的目標(biāo)溫度;H為再沸器,C1為液氨冷卻器,C2為水冷卻器,C3為空氣冷卻器;多個(gè)用同一編號(hào)標(biāo)注并使用虛框和連線(xiàn)連接起來(lái)的小圓圈表示一個(gè)換熱器,如E2、E5;圓圈旁邊的數(shù)字表示物料流交換的熱量�，F(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)使用了2個(gè)換熱器、4個(gè)再沸器和8個(gè)冷卻器。其中,E2、E5均為高效多物料流板翅式換熱器,它們分別對(duì)多股冷熱物料流進(jìn)行高效換熱;8個(gè)冷卻器包含2個(gè)液氨冷卻器(C1)、4個(gè)空氣冷卻器(C3)和2個(gè)水冷卻器(C2)。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格圖的分析可知,冷卻公用工程消耗能量9.454MW,加熱公用工程消耗能量6.8736MW。當(dāng)前換熱網(wǎng)絡(luò)中冷熱物料流最小傳熱溫差為5K(即當(dāng)前換熱網(wǎng)絡(luò)中換熱器E2的冷熱物料流),即ΔTmin=5K。從而分析得到:加熱公用工程需求4.0176MW,冷卻公用工程需求6.598MW。與現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的冷卻和加熱公用工程消耗(9.454MW、6.8736MW)相比較,最大熱量回收設(shè)計(jì)方案可使加熱公用工程節(jié)省41.5%,冷卻公用工程節(jié)省30.2%。夾點(diǎn)分析的三個(gè)黃金法則具體如下:①不要有跨越夾點(diǎn)的傳熱;②不要在夾點(diǎn)以上設(shè)置任何冷卻公用工程;③不要在夾點(diǎn)以下設(shè)置任何加熱公用工程[10]。圖2所示現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)格圖中,夾點(diǎn)溫度標(biāo)志虛線(xiàn)給出了夾點(diǎn)溫度在各物料流中的位置。根據(jù)夾點(diǎn)分析的三個(gè)黃金法則,可知現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)在夾點(diǎn)以下有加熱公用工程(見(jiàn)物料流S2),夾點(diǎn)以上有冷卻公用工程(見(jiàn)物料流S21、物料流S11),導(dǎo)致消耗了額外的加熱和冷卻公用工程。由此看出,在輕油產(chǎn)品和干氣產(chǎn)品的余熱沒(méi)有充分利用時(shí),額外使用了加熱和冷卻公用工程,從而增加了費(fèi)用。
換熱網(wǎng)絡(luò)翻新設(shè)計(jì)
在分析現(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)及夾點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步回收熱量以達(dá)到節(jié)省冷卻和加熱公用工程的目的,需要改進(jìn)現(xiàn)換熱網(wǎng)絡(luò)中違反夾點(diǎn)分析三原則的換熱設(shè)計(jì)。在盡可能保留現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的前提下,分別在夾點(diǎn)以上、夾點(diǎn)以下針對(duì)物料流S2、物料流S21、物料流S11進(jìn)行設(shè)計(jì),得到最大能量回收(maximumenergyrecovery,MER)設(shè)計(jì)方案。分別增加換熱器1、換熱器2與冷物料流S12換熱;在S2物料流夾點(diǎn)以下增加換熱器3、換熱器4,分別與熱物料流S11、熱物料流S16換熱。最大能量回收(MER)設(shè)計(jì)方案使用加熱公用工程4.0176MW,節(jié)省41.5%的電能;使用冷卻公用工程6.598MW,節(jié)省30.2%的電能,其中液氨冷卻公用工程、水冷卻公用工程用量不變,空氣冷卻公用工程節(jié)省了2.856MW。最大能量回收設(shè)計(jì)減少了1個(gè)再沸器,需要增加4個(gè)換熱器。在最大能量回收設(shè)計(jì)方案中,物料流S12、物料流S21與物料流S11的換熱量比較小,但卻需要增加2個(gè)換熱器(換熱器1、換熱器2);另外物料流S12還需要分流,且換熱器冷端溫差較小。這些因素使得此處的翻新設(shè)計(jì)效果較差。因此,在進(jìn)一步設(shè)計(jì)時(shí)去除了換熱器1、換熱器2,并適當(dāng)改變了換熱器3、換熱器4的換熱負(fù)荷。改進(jìn)后的方案使用干氣產(chǎn)品和丙塔頂料的熱量與甲塔底再沸料換熱,節(jié)省了制冷和加熱公用工程。與最大能量回收方案相比,改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案減少了2個(gè)換熱器,避免了物料的分流改造,且克服了最大能量回收方案中換熱器冷端溫差較小的弱點(diǎn),大大提高了翻新設(shè)計(jì)的效果。改進(jìn)的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案使用加熱公用工程4.2806MW,節(jié)省了37.7%的電能;使用冷卻公用工程6.861MW,節(jié)省了27.4%的電能,其中液氨冷卻公用工程、水冷卻公用工程用量不變,空氣冷卻公用工程節(jié)省了2.593MW�，F(xiàn)有換熱網(wǎng)絡(luò)加熱公用工程熱劑貧氨液的熱量來(lái)自燃機(jī)的廢熱回收,節(jié)省加熱公用工程可以節(jié)省貧氨液循環(huán)泵的耗能(電能);減少空氣冷卻公用工程可以減小空氣冷卻器的耗電量。改進(jìn)的設(shè)計(jì)方案減少了1個(gè)再沸器,增加了2個(gè)換熱器,使該設(shè)計(jì)改動(dòng)原換熱網(wǎng)絡(luò)較小,投資費(fèi)用較少。
結(jié)束語(yǔ)
本文使用夾點(diǎn)分析法用于天然氣回收裝置換熱網(wǎng)絡(luò)的翻新設(shè)計(jì),發(fā)現(xiàn)并利用了系統(tǒng)的節(jié)能空間,并據(jù)此對(duì)天然氣回收裝置換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),形成了一個(gè)翻新?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。該翻新?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)改動(dòng)原換熱網(wǎng)絡(luò)較小,投資費(fèi)用較少,使用加熱公用工程減少了2.593MW,冷卻公用工程中空氣冷卻公用工程減少了2.593MW,從而節(jié)省了貧氨液循環(huán)泵的耗能(電能)和空氣冷卻器的耗能(電能)。天然氣回收裝置翻新?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)后每年可節(jié)省電能37.6萬(wàn)kWh,提高了過(guò)程能量回收能力,達(dá)到了降低過(guò)程能耗的目的。
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