中化集團(tuán)泉州石化27萬(wàn)噸年丙稀晴項(xiàng)目 附錄一 換熱網(wǎng)絡(luò)與節(jié)能設(shè)計(jì)

1、前言換熱網(wǎng)絡(luò)與節(jié)能設(shè)計(jì)通過(guò)優(yōu)先考慮系統(tǒng)中各流股之間的換熱、各流股與不同公用工程種類的搭配，來(lái)實(shí)現(xiàn)最大限度的熱量回收，盡可能提高工藝過(guò)程的熱力學(xué)效率， 從而提高能量利用率、節(jié)約資源與能源。本項(xiàng)目中秉著節(jié)能的理念，設(shè)計(jì)時(shí)考慮現(xiàn)代節(jié)能手段，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出了熱泵精餾系統(tǒng)、雙效變壓精餾塔，大大節(jié)省了能耗。在全流程的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地構(gòu)建全流程換熱網(wǎng)絡(luò)，充分利用各冷熱流股進(jìn)行換熱。此外，使用沸水做換熱介質(zhì)，轉(zhuǎn)換生成的蒸汽用來(lái)作為加熱介質(zhì)，達(dá)到了高品位熱的利用。為使本團(tuán)隊(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)用且符合標(biāo)準(zhǔn)，團(tuán)隊(duì)成員本著認(rèn)真負(fù)責(zé)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，做了大量的資料搜集、設(shè)計(jì)計(jì)算與文檔編寫工作，同時(shí)參考最新標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、數(shù)據(jù)資料、公式和

2、圖表，審校人員反復(fù)多次校審并對(duì)個(gè)別章節(jié)進(jìn)一步完善。本書(shū)由呂鴻洋編寫，最后張超對(duì)內(nèi)容進(jìn)行了審校與完善。本團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)過(guò)程離不開(kāi)赫佩軍老師、丁傳芹老師的辛勤指導(dǎo)與付出，同時(shí)，本團(tuán)隊(duì)得到了中國(guó)石油大學(xué)（華東）張慶冬老師的指導(dǎo)與劉守國(guó)老師、譚雅雯老師的點(diǎn)撥，在此對(duì)他們表示衷心的感謝。中國(guó)石油大學(xué)（華東）火炬設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)2016 年 8 月目錄 HYPERLINK l _TOC_250017 第一章?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)1 HYPERLINK l _TOC_250016 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)概述2 HYPERLINK l _TOC_250015 夾點(diǎn)技術(shù)與 Aspen Energy Analyzer2 HYPERLINK l

3、 _TOC_250014 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案3 HYPERLINK l _TOC_250013 流股信息匯總3 HYPERLINK l _TOC_250012 公用工程規(guī)格的選取5確定最小傳熱溫差5 HYPERLINK l _TOC_250011 丙烯車間熱量集成8 HYPERLINK l _TOC_250010 丙烯腈車間熱量集成11 HYPERLINK l _TOC_250009 精制車間熱量集成12 HYPERLINK l _TOC_250008 全裝置熱量集成14 HYPERLINK l _TOC_250007 換熱網(wǎng)絡(luò)釋義15 HYPERLINK l _TOC_250006 Aspen

4、 模擬示意圖19 HYPERLINK l _TOC_250005 第二章節(jié)能技術(shù)21 HYPERLINK l _TOC_250004 熱泵精餾21 HYPERLINK l _TOC_250003 雙效變壓精餾23 HYPERLINK l _TOC_250002 非均相共沸精餾24 HYPERLINK l _TOC_250001 四效蒸發(fā)24 HYPERLINK l _TOC_250000 丙烯氨氧化反應(yīng)器發(fā)生蒸汽25中化集團(tuán)泉州石化 27 萬(wàn)噸/年丙烯腈項(xiàng)目 換熱網(wǎng)絡(luò)與節(jié)能設(shè)計(jì)TORCH PAGE 19第一章?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)隨著國(guó)家對(duì)于節(jié)能環(huán)保的要求不斷提高，對(duì)裝置進(jìn)行優(yōu)質(zhì)的節(jié)能設(shè)計(jì)是現(xiàn)代一流化

