夹点技术在LNG分馏换热能量优化中的应用
利用夹点技术对精馏系统换热网络的调优分析
利用夹点技术对精馏系统换热网络的调优分析!赵峭梅"郭延红"张理平"付峰"郭莉#陕西省化学反应工程重点实验室"陕西延安$%&’’’(摘要)利用夹点技术对永坪炼油厂%’’万吨*年常压蒸馏装置换热网络进行了调优分析"找出了节能方面存在的问题"为进一步采取节能措施和途径提供了依据+关键词)夹点技术,精馏,节能中图分类号)-.’/%01文献标识码)2文章编号)%’’34&’/5#/’’/(’64’’3&4’6在炼油厂中"主要的单元操作是精馏"精馏是分离液体混合物最常用的方法"也是化学工业中最大的耗能操作+在生产中既需要加热公用工程"又需要冷却公用工程"如何合理利用能源"降低生产成本"意义重大+为此"我们利用夹点技术对延安永坪炼油厂年产%’&7常压蒸馏装置的换热网络进行了调优分析"建立了换热网络图"找出了换热网络的薄弱环节"为进一步优化组合提供了依据+%夹点技术理论及换热网络的合成%0%夹点理论8%9/:对于一个化工系统"当有多股热流和多股冷流进行换热时"可将所有的热流合并成一根热复合曲线"所有的冷流合并成一根冷复合曲线"然后将两者一起表示在温;焓图上"夹点即为在温;焓图上冷<热复合曲线在某点重合时系统内部换热的极限"重合点的传热温差为零"该点即为夹点+在夹点温差为零下操作"需要无限大的传热面积"可以通过技术经济评价而确定一个系统最小的传热温差;夹点温差"因此"夹点可以定义为冷<热复合温焓线上传热温差最小的地方+为了达到系统过程节能的目的"夹点理论的设计原则是)#%(夹点之上不应该设置任何共用工程冷却器, #/(夹点之下不应该设置任何共用工程加热器,#6(不应有跨越夹点的传热+夹点的出现将整个换热网络分成了两个部分)夹点之上与夹点之下"夹点之上是热端"只有加热和换热公用工程"没有任何热量流出"可以看作是一个热阱,夹点之下是冷端"只有换热和冷却公用工程"没有任何热量流入"可以看作是一个热源,夹点处热流量为零+%0/换热网络的合成在换热网络的合成中"需要考虑各种物流匹配"在夹点处物流匹配受的限制最多"因此首先考虑夹点处的物流匹配"即合成过程从夹点开始"将换热网络分成夹点上<下两部分"分别向两头进行物流间的匹配换热+夹点技术设计准则)%0/0%物流数目准则夹点将网络分成热端和冷端"对于热端来说热物流只能用冷物流来冷却"而不应有任何冷却器"这意味着"所有的热物流均要靠同冷物流换热达到夹点温度"而冷物流可以用公用工程加热器加热到目标温度+因此"每股热流均要有冷流匹配"即夹点以上的热流数目=>应小于或等于冷流体数目=?)夹点之上=>@=?#%(如果实际物流数目不能满足上述准则"则应通过分流来增加冷流数目+同理"在夹点之下"为保证每股冷流都被匹配"应有)夹点之下=>A=?#/(!收稿日期)/’’/9%’9/’基金项目)陕西省化学反应工程重点实验室资助项目#’’B C’6(作者简介)赵峭梅#%D3D;("女"陕西延安市人"延安大学副教授+万方数据如果实际物流不能满足上述准则!则应通过分流来增加热流数目"#$%$%热容流率准则本准则适用于夹点处的匹配"夹点处的温差&’()*是网络中的最小温差!为保证各换热匹配的温差始终不小于&’()*!要求夹点处匹配的物流的热容流率+,-./0满足以下准则1夹点之上2345232678夹点之下23492326:8%永坪炼油厂精馏系统实况为了简明表示延安市永坪炼油厂的换热情况!我们将实际的工艺过程绘制成换热网络图!如图#所示"图#换热网络栅格图网络栅格图中的原始数据取于永坪炼油厂!每一条水平线代表一股物流!箭头指向右端的是热流!箭头指向左端的是冷流;左端是高温区!右端是低温区"箭头末尾的温度是物流的起始温度!箭头边的温度是目标温度"<表示加热器!=表示冷却器!两个由一条竖线连接的小圆圈表示一个换热器!圆圈所在的两股物流即为进行换热的冷热流体"垂直的虚线表示夹点的位置!线旁的温度即为夹点温度!热冷端温度相差&’()*"7问题表法当物流较多时!采用复合温焓线较为繁琐!且结果不够准确!此时常采用问题表法来准确计算"步骤如下16#8先将九股热流流体的温度6包括起始与目标温度8从大到小排列!同样将冷流体温度从大到小排列;6%8然后将热>冷流体温度统一相混!从大到小排列;678以冷>热流体的平均温度为标尺+即冷>热流体的平均温度相对热流体下降?@个夹点温差6&’()*.%8!相对于冷流体上升?@个夹点温差6&’()*.%80"划分温度区间"A 股热流有#B 个温度!:股冷流有B 个温度!但因目标温度出现了7个C D/!