Методичні вказівки для вивчення учбових матеріалів по розділу «Вступ до пінч-аналізу» за курсом «Вступ до спеціальності», страница 10

У підсистемі вище пінчу холодні технологічні потоки знаходяться в тепловому балансі з гарячими технологічними потоками і гарячими утилітами. У підсистемі нижче пінчу гарячі і холодні потоки перебувають в тепловому балансі між собою і холодними утилітами (рис. 16). Тому підсистему вище пінчу ще називають тепловим стоком, а підсистему нижче пінчу – тепловим джерелом, і в енергетичному відношенні ці дві підсистеми можуть бути цілком незалежні одна від одної.

У промисловому процесі, що діє, може існувати  перенесення теплової енергії через пінч (рис. 17), наприклад, від гарячих потоків вище пінчу до холодних нижче. Таке перенесення енергії через пінч означає, що опосередковане за допомогою теплообмінної системи, енергія передається від гарячих утиліт до холодних без корисного використання. Перенесення ХР одиниць теплової енергії через пінч збільшує на цю ж величину гарячі утиліти, тобто потужність споживання палива зростає на ХР одиниць, на цю ж величину збільшуються і холодні утиліти, тобто збільшується кількість рідини, що охолоджує, і отже, електрична потужність на її перекачування, або електрична потужність,яка споживається повітряними холодильниками. Дане твердження можна записати у вигляді співвідношення [4–7]:

,                                         (3)

яке називається основним рівнянням пінчу.

Рисунок 16 – Область пинчу ділить систему технологічних потоків промислового підприємства на підсистему потоків, що знаходяться вище пинчу, і підсистему потоків, що знаходяться нижче пинчу

Рисунок 17 – Передача XPодиниць теплової енергії упоперек пинчу приводить до збільшення цільових енергетичних значень Q_Hminі Q_Cminна величину XP

З основного рівняння пінчу виходить дуже простий, і майже очевидний засіб проектування енергоефективних теплообмінних систем промислових процесів. Необхідно виконувати проектування із забороною переносу енергії через пінч. Для цього виконуються проекти технологічних схем теплообмінних мереж для підсистем технологічних потоків вище пінчу і нижче пінчу окремо один від одного, а потім ці проекти зшиваються на температурах пінчу [4].

Але як же визначити підсистеми технологічних потоків, що знаходяться вище і нижче пінчу? Для цього нам необхідно визначити DT_min, а всі дані для його знаходження вже містяться в складених кривих.

Характером складених кривих визначається необхідна площа поверхні теплообміну в системі рекуперації і мінімальна можлива кількість теплообмінних апаратів [4]. Після визначення кількості теплообмінних апаратів і їх поверхні можна оцінити вартість їх установки, а значить, і загальні капітальні витрати, і співвіднести їх до одного року. Річна вартість споживаної енергії визначається по вже відомих значеннях утиліт Q_Hmin і Q_Cmin (рис. 15). Вартість утиліт визначається вартістю первинних енергетичних ресурсів (ПЕР), таких як газ, нафта та вугілля.

Тепер ми можемо кожному значенню DT_minзіставити у відповідність річну капітальну вартість і річну вартість енергії (рис. 18). При збільшенні DT_minзменшується потужність рекуперації, що веде до зменшення площі поверхні теплообміну і, в результаті, до зменшення капітальної вартості (рис. 18).

В той же час, річна вартість спожитої енергії ростиме із збільшенням DT_min. Загальна вартість проекту теплообмінної системи процесу формується цими двома конкуруючими величинами і в результаті є немонотонною (тобто на якихось ділянках вісі DT вона зменшується, а на якихось – зростає) функцією DT_min (рис. 18), і визначається при мінімальному значенні вартості проекту.

Методи пінч-аналізу дозволяють ще до створення самого проекту теплообмінної системи процесу визначити її основні характеристики, тобто цільові значення, до яких повинен прагнути проектувальник. Це є кількість теплообмінних апаратів і їх площа поверхні теплообміну, величина споживаної енергії, значення загальної вартості проекту, а значить, і величина інвестицій і термін окупності. Термін окупності – це строк, за який інвестору повертаються кошти на перебудову підприємства . Кошти надходять від реалізації продукції підприємства.