5、工企業(yè)的責(zé)任與優(yōu)勢(shì)?？v觀整個(gè)裝置，產(chǎn)熱量多，溫位較低易造成浪費(fèi)， 給節(jié)能設(shè)計(jì)與能量利用過(guò)程的優(yōu)化帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)。本章通過(guò)用能分析，節(jié)能設(shè)計(jì)與節(jié)能管理，使本設(shè)計(jì)達(dá)到節(jié)能高效的設(shè)計(jì)效果。節(jié)能設(shè)計(jì)方面利用工藝用能三環(huán)節(jié)模型，按照減少過(guò)程，從整個(gè)系統(tǒng)的角度使用能量，抓住優(yōu)化匹配的機(jī)會(huì)，減少不可逆性；同時(shí)注意多次使用能量，減少傳熱溫差，強(qiáng)化傳熱系數(shù)；做到高能高用，低能低用；同時(shí)在管理層面上設(shè)立節(jié)能委員會(huì)等方面提高能量利用效率；依據(jù)以上原則對(duì)本套 27 萬(wàn)噸/年丙烯腈裝置從能量消耗分析過(guò)程反推能量利用過(guò)程的設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目組節(jié)能降耗主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：基于夾點(diǎn)技術(shù)及 Aspen Energy Analyz

6、er V8.4 設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)從而最大化利用廠區(qū)能量，減少公用工程耗量、設(shè)備投資及操作費(fèi)用。本項(xiàng)目丙烯氨氧化反應(yīng)器設(shè)計(jì)為先進(jìn)的流化床反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置盤管，在能量的回收利用環(huán)節(jié)，采用發(fā)生蒸汽回收氨氧化反應(yīng)器放出的大量熱能， 提高用能效率，同時(shí)保持反應(yīng)器處于相對(duì)恒溫的狀態(tài)。本項(xiàng)目在丙烷丙烯分離工段，使用了熱泵精餾技術(shù)，提高了能量的利用效率，將低品位的熱能升級(jí)利用，節(jié)約能量。本項(xiàng)目在丙烯腈精制工段，采用非均相共沸精餾技術(shù)，跨越丙烯腈乙腈水三元共沸的夾點(diǎn)，在提高丙烯腈分離精度的同時(shí)，大大降低了塔的熱負(fù)荷。本項(xiàng)目在乙腈精制工段，采用變壓雙效精餾技術(shù)，實(shí)現(xiàn)兩塔之間的熱聯(lián)合，降低了塔頂冷凝和塔底再沸的負(fù)荷

7、。采用先進(jìn)的變壓吸附技術(shù)分離氫氣，減少了分離的能耗。在工藝方案上，將分水塔塔底出料水作為吸收劑回流至水洗塔，大大降低了工藝用水耗量。在裝置熱工藝物流的冷卻上，本項(xiàng)目采用梯級(jí)冷卻的方式，提高用能效率，減少公用工程用量。換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)概述換熱網(wǎng)絡(luò)是化工工業(yè)過(guò)程能量回收的重要手段，對(duì)化工生產(chǎn)降低能耗有著重要的意義。合理的把冷熱物流匹配在一起，充分地利用熱物流去加熱冷物流，提高系統(tǒng)的熱回收能力，盡可能地減少公用工程（如蒸汽、冷卻水等）輔助加熱和冷卻負(fù)荷，無(wú)疑將提高整個(gè)過(guò)程系統(tǒng)的能量利用率和經(jīng)濟(jì)性。本項(xiàng)目組以?shī)A點(diǎn)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用 Aspen Energy Analyzer 進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)模擬，最大化的利用廠

8、區(qū)能量，減少公用工程用量，合理優(yōu)化并確定出具有較小或最小的設(shè)備投資費(fèi)用和操作費(fèi)用，且滿足把每個(gè)過(guò)程物流由初溫達(dá)到規(guī)定目標(biāo)溫度的換熱網(wǎng)絡(luò)。夾點(diǎn)技術(shù)與 Aspen Energy Analyzer夾點(diǎn)技術(shù)從整個(gè)過(guò)程系統(tǒng)出發(fā)，選用年總費(fèi)用最低、設(shè)備投資費(fèi)用最少、熱量回收率最大，換熱器數(shù)目最少等作為經(jīng)濟(jì)目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)綜合分析設(shè)備投資費(fèi)用，項(xiàng)目操作費(fèi)用，確定流程最小傳熱溫差，采用組合溫 -焓曲線或問(wèn)題表法得出夾點(diǎn)溫度，從而確定最小加熱公用工程量及最小冷卻公用工程量，通過(guò)夾點(diǎn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則找出流程中不合理的換熱過(guò)程及換熱設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，從而使換熱網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最優(yōu)。Aspen Energy Analyzer 為 Aspe