故应有%:个从大到小的冷热流体的平均温度!构成%7个温区"6:8计算每个温区的热平衡!以确定每个温区热量的余或亏!计算式为1&4E F 6G H I H JG H I K86L EJ L E M #8式中若&K E 为负值表示该温区有剩余热量!,N;G H I H !G H I K 分别为该温区内冷>热物流热容流率之和!,N./;L E !L E M #!分别为该温区的进>出口温度"第一温区输出热量等于第二温区输入热量!依次类推直至最后一个温区"6C 8从计算结果知!从第C 温区到第O 温区之间热通量为零!此处即为夹点6温度为%%:/8!夹点以上所亏热量共计P %A #Q D ,N !并且第一温区就出现了热量的亏缺!因此该P %A #Q D ,N 热量需用加热公用工程从第一温区补入"问题表如表#所示"6O 8依次类推!最后一个温区的热通量输出应为%B #Q P ,N !则确定最小冷却公用工程用量为%B #Q P ,N "A :第7期赵峭梅!等1利用夹点技术对精馏系统换热网络的调优分析万方数据表!问题表温区!温区"温区#温区$温区%温区&温区"##&###&"’""&("$(""$"!)###"物流亏缺热量*+,积累热量*+,热通量*+,输入输出输入输出"%%-.(&(/"%%-.(&’"-!.($)$’#!.-))#!"(.&$/"%%-.(&/%&’-.’$’#!.-))!&!!.#$)$&-.)$$/%&’-.’/&!$-.%$$!&!!.#$)!!$!.%($/!--.%"/&!$-.%$$/%-%(.("$!!$!.%($!#$!.("$!#$!.("$/%-%(.("$/’"-!.()$!#$!.("$(/&%.)%&/’"-!.()$/’""%.!-"(&%.)%&00/!-.&&/’("-.(!&/’((-.#%&"&".(#"")!.&-"!据问题表法所得之夹点1用试差法求夹点温差如表"所示表"试差结果表23456*7夹点平均3*7最小加热工程量*+,最小冷却工程量*+,!$无’"-%."(!%""#.%’’#!.($)"&$."&-!&""$’"-!.($)")!.&-"!)!)-’’’#.%&%)%.(-!"(""&’)(#.#)&’((.%&&"$""))!"-#!%#.-")从视差结果可知128456为!&7时1所需公用加热工程量最小1为’"-!9($)+,1则夹点温差确定为!&7:$结论根据以上夹点技术的计算结果及配合栅格图1对永坪炼油厂!(&8*年常压蒸馏装置换热系统设计进行详细的调优分析1得出以下结论;<!=根据夹点设计准则1应在夹点之上>?@>A 夹点之下>?B >A 1但在夹点上热流股数大于冷流股数1使得冷却工程用量和加热工程用量同时增大1夹点之下符合原则:<"=经校正本厂换热网络没有跨越夹点的换热器存在1且夹点之上无任何冷却工程及夹点之下无加热工程:说明在设计时充分考虑到了节能问题:<#=根据夹点设计原则1需夹点处匹配的物流的热流率满足;夹点之上C D ?@C D C 1夹点之下C D ?B C D C :校正后发现夹点之上符合此原则E 夹点之下所有热流都和原油换热1由于在物流中原油的C D 值最大1所以全都违反了此原则1这样能量就没有充分利用1也没有符合每一次匹配:<$=此换热网络在设计中形成了众多回路1而没有考虑到回路合并问题1致使换热器台数增加1操作费用增大F $G :<%=现行流程中所用冷热公用工程用量与计算结果比较;H 现行热公用工程I)))#9(#(+,H 计算所得加热工程I’"-!9($)+,H 现行冷公用工程I$(!’9!’-+,H 计算所得冷公用工程I")!9&-"+,由以上计算和比较可以看出1永坪炼油厂!(&8*年常压蒸馏装置的换热系统还有进一步改造达到最大限度的节能因素:参考文献;F !G 冯宵1李勤凌编著.化工节能原理与技术F J G.北京;化学工业出版社!--);!’$/!)#.F "G 倪进方.化工过程设计F J G .北京;化学工业出版社1!---.!&&.F #G 李淑培.石油加工工艺学<上册=F J G.北京;中国石化出版社1!--!."#/#$.F $G 冷一欣1钱三鸿.重油催化裂化装置换热网络的改进设计F KG .炼油设计1!