Обстеження центральної газофракціонуючої установки. Моделювання інтегрованої технологічної схеми, страница 12

Інтеграція вище пінча показана на рисунку 2.5, а. У цьому випадку тепловий насос «перекачує» теплоту Q_ТН із більш низьких температур у підсистемі вище пінча на більше високі, споживаючи зовнішню енергію на здійснення роботи W. Внаслідок чого гарячі утиліти зменшуються на величину W. Інакше кажучи, дана система перетворює зовнішню енергію в теплоту. Якщо компресор теплового насоса споживається від електроенергії, то це вкрай невигідно, а якщо за допомогою турбіни, то це також не приносить ніякої вигоди. Наступна можливість інтеграції теплового насоса нижче пінча (рисунок 2.5, б). У цьому випадку довелося б збільшити холодні утиліти на величину роботи W, що виробляє насос, тобто електроенергія перетворюється у відходи. А от інтеграція теплового насоса із процесом при розміщенні насоса поперек пінча забезпечує реальне енергозбереження (рисунок 2.5, в). Дійсно, тепловий насос відбирає теплоту Q_ТН від процесу нижче пінча, тобто із загального джерела енергії, тим самим зменшуючи значення холодної утиліти на Q_ТН. Роблячи роботу W, тепловий насос передає теплоту в підсистему, що перебуває вище пінча, тобто в загальний енергетичний стік, а це означає, що гаряча утиліта зменшується на величину Q_HT + W (рисунок 2.5, в). Таким чином, найбільш підходящим розміщенням теплових насосів при їхній інтеграції з ХТС – це розміщення поперек пінча. Помітимо, що при наявності утилітних пінчей тепловий насос може бути розміщений поперек утилітного пінча, якщо економічно це більш вигідно. Але кожна така ситуація вимагає додаткового дослідження.

На рисунку 2.6 показаний тепловий насос, правильно інтегрований із процесом. Загальний тепловий баланс такої інтеграції показаний на рисунку 2.6, а. На рисунку 2.6, б показано, як за допомогою великої складової кривої можна визначити характеристики теплового насоса.

(а)                                                                   (б)         

(в)

Рисунок 2.5 – Інтеграція ТН з процесом: (а) – інтеграція ТН вище пінча;

(б) – інтеграція ТН нище пінча; (в) – інтеграція ТН поперек пінча

(а)                                                                          (б)

Рисунок 2.6 – Велика складова крива для визначення характеристик ТН; (а) – правильне розміщення ТН; (б) – розташування ТН на діаграмі великої складової кривої

За допомогою великої складової кривої можна визначити теплове навантаження й необхідні температури для інтеграції теплових насосів у ХТС.

3  МОДЕЛЮВАННЯ ІНТЕГРОВАНОЇ ТЕХНОЛОГІЧНОЇ СХЕМИ

Раніш у дипломному проекті «Оптимізація та автоматизація рекуперативного теплообміну ЦГФУ за допомогою методів інтеграції процесів» була виконана інтеграція процесу поділу широкої фракції легких вуглеводнів на ЦГФУ за допомогою пінч-аналізу: для схеми, що існує в цей час й інтегровану схему, визначена серія каскадів; зроблені розрахунки тепла, що споживається й завдяки яким була визначена крапка пінча, а також оптимальні параметри самої вигідної роботи схеми; був запропонований проект реконструкції системи рекуперативного теплообміну ЦГФУ; на підставі розрахунків побудовані складові криві, за якими побудована принципова енерготехнологічна схема проекту реконструкції, що приведена у попередньому розділі.

Для того, щоб бути впевненим у зібраних технологічних даних, було виконане моделювання роботи ЦГФУ в програмі Unisim Design (рисунок 3.1). Дана програма є зручною у використанні й володіє рядом ключових особливостей:

-  зручний графічний інтерфейс;

-  точні термодинамічні моделі;

-  відкрита архітектура;

-  велика бібліотека модульних операцій;

-  детальний проектний і перевірочний розрахунок теплообмінників;

-  економічна оцінка проекту;

-  передача даних у конструкторську програму.

У ході моделювання процесу поділу ШФЛВ із диспетчера базису були додані всі необхідні компоненти й обране рівняння стану Пенга-Робінсона. Цей пакет використовується для нафтопродуктів, газів і середовищ, які застосовуються у нафтохімії.