Оптимизация рекуперативного теплообмена технологических потоков центральной газофракционирующей установки методом пинч-анализа, страница 6

Наименьшее расстояние между кривыми по оси ординат – температурной оси показывается областью пинча выбранной системы технологических потоков. В нашем случае на действующей установке пинч показывается на температурах: Т_гор = 111 °С и Т_хол =69°С. Разность температур в области пинча равна DТ_min = 42 °С. Эта разность была бы минимальной между теплоносителями в теплообменном оборудовании, если бы выполнялись условия вертикального теплообмена [4], но в настоящее время в теплообменной системе установки DТ_min = 39°С, вследствие наличия между теплоносителями перекрестного теплообмена, который отчетливо виден сеточной диаграмме существующей теплообменной сети установки, на которой показаны также и существующие пинч-температуры в выбранной системе технологических потоков (рис. 5).

Область пинча делит объединенную систему технологических потоков и утилит на две энергетически независимых подсистемы. Действительно, выше пинча соблюдается энергетический баланс между потоками, принадлежащими холодной кривой и потоками из горячей кривой плюс горячие утилиты (рис.4). Ниже пинча соблюдается энергетический баланс между потоками из горячей кривой и потоками холодной составной кривой плюс холодные утилиты (рис. 4). Это дает основное правило проектирования энергоэффективных теплообменных систем промышленных процессов. Запрет переноса тепловой энергии через пинч [22]. Системы теплообмена между горячими потоками и холодными, плюс утилиты ниже пинча и выше пинча проектируются раздельно и  затем сшиваются на пинче. Если же в системе технологических потоков существует перенос через пинч, то это означает, что тепловая энергия опосредовано, с помощью несовершенной теплообменной системы переносится от горячих утилит к холодным [22].

С помощью выполненных измерений, изучения регламента процесса и существующей технологической схемы выполнена сеточная диаграмма, существующей на установке системы теплообмена (рис.5).

Для снижения энергопотребления в химико-технологической системе (ХТС) необходимо уменьшение минимальной разности температур DТ_min между теплоносителями в теплообменных аппаратах. Это достигается путем сближения составных кривых вдоль энтальпийной оси. Значение DТ_min которое может быть достигнуто в теплообменной сети ХТС определяется как спецификацией теплообменного оборудования, так и теплофизическими свойствами теплоносителей, которые в свою очередь, конечно, влияют на выбор спецификации теплообменного оборудования.

Теплоносителями, участвующими в теплообмене на ЦГФУ являются фракции легких углеводородов, которые при температурах разделения ведут себя как маловязкие жидкости. Поэтому для организации дополнительного теплообмена можно применить высокоэффективные пластинчатые теплообменные аппараты. Впластинчатых теплообменниках для легких углеводородов может быть достигнута минимальная разность температур DТ_min = 2 °С.

Поэтому построим составные кривые для DТ_min = 2°С (рис. 6). Мы видим, что пинч локализуется на температуре для горячих потоков, раной 71 °С, и соответственно для холодных потоков –69 °С. Составные кривые показывают, что при достижении DТ_min = 20°С исчезают холодные утилиты, горячие утилиты при этом приобретают значение равное Q_Hmin = 40.151 МВт, что на 4.7% меньше, чем процесс получает от утилитной системы в настоящее время. Холодные утилиты уменьшаться на 4.2 % с Q_cmin = 42.812 МВт до Q_cmin = 41.026 МВт.

Мощность рекуперации тепловой энергии в интегрированной системе с DТ_min = 2°С достигнет значения Q_REC = ~ 3.7 МВт, т.е. увеличится более чем в два раза по сравнению с существующей в настоящее время. Таким образом, с помощью углубления теплоэнергетической интеграции процесс разделения на ЦГФУ можно уменьшить энергопотребление на 1.96 МВт.

Построение большой составной кривой для интегрированного процесса разделения при DТ_min = 2°С выявляет дополнительный потенциал энергосбережения на ЦГФУ (рис. 7). На большой составной кривой мы видим возможность использования теплового насоса на разности температур ~ 20 °С с хлодопроизводительностью ~ 16 МВт.