--’1"’<%=;$’/%(.L 责任编辑徐文梅MN O O P Q R S T Q U VU W T X Y O Q V R X T Y R X V U P U Z [\Y ]Q Z V ]S V \R X Y R ^]T _S V ]W U _‘Q V ZX Y S T Q V Z‘Y ]XU W _Y R T Q W [Q V Z][]T Y ‘a b c d H 5e f g 4h 51i j d k e 6g ?f 6l 1a b c >i m 5g n 56l 1o j o h 6l 1i j d m 5<D p f q 56A 5e r s h tm e u f p e 8f p tf v C ?h 45A e r w h e A 85f 6x 6l 56h h p 56l 1k e 6e 6j 65q h p y 58t 1k e 6e 6’!&(((1C ?56e =N z S ]T _S R T ;3?5y n e n h p{y h y 8h A ?6f r f l t f vn 56A ?e 6|A ?h A +y 8p e 6y v f p 456l ?h e 856l y t y 8h 4f v6f p 4e re 84f y n ?h p h|5y 85r r e 85f 6}?5A ?e 66{e r r tf {8n {8!1(((1(((8f 6y e 8k f 6lD 56lf 5r p h v 56h p t .~8v 56|y f {88?hn p f u r h 4f v h 6h p l ty e q 56le y n h A 8e 6|n p f q 5|h y 4h 8?f |y v f p 8?h h 6h p l ty e q 56l.!Y ["U _\];D 56A ?3h A ?6f r f l t E p h A 85v 5A e 85f 6E h 6h p l ty e q 56l(%延安大学学报<自然科学版=第"!卷万方数据。
夹点技术原理及其在换热网络优化中的应用
夹点技术原理及其在换热网络优化中的应用工093 林媛10091707摘要：能源危机的到来，节能降耗已是大势所趋。
夹点技术是换热网络、水网络优化最实用的节能技术。
本文主要介绍了夹点技术的基本原理以及近几年在工程设计中的广泛应用和良好前景。
关键词：夹点技术；换热网络；过程工程；节能系统1 前言能源与人类文明和社会的发展一直紧密地联系在一起，是社会发展的物质基础。
在当今的世界上，能源问题更是渗透到社会生活的各个方面，直接关系到整个社会经济发展和人们物质文化生活水平的提高。
随着能源危机日益加深，过程集成方法成为热点话题，而夹点技术以其独有的实用、简单、直观和灵活⋯的优点正在被广泛使用，经过20多年的发展，夹点技术已从热回收的特殊工具发展成为一种卓有成效的过程设计方法，它是过程系统综合的强有力方法，其研究和应用对促进企业技术进步、增加经济效益、提高竞争能力等都有重大意义，在我国的工业和企业中有着广阔的应用前景。
夹点技术(Princh Technology，pinch又译作窄点、狭点、挟点)是英国Bodo Linnhoff 教授等人于70年代末提出的换热网络优化设计方法，后来又逐步发展成为化工过程综合的方法论。
夹点技术是能量回收系统分析的重大突破，80年代以来夹点技术在欧洲、美国、日本等工业发达国家迅速得到推广应用，现已成功地用于各种工业生产的连续和间歇工艺过程，应用领域十分广阔，在世界各地产生了巨大的经济效益。
2 夹点技术基本原理工艺过程存在多股冷、热物流，过程综合就是要设计出能使冷热物流充分换热以尽可能回收热量，并同时满足投资费用、可操作性等方面的约束条件的过程系统。
夹点技术是以化工热力学为基础，以经济费用为目标函数，对换热网络的整体进行优化设计。
优化过程包括冷热物流之间的匹配，冷热公用工程的类型和能级选择；加热器、冷却器及系统中一些分离器、蒸发器等设备在网络中的合适放置位置；节能、投资和可操作性的i维权衡。
夹点技术在各领域中的应用
夹点技术在各领域中的应用作者：李炜图孔帅刘祥雪来源：《商品与质量·消费视点》2013年第06期摘要：本文主要介绍了夹点技术以及在各领域中的应用。
夹点技术是换热网络、水网络优化最实用的节能技术，有很好的发展前景。
关键词：夹点技术；原理；应用随着能源的日益紧缺，如何节约及合理利用能源成为人们关注的热点。
在各个行业领域中，化工企业对能源的需求尤为突出，且能源的成本在其总生产成本中占有相当大的比重。
换热网络是能量回收利用的一个重要子系统，对于相同的生产工艺，换热网络设计得越合理，能源的回收就越多，生产成本也就越低。
对换热网络优化的研究，在近几十年已取得较大的进展，其中Linnhoff等提出的夹点技术对解决化工生产中的热量交换与回收起到重要的作用。