9、n One 工程的能量分析模塊，目的為幫助用戶實(shí)現(xiàn)熱集成及換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，運(yùn)用換熱網(wǎng)絡(luò)概念設(shè)計(jì)功能強(qiáng)大的工藝設(shè)計(jì)包， 提供了夾點(diǎn)分析和換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的環(huán)境，主要基于夾點(diǎn)技術(shù)應(yīng)用 Aspen Energy Analyzer 進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的合成與優(yōu)化。換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)主要步驟為確定公用工程情況；確定換熱網(wǎng)絡(luò)流股，利用流股數(shù)據(jù)做出流股的組合溫焓圖及總組合曲線；確定最適宜的最小傳熱溫差；構(gòu)建和優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)。換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案流股信息匯總利用 Aspen Energy Analyzer 軟件自動(dòng)導(dǎo)入 Aspen Plus 中模擬的總流程信息， 并適當(dāng)修改和補(bǔ)充部分物流信息，確認(rèn)無(wú)誤后，再進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，總流

10、程 流股信息提取見(jiàn)表 1-1。namechaInlet TOutlet TMCpEnthalpyFlowRate表 1-1 換熱流股信息表ngeKJ/h*MWKg/h106_To_107104.7840.0018885.220.342558.8660_To_HCN67.5840.0010167.740.083626.6711_To_12553.2298.001018496.88128.79271399.2674_To_7563.4458.321487319.642.113229.96LP_To_SC170.48170.432.103693.1351_To_S51153.6320.0021106

11、8.387.8346845.91100_To_102109.14109.274.5139826.19Q18_To_Q19250.36250.41114.96241795.89Q1_To_Q2250.36250.4111.8124834.9636_To_S1360.00240.00106460.605.3250781.173_To_5(13.75)300.00251900.7721.95106401.388_To_S9121.62250.0034443.231.2333466.46S11_To_S12121.62240.00215080.997.07209165.3821_To_2348.654

12、8.6255.14697215.1433_To_34(25.77)60.00122724.412.9234687.2995_To_96172.69172.3141860247.14.4116237.4317_To_18285.1250.00264594.3417.28130159.9938_To_39450.00130.00351640.2331.26259964.27S34_To_2970.2959.282947471.329.02806176.5227_To_2827.6436.6919911675.150.07806176.52S53_To_5319.4150.02462898.293.

13、94130273.67續(xù)表 1-187_To_8871.2135.007910.560.08309.6970_To_7283.0871.56593392.451.902968.58S47_To_4755.4620.00118967.761.1729149.7766_To_68126.84100.93171284.381.232075.9689_To_AN86.5040.0079362.601.0334118.2563_To_65151.72131.72129057.170.721564.52108_To_10982.36165.0022792.430.526669.62F0101_Feed_T

14、o_6268.5600.001042592.6763.16237912.9256_To_S56119.9180.00270988.763.0075626.3749_To_50305.7920.00445274.9735.35225353.0592_To_9396.1385.00327648.191.0139223.4842_To_4479.0455.003070801.8520.51249706.9683_To_8476.0835.001103390.8112.5949284.34To ReboilerT0703_TO_90105.33105.812267496.740.303254.04Co

15、ndenserT0505_TO_6067.9967.5833.92129989.63To ReboilerT0203_TO_2063.4563.789.61240864.13To ReboilerT0505_TO_78116.58115.0347.10231290.19To CondenserT0203_TO_192.10(76.60)760533.8216.63136176.35To CondenserT0801_TO_9481.2880.9034275147.43.6313106.05To ReboilerT0701_TO_9188.29101.0723584600.83.67238866

16、.73To CondenserT0503_TO_54114.7051.5792974.871.6310671.63To ReboilerT0503_TO_55148.21148.710.00125477.82To CondenserT0701_TO_7980.4980.4585.34355452.23To ReboilerT0702_TO_8986.3886.5013.74118178.42CondenserT0504_TO_56139.67119.915053300.4127.73105876.91To ReboilerT0504_TO_57153.30153.3937.16113441.1

17、6To ReboilerT0802_TO_105193.92193.964.5232928.72公用工程規(guī)格的選取根據(jù)福建泉州市當(dāng)?shù)啬曜罡咚疁?，公用工程循環(huán)冷卻水入水溫度為 30， 回水溫度 40；低溫水進(jìn)水溫度 7，回水溫度 20；加熱蒸汽選 0.3Mpa 低壓蒸汽，0.8Mpa 低壓蒸汽，2.5Mpa 中壓蒸汽。公用工程名稱變化入口溫度出口溫Effective Cp（kJ/kg ）表 1-2 公用工程信息表度Cooling Water30404.183LP Steam 11331312132HP Steam2242231703.1Cold water7204.183LP Steam 217