一、夹点技术简介1.夹点技术原理根据夹点理论是由英国学者LinnHoff等人于1978年提出的，并逐步发展和完善起来的理论。
它是指在热物流和冷物流的换热过程中存在着一处传热温差最小的点，即夹点。
夹点处的最小传热温差决定了换热网络的最大热回收量以及加热、冷却过程的最小用量。
夹点技术是以化工热力学为基础，以经济费用为目标函数，对换热网络的整体进行优化设计。
优化过程包括冷热物流之间的匹配，冷热公用工程的类型和能级选择；加热器、冷却器及系统中一些分离器、蒸发器等设备在网络中的合适放置位置；节能、投资和可操作性的三维权衡。
最终的优化目标是确定出具有最小的设备（换热器、加热器和冷却器）投资费用和操作（公用工程加热与冷却）费用，并满足把每一个工艺物流由初始温度加热或冷却到目标温度的换热网络。
2.夹点技术的优点（1）降低能耗，通过改进能量回收系统节约能量费用；（2）提高生产能力，解除系统瓶颈而不改动主要设备，可达到增产的目的；（3）降低投资费用，在少投资或不投资、少增加或不增加能耗的条件下完成换热网络的改造和优化，提高了能效，且在改造中可更好地利用已有的设备；（4）降低环境污染，用排放废气或废液最少为目标进行优化设计，减少“三废”排放。
夹点法设计能量最优的换热网络——李俊乾
240.0
262.5 225.0
问题表格（1） 子网络序号 冷物流及其温度 k C1 C2 SN1 SN2 SN3 SN4 热物流及温度 H1 H2
150 125 145 100 70 40 120 90 60
SN5
SN6
25
20
问题表格（2）
子网络 序号 赤字Dk kW 热量 kW 热量 kW
◆ 热容流率符合可行性规则2：
CPH<CPC
(热流股热容流率2.0, 冷流股热容流率 2.5、3.0)
◆ 按经验规则，应使热流股1与冷流股1匹配。
夹点热端的流股匹配
（2）冷端的设计
分析：
◆ 流股数符合规则1：
NH ≥ NC
CPH ≥ CPC
(热流股数 2，冷流股数2)
◆ 热容流率不符合规则2：
(热流股热容流率2.0、8.0， 冷流股热容流率 2.5、3.0)
目标 热负荷 kW Q 180.0 240.0 262.5 225.0
标号
流率
kW/ oC CP
温度
oC
温度
oC
Ts 150 90 20 25
Tt 60 60 125 100
H1 H2 C1 C2
2.0 8.0 2.5 3.0
（1）热端的设计
分析：
◆ 流股数符合可行性规则1：
NH <NC
(热流股数 1，小于冷流股数2)
无外界输入热量 Ik Qk 10 -2.5 -107.5 27.5
外界输入最小热量 Ik 107.5 117.5 105.0 0 Qk 117.5 105.0 0 135.0
SN1 SN2 SN3 SN4
－10 12.5 105.0 -135.0
夹点温度合成换热网络的理解
)(s t p T T Wc Q H -==∆利用夹点温度合成换热网络摘要：化工生产中存在着大量的需要换热的工段，有些需要加热，有些需要冷却或冷凝。
如果能够合理地设计好换热网络系统，就可以最大限度地减少公共供热或供冷，而且还可能减少设备投资，达到节能的目的。
夹点技术（Pinch Technology ）是合成换热网络常用的综合设计技术。
利用该技术设计合成公共供热或供冷最小的换热网络，在降低能耗，减少投资，保护环境等方面成效显着。
关键词：夹点技术、夹点的确定及意义、换热网络合成1.夹点技术夹点技术是以热力学为基础，从宏观的角度分析过程系统中能量流沿温度的分布，从中发现系统的用能“瓶颈”所在，并给以“解瓶颈”的一种方法。
夹点限制了换热网络可能达到的最大热回收。
用夹点技术设计合成的换热网络，可推广应用于整个过程系统的能量分析与调优。
目前，夹点技术在实际中应用广泛，取得较好的成效。
我国高校，设计部也已将夹点分析方法用于原油预热系统的节能改造，取得满意效果。
1.1温焓图用温焓图（T-H 图）能够简单明了地描述过程系统中换热网络中物流的热特性。
在温焓图上可以用一段线段或曲线描述物流的换热过程。
例如，当某一工艺物流从供应温度Ts加热或冷却到目标温度Tt,其所需的热量或冷量（该过程的焓差）为 式中，W 为质量流率kg/h;Cp 为比热容,kJ/kg.K;由此，就可在温焓图中画出表示物流温度及热量的变化的直线。
若Q 为负值，表示物流被冷却，需要冷量，在图中的直线为有一条箭头指向左下方的直线；若Q 为正值，表示物流被加热，需要热量，在图中的直线为有一条箭头指向右上方的直线。
若为一水平线，则表示为饱和物质流体的焓变，过程中温度保持不变。
若为曲线，则表示为多组分物质流体的热量变化。
1.2组合曲线在一个过程系统中，会有多股热物流和冷物流，在研究过程中，常常把多股物流在温焓图中有机结合在一起，同时考虑冷热物流的匹配换热问题，这样才更有意义。
浅析夹点技术在石油化工中的应用
浅析夹点技术在石油化工中的应用摘要：由于世界能源危机越来越严重，石油化工中的过程集成一跃成为焦点话题，而夹点技术作为过程集成方法中最为实用的方法正在广泛使用。
夹点节能技术（Pinch technology）作为一种新节能技术，是一种基于现代节能的火用分析理论（Exergy analysis），同时又充分考虑了设备状况、能量利用与回收、经济状况、系统关联的系统综合优化的节能技术。
它不仅建立了完备的系统总体节能理论，更突出的是：它形成了一种可行、实用和有效的节能增效技术。
关键词：夹点石油化工节能应用一、夹点技术的缘起和发展夹点概念是基于热力学第二定律提出的，从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度曲线的分布，从中发现系统用能的瓶颈点，并找到解决瓶颈的一种方法。
以夹点为基础发展的过程能量综合技术，则走出热力学分析的领域，形成了能量回收利用的综合合成技术。
夹点技术应用不限于换热网络的分析与合成，也包括过程系统中热能动力系统的优化合成等。
但是最为普遍的还是对换热网络合成与优化的应用。
夹点技术，特别强调从系统的角度出发，开展节能省钱的综合系统的诊断与优化，主要通过构造冷、热物流组合曲线，总组合曲线和平衡组合曲线来绣工艺过程进行能量分析，制定节能设计和改造方案。
夹点节能技术能够直接应用于能量利用与回收系统的规划、设计，尤其是节能改造，并能明确地指出可取得的节能经济效益，以及采用的具体节能改造方案。
夹点技术起源于对换热器网络的研究，由于换热器作为能量传递设备被广泛地应用于化学、电力、制药等行业中，其换热性能好坏直接关系到生产企业的能源利用效率。
在生产实践中，人们发现了这样一个问题：虽然单个的高效换热器，但它将被纳入一个换热器网络大，其传热效率不好。
目前，换热器网络的研究主要集中在两个方面，即换热系统的设计和换热系统的改造这两个方面，它的最新发展方向为：压降优化、柔性设计、蒸馏塔目标设定、低温过程设计、间歇过程综合、降低水流率、全局能量系统综合和排放目标设定等。
夹点技术在精馏系统优化中的应用
夹点技术在精馏系统优化中的应用中图分类号】TQ 053.5 【文献标识码】 A【文章编号】1000－8144（2000）04－0275－04Application of Pinch Technology in Refining SystemYAO Ke－jian，ZHANG Song－hong，ZHU Ling－yu（Department of Chemical Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China）【Abstract】An extended grand composite curve for refining system is presented in this paper. The curve includes reboilers and condensers which are treated as streams according to their temperature and duty，followed by heat integration with the process system with application of pinch technology. An example for the design of cyclohe-xanone refining system according to this method is provided showing a saving of 30％in total energy.【Keywords】pinch technology；refining system；heat integration；grand composite curve；reboiler；condenser提高精馏系统的能量综合利用率十分重要。
减少精馏操作能耗的方法包括精馏塔本身的节能、精馏序列的合理安排、精馏序列与过程系统的热集成及采用其它分离方法。
夹点分析法在换热网络优化中的应用
子网络 Dk ( kW)