18、21701993C2H4-103-1012112裝置中同時(shí)需要配備，非凈化壓縮風(fēng)，儀表風(fēng)，氮?dú)猓琅菽裙霉こ蹋?具體規(guī)格見(jiàn)下表所示。5循環(huán)冷卻水6低溫水供水壓力：0.4-0.5MPaG，溫度：30； 回水壓力：0.2-0.25MPaG，溫度：40；供水壓力：0.4-0.5MPaG，溫度：7；表 1-3 公用工程規(guī)格表序號(hào)名稱主要規(guī)格1低壓蒸汽壓力：0.3MPa2低壓蒸汽壓力：0.8MPa3中壓蒸汽壓力：2.5MPa4電380V/50HZ，三相四線；頻率：50Hz回水壓力：0.2-0.25MPaG，溫度：20；6氮?dú)鈮毫Γ?.8-0.5MPaG，溫度：407非凈化風(fēng)壓力：0.8-0.4MP

19、aG，溫度：408儀表空氣壓力：0.8-0.5MPaG，溫度：401.3.3確定最小傳熱溫差最小傳熱溫差Tmin 設(shè)計(jì)要同時(shí)兼顧生產(chǎn)實(shí)際、公用工程用量、換熱器個(gè)數(shù)以及管程數(shù)目等眾多因素。理論上換熱網(wǎng)絡(luò)的平均溫差越小，裝置回收的熱量越多，能耗越少，但是所需的傳熱面積將越大，設(shè)備投資費(fèi)用越高。通過(guò) Aspen Energy Analyzer V8.4 分析操作費(fèi)用指標(biāo)、設(shè)備費(fèi)用指標(biāo)與最小傳熱溫差關(guān)系。圖 1-1 操作費(fèi)用指標(biāo)，設(shè)備費(fèi)用指標(biāo)與最小傳熱溫差的關(guān)系如圖 1-1 所示，隨著最小傳熱溫差的增加，操作費(fèi)用指標(biāo)逐漸增加，設(shè)備費(fèi)用指標(biāo)逐漸減少。通過(guò) Aspen Energy Analyzer V

20、8.4 分析總投資費(fèi)用指標(biāo)與最小傳熱溫差關(guān)系，結(jié)果如圖 1-2 所示。圖 1-2 項(xiàng)目總投資目標(biāo)曲線在換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中，Tmin的取值對(duì)能量的回收和系統(tǒng)的投資運(yùn)行費(fèi)用有直接影響。Tmin 取值較小，系統(tǒng)回收熱量多，冷、熱公用工程費(fèi)用小， 但換熱面較大，系統(tǒng)造價(jià)高； T min 取值較大，系統(tǒng)回收熱量小，冷、熱公用工程的費(fèi)用大， 但換熱面積小，系統(tǒng)設(shè)備投資小。根據(jù)項(xiàng)目總投資目標(biāo)最小原則選取最小傳熱溫差為 25。圖 1-3 流程總復(fù)合曲線圖 1-4 公用工程復(fù)合曲線由 T-H 圖可以看出，系統(tǒng)在較大的焓值區(qū)間有較好的換熱潛力，通過(guò)軟件確定出夾點(diǎn)溫度，之后可進(jìn)行物流之間的換熱匹配，根據(jù)夾點(diǎn)原理，系統(tǒng)

21、可以實(shí)現(xiàn)最大程度的熱量集成。綜合考慮系統(tǒng)中物流換熱潛力、物流性質(zhì)、以及物流輸送，即可進(jìn)行物流之間的換熱匹配，在物流間的換熱設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要考慮設(shè)備個(gè)數(shù)，以及由于換熱面積所產(chǎn)生的設(shè)備投資費(fèi)用。在設(shè)計(jì)完所有的物流間換熱后，其余的物流換熱則通過(guò)冷熱公用工程實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而完成整個(gè)系統(tǒng)的全部換熱。本項(xiàng)目中，將換熱網(wǎng)絡(luò)分為三個(gè)車間分別進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化，最后完成全廠的熱量集成與能量?jī)?yōu)化。丙烯車間熱量集成在各項(xiàng)基本信息整理完畢后，首先做出了丙烯脫氫與氨氧化反應(yīng)工段的流程總復(fù)合曲線，由圖 1-5 可見(jiàn)系統(tǒng)在較大的焓值區(qū)間有較好的換熱潛力，將 case 文件轉(zhuǎn)為 project 文件，在未進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)前，流程中所