SN1 - 40 SN2 60 SN3 70 SN4 - 99 SN5 - 30 SN6 - 131. 5 SN7 32. 5
热量 (kW)
无外界输入
输入最小值
Ik
Ok
Ik
Ok
0
40
90
130
40
- 20
130
70
- 20
- 90
70
0
- 90
9
0
99
2002 年 1 月 天 津 化 工 3 7
(1) 选择每个换热器的热负荷等于该匹配的冷 、 热物流中热负荷较小者 ,使其只需一次匹配换热就 可以由初始温度达到目标温度 ,这样可使所需换热 设备数目最小 ,节约了投资费用 。
(2) 尽量使热容流率值相近的冷 、热物流进行匹 配换热 ,这样在满足最小传热温差ΔTmin的约束条件 下 ,传热过程的不可逆性最小 ,对相同热负荷情况下 传热过程的有效能损失最小 网络计算如下 : k = 1 , 对热物流温度间隔为 ,260～240 ℃
D1 = I1 - O1 = (0 - 2) (260 - 240) = - 40 说明该子网络有剩余热量 40 kW。 以此类推 ,可以分别求出剩下的 6 个子网络的 值 ,于是可以建立如下的问题表格 :
例如 ,一个有 4 股物流的换热网络 ,物流原始数 据见表 1 。假使给定的 △Tmin为 20 ℃。
表 1 物流的原始数据
物流标号 H1
初始温度 ( ℃) 260
目标温度 ( ℃) 138
热容流率 (kW/ ℃)
2. 0
H2
160
93
8. 0
C1
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
＿＿一一
矿
１２０
１００
ｐ ８０ 苗
６０
＜
＼
＼ 、－～
、
９８．８℃之上的冷却器有ＥＡ一１和Ｅ一１０，但没有穿 越冷物流夹点８３．８℃以下的加热器，运用夹点方法 的设计原则分析，夹点之上不应设置任何公用工程 冷却器，因此若能减小跨越夹点９８．８℃的传热，即 增加热量的回收，将会降低相应的冷却和加热公用
Ｇｍｕｐ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００００７，Ｃｈｉｎａ） ｆｒａｃｔｉｏｎ撕ｏｎ
Ａｂｓｔｒ驰ｔ：Ｉｎ
ｔｈｅ
ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ
ｎａｔｕｒｅ
ｇａｓ ｌｉｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｔｌｌｅ
ｐｍｃｅｓｓ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅ ｉｓ ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｕｔｉｈｔｉｅｓ ｉｓ ｖｅｒｙ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｈｅａｔ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｓ ｉｎａｄｅｑｕａｔｅ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
．５６３．
《． ４０
２０
２０棚４０棚６．ｎ棚８０棚ｌＯ棚１ ２棚１４ｄ氆
矾Ｊ・ｈ。１
图２原流程冷热复合ｒ—Ｈ线
由表ｌ可知，分馏单元所需公用工程加热量为
５．０１×１０７
ｌ形ｈ，由蒸汽提供；所需的公用工程冷却
量为８．９５×１０７ ｋＪ／ｈ，由空气和海水提供。由图３
万方数据
表２
改造后产品分馏区换热物流基本参数
ｇ）ｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｌＩｌｉｎｉｍｕｍ ｈｅａｔ ｔｒａＩｌｓｆｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ
ｄｉｆＥｂｒｅｎｃｅ ｗ酗ｆｏｕｎｄ
ｏｕｔ，ｆｉｎａＬｌｌｙ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏＶｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ
ｗａｓ
ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｂｙ ｐｉｎｃｈ ｐｏｉｎｔ ｔｅｃｈｎ０１０９ｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｈｃ—
ｔｉｏｎａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｎｅｍｏｒｋ．Ｔｈｅ ｃｏｌｄ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ｄｅｅｍａｎｉｚｅｒ ｃｏｌｕｍｎ ｂｏｔｔｏｍ ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｄｅｑｕａｔｅ—
进入脱丁烷塔，丁烷产品由其塔顶产出，Ｃ５＋液态 烃由塔底抽出。
上，将冷负荷曲线平行左移到两者在某点重合时，系 统内部换热达到极限，此时传热温差为零，该点即为 夹点。理想的夹点温差为零时，需要无限大的传热 面积，现实操作中这是不可能的。因此将冷热复合
温焓线上传热温差最小的地方定义为夹点，如图１ 所示［１卜１２ Ｊ。其中热复合曲线为ＡＢＣＤ，冷复合曲线 为ＥＦＧＨ，两者在Ｈ轴上投影的重叠部分ＡＢＣＥＦＧ
其中由脱乙烷塔顶抽出的的富含甲乙烷的气体 进入冷箱后被冷却至６２℃左右，进入分离器后的气
液两相分别返回冷箱被原料气加热至２２℃后，经增
为过程内部冷、热流体的换热区，其焓变全部通过换
热器来实现。冷复合曲线上端部分ＧＨ需用公用工
－５６２・
压机加压后送出分馏装置。由脱乙烷塔中部１４板 抽出的富含乙烷的气体进入乙烷产品精馏塔，乙烷
充分挖掘装置的潜力来扩大生产能力是我国天然气 工业的发展趋势。本文将基于夹点技术对ＬＮＧ分 馏装置进行优化分析和节能技术改造研究。
程加热器来加热，ＧＨ在日轴上的投影ＱＨ．岫为该夹 点温差下所需的最小加热公用工程量；热复合曲线 下端部分ＣＤ需用公用工程冷却器来降温，ＣＤ在日 轴上的投影Ｑ。．。ｉ。为最小冷却公用工程量‘１３‘１
表１产品分馏区换热物流基本参数
以产品分馏部分装置为研究对象，运行过程中 重烃产品需要用海水冷凝器进行冷却，脱重烃塔底 需要再沸器进行加热，脱重烃后的气体进入液化单
元进行液化。运用ＨＹＳＹＳ软件对分馏工艺进行模 拟，得出系统工艺参数，将消耗公用工程的换热器物
流参数见表１。由表１可以看出，分馏单元有７股
第３２卷，总第１８８期
《节能技术》
ＥＮＥＲＧＹ ＣＯＮＳＥＲＶＡ耵ＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
ＶｏＬ ３２．Ｓｕｍ．Ｎｏ．１８８ Ｎｏｖ．２０１４．Ｎｏ．６
２０１４年１１月，第６期
夹点技术在ＬＮＧ分馏换热能量优化中的应用
常心洁，陈杰，杨文刚。高玮 （中海石油气电集团有限责任公司技术研发中心液化所，北京１００００７） 摘要：在天然气液化技术工程化研究中，ＬＮＧ分馏工艺较复杂，且设备种类较多，存在热量 利用不充分，公用工程消耗量大的问题，为了节约能源需要对换热网络进行改进。先使用ＨＹＳＹＳ 软件对分馏工艺进行模拟，得出系统工艺参数，分析现有换热网络能量消耗，得到最小换热温差，再 运用夹点技术对分馏区换热网络提出了改造方案。通过改进和优化，充分利用脱乙烷塔底物流的 冷量，将分馏区热公用工程消耗量降低了１５％，冷公用工程消耗量降低了８％，使用夹点技术对系
７
１２０
Ｊ
／
工程有１５％的节能空间，相对于冷公用工程有８％ 的节能空间。
１００
量８０
６０
／。
０
，
／ ／
，ｒ
＼
３．２换热网络的优化和改造 根据上述分析可知，原换热网络中的不合理之 处为：有两台换热器存在穿越夹点换热，用来冷却分 馏处理后气体的冷却器和轻油冷却器出现在夹点之 上，所需的冷量由空气和海水提供，却没有合理利用 分馏系统内部的冷量，这样既增加了冷却公用工程 量，又增加了加热公用工程量，使冷热公用工程设备 的投资都增加了。为了节省公用工程消耗量和节省 公用工程设备投资，充分利用分馏系统内部的热量 和冷量，对系统进行优化改造后的换热流程，严格按 夹点换热理论改造后的换热流程如图４所示。
复合曲线¨０｜。冷、热复合曲线同时表示在ｒ一日图
温干气换热被冷却到一４８℃，通过膨胀机和节流阀 被进一步冷却到一７３℃后，进入脱甲烷塔。被脱去 重烃的干气从脱甲烷塔顶抽出，与原料气换热后，被
压缩机增压至Βιβλιοθήκη ．６ ＭＰａ，之后去液化单元。脱去甲
烷的液态烃从脱甲烷塔底抽出，与原料气换热后进 入脱乙烷塔；由脱乙烷塔底出来的液态烃进人脱丙 烷塔；脱丙烷塔顶抽出丙烷产品，塔底抽出的液态烃
在夹点之下设置加热器，则加热和冷却公用工程量 也均增加。因此，夹点方法的设计原则为：（１）夹点 之上不应设置任何公用工程冷却器；（２）夹点之下 不应设置任何公用工程加热器；（３）不应有跨越夹 点的传热。