22、有的冷卻，加熱單元使用冷熱公用工程，換熱網(wǎng)格圖如圖 1-6 所示。圖 1-5 丙烯車間總復(fù)合曲線圖 1-6 丙烯車間公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)本項(xiàng)目使用 Aspen Energy Analyzer 軟件為計(jì)算機(jī)輔助工具，對(duì)夾點(diǎn)上方的熱物流及夾點(diǎn)下方的冷物流進(jìn)行匹配，避免夾點(diǎn)異側(cè)的物流進(jìn)行換熱。通過(guò)Aspen Energy Analyzer 的推薦設(shè)計(jì)功能，生成 20 種合理?yè)Q熱網(wǎng)絡(luò)方案，如表 1-4 所示。表 1-4 集成換熱方案及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)Total Cost方案IndexCost/sAream2unitsshellsCap.CostHeatingCoolingOp.Cost IndexCostMWMW

23、IndexCost/sA_Design3 A_Design16 A_Design19 A_Design9 A_Design23 A_Design13 A_Design22 A_Design12 A_Design4 A_Design17 A_Design7 A_Design25 A_Design15 A_Design10 A_Design20 A_Design24 A_Design14 A_Design18 A_Design8 A_Design5 A_Design11 A_Design210.4513280.4513280.442440.442440.4296790.4296790.379949

24、0.3799490.3694710.3694710.3694710.3658520.3658520.3629770.3629770.3587740.3587740.3512930.3512930.3512930.3440290.34402986698.053086698.053083543.512483543.512479940.642579940.642563270.12663270.12658715.742758715.742758715.742756440.492556440.492555082.912755082.912754179.192554179.192550934.522350

25、934.522350934.522348692.492248692.49222792792642642492491541541481481481521521511511381381331331331171172422585924225859233556292335562922106253221062531723733417237334162114971621149716211497158570811585708115575608155756081516413215164132144316701443167014431670137204611372046115.7215.7215.7215.72

26、15.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7215.7226.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.0926.090.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20390.20

27、390.20390.20390.20390.20390.2039根據(jù)表 1-4 數(shù)據(jù)，以總費(fèi)用最小為目標(biāo)選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，系統(tǒng)自動(dòng)推薦的方案（A_Design21）換熱網(wǎng)絡(luò)如圖 1-7 所示圖 1-7 A_Design21 換熱網(wǎng)絡(luò)圖Aspen Energy Analyzer 生成的換熱網(wǎng)絡(luò)方案未考慮部分換熱器換熱面積不合理、設(shè)備之間長(zhǎng)距離輸送換熱導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用巨大等實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題，本團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。設(shè)計(jì)過(guò)程中主要本著以下原則：與精餾塔冷凝器、再沸器關(guān)聯(lián)的換熱流股不分流；避免長(zhǎng)距離換熱流股輸送；避免流股大量分割；減少換熱設(shè)備數(shù)量。圖 1-8 丙烯車間換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化圖優(yōu)化后的

28、換熱網(wǎng)絡(luò)如圖 1-8 所示。分析可知，此網(wǎng)絡(luò)更加適合國(guó)內(nèi)的實(shí)際建設(shè)、生產(chǎn)過(guò)程。丙烯腈車間熱量集成基本信息整理完畢后，同理，做出了丙烯腈粗分離工段的流程總復(fù)合曲線， 由圖 1-9 可見(jiàn)系統(tǒng)在較大的焓值區(qū)間有較好的換熱潛力，將 case 文件轉(zhuǎn)為 project 文件，在未進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)前，流程中所有的冷卻，加熱單元使用冷熱公用工程，換熱網(wǎng)格圖如圖 1-10 所示：圖 1-9 丙烯腈粗分離工段總復(fù)合曲線圖 1-10 丙烯腈粗分離工段公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)本團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。設(shè)計(jì)過(guò)程中主要本著以下原則：與精餾塔冷凝器、再沸器關(guān)聯(lián)的換熱流股不分流；避免長(zhǎng)距離換熱流股輸送；避免流股大

29、量分割；減少換熱設(shè)備數(shù)量。解決換熱器換熱面積不合理、設(shè)備之間長(zhǎng)距離輸送換熱導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用巨大等實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題。圖 1-11 丙烯腈粗分離工段換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化圖優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)如圖 1-11 所示。分析可知，此網(wǎng)絡(luò)更加適合國(guó)內(nèi)的實(shí)際建設(shè)、生產(chǎn)過(guò)程。精制車間熱量集成基本信息整理完畢后，同理，做出了精制車間的流程總復(fù)合曲線，由圖 1-12 可見(jiàn)系統(tǒng)在較大的焓值區(qū)間有較好的換熱潛力，將 case 文件轉(zhuǎn)為 project 文件， 在未進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)前，流程中所有的冷卻，加熱單元使用冷熱公用工程，換熱網(wǎng)格圖如圖 1-13 所示：圖 1-12 精制車間總復(fù)合曲線圖 1-13 精制車間公用工程換熱網(wǎng)絡(luò)本團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目

30、設(shè)計(jì)階段對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，設(shè)計(jì)過(guò)程中主要本著以下原則與精餾塔冷凝器、再沸器關(guān)聯(lián)換熱流股不分流；避免長(zhǎng)距離換熱流股輸送；避免流股大量分割；減少換熱設(shè)備數(shù)量。解決換熱器換熱面積不合理、設(shè)備之間長(zhǎng)距離輸送換熱導(dǎo)致設(shè)備費(fèi)用巨大等實(shí)際生產(chǎn)問(wèn)題。圖 1-14 精制車間換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化圖優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)如圖 1-14 所示。分析可知，此網(wǎng)絡(luò)更加適合國(guó)內(nèi)的實(shí)際建設(shè)、生產(chǎn)過(guò)程。全裝置熱量集成根據(jù)分車間的熱量集成與能量?jī)?yōu)化，得到單個(gè)車間的換熱網(wǎng)絡(luò)，最后將三個(gè)車間流股集成換熱，實(shí)現(xiàn)能量利用的最大化和經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)化，本裝置所有參與換熱的流股完全以公用工程形式換熱的網(wǎng)絡(luò)如圖 1-15 所示：圖 1-15 全裝置公用工

31、程換熱網(wǎng)絡(luò)本團(tuán)隊(duì)在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，除去回路，不經(jīng)濟(jì)的小換熱器，距離太遠(yuǎn)管路成本過(guò)高的換熱器，綜合三個(gè)車間的換熱網(wǎng)絡(luò)，最終得到全流程的換熱網(wǎng)絡(luò)如圖 1-16 所示：圖 1-16 全裝置換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化圖換熱網(wǎng)絡(luò)釋義自最后一級(jí)丙烷脫氫反應(yīng)器先與進(jìn)入氫氣選擇性氧化反應(yīng)器的空氣預(yù)熱，再與脫氫進(jìn)料的丙烷換熱后，再與塔 T0701 丙烯腈乙腈分離塔再沸供熱后， 利用循環(huán)水冷卻至 98，進(jìn)入閃蒸罐 V0201；圖 1-17 脫氫反應(yīng)器進(jìn)出料換熱壓縮機(jī)C0201 出口物流給 T0203 深冷分離塔再沸后，用循環(huán)水冷卻至50，進(jìn)入 T0203 深冷分離塔。圖 1-18 壓縮機(jī)出口換熱熱泵精餾的換

32、熱流程，熱泵精餾塔 T0301 塔底物料經(jīng)節(jié)流后給塔頂出料冷凝，塔底物流氣化后，經(jīng)壓縮機(jī) C0301 壓縮后冷凝，在閃蒸罐中汽液分離， 氣相返塔，液相丙烷循環(huán)回丙烷脫氫反應(yīng)器，塔頂氣相經(jīng)冷凝后一部分回流，一部分作為下一工段原料送至丙烯氨氧化反應(yīng)器。圖 1-19 熱泵精餾丙烯氨氧化反應(yīng)器出料換熱流程，氨氧化反應(yīng)器出料先給反應(yīng)器進(jìn)料的空氣預(yù)熱至 240，空氣預(yù)熱換熱器為 E0403，再通過(guò)換熱器 E0402 給丙烯與氨氣的混合氣體預(yù)熱，預(yù)熱溫度至240，再經(jīng)換熱器E0401 給反應(yīng)進(jìn)料丙烯預(yù)熱，丙烯預(yù)熱至 60，最后經(jīng)循環(huán)水冷卻后進(jìn)入急冷塔。圖 1-20 氨氧化反應(yīng)器進(jìn)出料換熱分水塔 T0504