２
温度的分布，确定公用工程的等级和用量，可以解决 系统用能的“瓶颈问题”，达到提高生产力、减小设
备投资和节约用水的目的。 将物流的热特性用丁一日图（温一焓图）表示
统工艺和设备参数优化的研究得到了良好的节能效果。
关键词：ＬＮＧ；夹点技术；液化；分馏；能量优化；最小温差；换热
中图分类号：，Ｉ＇Ｅ６４５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—６３３９（２０１４）０６—０５６１—０４
Ａｐｐｕｃａｔｉｏｎ ｏｆ
Ｐｉｎｃｈ Ｐｏｉｎｔ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏ韶ｉｎ Ｅｍｒ韶ＯｐｔｉＩｎｉ勰ｔｉｏｎ
ｌｙ
ｂｙ ｉｍｐｒｏｖｅｒｎｅｎｔ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｈｅａｔｉｎｇ ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ １５％，
ｔｏ
ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｕｔｉｌｉｔｉｅｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ８‘％．Ａｃｃｏｒｄｊｎｇ ｎｏｌｏｇ）ｒ，ｇｏｏｄ
Ｔｒａ璐ｆｅｒ
ｏｆ ＬＮＧ Ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｈｅａｔ
ＣＨＡＮＧ
Ｘｉｎ—ｊｉｅ，ＣＨＥＮ Ｊｉｅ，ＹＡＮＧ Ｗｅｎ—ｇａｎｇ，ＧＡＯ Ｗｅｉ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇ）ｒ Ｏ伍ｃｅ ｏｆ
（“ｑｕｅｆａｃｔｉｏｎ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ锄ｄ
ＤｅＶｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ，
ＣＮＯＯＣ Ｇａｓ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ
Ｐｅ呐ｌｅ啪Ｇ踮）储
Ｇａｓ）储运等单
・５６１・
Ｎａｔｕｒａｌ
万方数据
元，其公用工程消耗包括电力、海水、淡水、蒸汽、燃
料气、仪表空气、氮气、制冷剂和润滑油等…。由于 分馏单元的设备种类和数量最多，在大型天然气液 化工厂中其公用工程消耗量也较大，除压缩机和泵 的电力消耗外，以脱重烃塔底再沸器的蒸汽和产品 冷凝器的海水消耗为主。为了降低天然气液化装置 的能耗，需要优化ＬＮＧ分馏装置的换热网络布局， 因此进一步降低蒸汽和海水的消耗量就成为了分馏 单元的改造目标。在过程节能的时代，夹点技术作 为过程集成方法已经成功地在石油化工行业的炼油 分馏工艺和乙烯生产中取得了显著的节能效 果旧。Ｊ，但用于ＬＮＧ分馏换热能量优化的研究很 少。我国的天然气液化厂规模较小，通过技术改造
ＬＮＧ分馏换热流程简述
原料气经过预处理单元后进人分馏系统，与低
时，热物流（热端）被冷却而降温，冷物流（冷端）被 加热而升温，物流的热量用焓差△Ｈ表示。物流从 ｔ加热或冷却到ｌ，若热容物流ｃｐ可作为常数，则 所传递的总热量为Ｑ＝印（Ｉ—ｔ）＝△Ｈ。在实际 生产系统中，多股热流和多股冷流换热时，将多股热 流合并成一根热复合曲线，多股冷流合并成一根冷
ｔ０
ｓａＶｅ
ｅｎｅｒｇｙ，ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ
ｉｍｐｍＶｅｄ．Ｆｉｒｓｄｙ出ｅ
ｆ｝ａｃｔｉｏｎａ．
ｅｎｅｒ．
ｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｍｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ＨＹＳＹＳ ｓｏｆｈⅣａｒｅ，ｔｈｅｎ ｔｈｅ
热物流和３股冷物流。
运用夹点分析法在温一焓线上绘制冷热复合曲 线，如图２所示。将图２中冷热复合曲线叠加后的 总组合曲线如图３所示。从图２可知，天然气液化 分馏单元冷热复合ｒ一日曲线的最小传热温差为
１５℃，换热网络热物流夹点温度为９８．８℃，冷物流 夹点温度为８３．８℃。由表１可知，穿越热物流夹点