33、塔底出料為水，物流經(jīng)換熱器 E0505 給初餾塔 T0503， 換熱后經(jīng)低溫水冷卻后進(jìn)入水洗塔的工藝水。圖 1-21 初餾塔進(jìn)料換熱器分水塔與氫氰酸精餾塔的雙效精餾，通過(guò)分水塔塔頂氣相給氫氰酸精餾塔再沸供熱，塔頂氣相再經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻后，一部分回流，一部分出料作為氫氰酸精餾塔的精餾，實(shí)現(xiàn)兩塔之間的熱聯(lián)合。圖 1-22 雙效精餾乙腈精制工段使用雙效變壓精餾技術(shù)，通過(guò)常壓精餾塔和高壓精餾塔的熱聯(lián)合，高壓精餾塔 T0802 塔頂氣相通過(guò)換熱器 E0804 與常壓精餾塔塔底液換熱，塔頂氣相部分回流，部分流回常壓精餾塔 T081 經(jīng)換熱后，加熱進(jìn)入閃蒸罐，氣相回流至常壓精餾塔塔底，液相出料。圖 1-23

34、變壓雙效精餾流程在未進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)之前，需要的公用工程量較大，熱量損失明顯，設(shè)備費(fèi)用與操作費(fèi)用較高，費(fèi)用指標(biāo)如表 1-5 所示，進(jìn)行了換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)后，各項(xiàng)指標(biāo)均有改善，結(jié)果如表 1-6 所示。表 1-5 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)前費(fèi)用指標(biāo)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)指數(shù)換熱效果項(xiàng)目HEN加熱(Cost/s)0.9790加熱（MW）381.4冷卻(Cost/s)0.2472冷卻（MW）666.3操作費(fèi)用(Cost/s)1.226設(shè)備數(shù)量43設(shè)備費(fèi)用(Cost)20820000殼程數(shù)量164總費(fèi)用(Cost/s)1.439總換熱面積（m2）63670由 1-5 可看出 ，在未進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化設(shè)計(jì)前，裝置的加熱、冷卻公

35、用工程的量較大 ，同時(shí)操作費(fèi)用，設(shè)備費(fèi)用也相對(duì)較高。由此可知換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)有著顯著效果，有助于熱量的多級(jí)高效利用，降低運(yùn)行成本，更加經(jīng)濟(jì)合理。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)換熱效果項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)指數(shù)項(xiàng)目HEN加熱(Cost/s)0.3923加熱（MW）126.6表 1-6 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)后費(fèi)用指標(biāo)冷卻(Cost/s)0.1686冷卻（MW）296.2操作費(fèi)用(Cost/s)0.5608設(shè)備數(shù)量42設(shè)備費(fèi)用(Cost)19190000殼程數(shù)量179總費(fèi)用(Cost/s)0.7569總換熱面積（m2）69040由上述可知，通過(guò)集成換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，加熱蒸汽用量降低了66.8%，公用工程加熱費(fèi)用指標(biāo)較原公用工程量加熱費(fèi)用

36、指標(biāo)下降了 59.92%，冷卻公用工程降低了 55.55%，公用工程冷卻費(fèi)用指標(biāo)較原公用工程量冷卻費(fèi)用指標(biāo)下降了 31.8%，總費(fèi)用消耗降低了 47.40%；能量消耗大幅減少，換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)有效。Aspen 模擬示意圖在換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)后，本項(xiàng)目利用 Aspen Plus 對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬，模擬結(jié)果如圖 1-24 所示，并將優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)全部添加到總流程當(dāng)中，全流程模擬如圖 1-25 所示：圖 1-24 換熱網(wǎng)絡(luò)的 Aspen Plus 模擬中化集團(tuán)泉州石化 27 萬(wàn)噸/年丙烯腈項(xiàng)目 換熱網(wǎng)絡(luò)與節(jié)能設(shè)計(jì)圖 1-25Aspen 模擬示意圖中化集團(tuán)泉州石化 27 萬(wàn)噸/年丙烯腈項(xiàng)目 換熱網(wǎng)絡(luò)與節(jié)能設(shè)

37、計(jì)TORCH PAGE 27第二章節(jié)能技術(shù)熱泵精餾熱泵是以消耗一定量的機(jī)械功為代價(jià)，把低溫位熱能提高到可以被利用的程度。由于所獲得的可利用熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)輸入系統(tǒng)的能量，因而可以節(jié)能。熱泵精餾通過(guò)提高精餾過(guò)程中一部分能量的等級(jí)，用于自身的再沸器加熱。如圖2-1 為塔頂氣相壓縮式熱泵精餾流程，以塔頂氣相為工質(zhì)，利用壓縮機(jī)使塔頂氣相的溫度提高一個(gè)能級(jí)，從而能夠給塔底物料的汽化提供能量。蒸汽壓縮式熱泵精餾結(jié)構(gòu)通常可用于：塔頂和塔底溫差較小的精餾塔；被分離物質(zhì)沸點(diǎn)相近的難分離系統(tǒng)。2進(jìn)料1345P-121-精餾塔；2-壓縮機(jī)；3-節(jié)流閥；4-輔助冷卻器；5-換熱器 圖 2-1 塔頂氣相壓縮式熱泵精餾流程丙

38、烷丙烯分離塔（T0301），經(jīng)模擬單塔模擬塔頂溫度為 48.65，塔底溫度為 59，溫差僅為 10.35，可見(jiàn)塔頂與塔底溫差較小。而且該塔的作用是分離丙烷丙烯，兩者常壓下沸點(diǎn)接近。因此均滿足使用熱泵精餾的條件，故常壓精餾塔宜采用熱泵精餾進(jìn)行節(jié)能。丙烷丙烯分離塔熱泵精餾模擬流程圖如圖 2-2 所示，由于塔頂?shù)臍庀喈a(chǎn)品溫度與塔底相差較小，我們通過(guò)對(duì)塔頂?shù)臍庀喈a(chǎn)品利用機(jī)械工進(jìn)行稍加壓縮，以犧牲少量的機(jī)械工為代價(jià)，壓縮塔頂氣相以提升塔頂產(chǎn)物的能量等級(jí)，隨后通過(guò)換熱器與塔底產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)換熱，換熱后的塔頂產(chǎn)物再經(jīng)過(guò)減壓閥以及冷卻器后部分回流。通過(guò)此過(guò)程實(shí)現(xiàn)了對(duì)原本普通精餾塔的改良，省去了塔底的再沸器、大大減小

39、了塔頂冷凝器的負(fù)荷，從而實(shí)現(xiàn)能量的充分利用。2-2 熱泵精餾塔模擬流程圖6050403020100加熱能耗冷卻能耗普通精餾熱泵精餾在對(duì)常規(guī)丙烷丙烯精餾塔 T0301 的模擬中，塔頂冷卻能耗為 56.51 MW，塔底加熱能耗為 55.44MW。熱泵精餾中壓縮機(jī)電耗為 13.47 MW，輔助冷卻器冷卻能耗為 14.09 MW。機(jī)械能和電能是比熱能更高價(jià)值的能量形式，電熱轉(zhuǎn)換系數(shù)約為 3.29，因此熱泵精餾加熱能耗為 44.31MW。普通精餾與熱泵精餾能耗對(duì)比， 塔頂冷凝器節(jié)能 75.07%，塔底再沸器節(jié)能 20.06%，塔總節(jié)能 47.82%。圖 2-3 熱泵精餾塔節(jié)能對(duì)比雙效變壓精餾多效精餾是化

40、學(xué)工業(yè)中較為常見(jiàn)的一種精餾節(jié)能措施，通過(guò)擴(kuò)展工藝流程， 來(lái)降低精餾操作能耗的一種途徑。其基本原理是重復(fù)使用精餾塔的能量，以提高熱力學(xué)效率。具體做法是以多塔代替單塔，即將一個(gè)分離任務(wù)分解為由若干操作壓力不同的塔來(lái)完成，將前幾塔頂蒸汽作為次級(jí)塔底再沸器的加熱蒸汽，以此類推直至最后一個(gè)塔。其節(jié)能的關(guān)鍵是要選擇適宜的各塔操作壓力，其中應(yīng)用最普遍的是雙效精餾。項(xiàng)目中乙腈精制工段使用雙效變壓精餾分離乙腈和水，由于雙效變壓精餾中高壓精餾塔（T0802）塔頂不設(shè)置冷凝器，常壓精餾塔（T0801）不設(shè)置再沸器， 通過(guò)兩股物料直接換熱，大大節(jié)省了冷熱公用工程量的消耗，因此具有非常明顯的節(jié)能效果。對(duì)于雙效變壓精餾，具體模擬截圖如圖 1-22 所示，普通變壓精餾模擬截圖如圖 2-4 所示。圖 2-4 普通變壓精餾模擬示意圖對(duì)于雙效變壓精餾，高壓精餾塔和低壓精餾塔共消耗冷公用工程 3.