換熱過程背景與hextran功能概要

HEXTRAN與過程熱集成主要內(nèi)容換熱過程背景與HEXTRAN功能概要HEXTRAN計算步驟換熱器的設計計算夾點技術的基礎理論換熱器網(wǎng)絡的合成換熱網(wǎng)絡優(yōu)化換熱過程背景

與

HEXTRAN功能概要換熱過程背景化工企業(yè)三個子系統(tǒng)化學裝置（ChemicalPlant）換熱器網(wǎng)絡（HeatExchangerNetwork）公用工程（UtilitySystem）節(jié)能的關鍵在于提高各個子系統(tǒng)用能的合理性和各子系統(tǒng)間能量匹配的合理性。換熱器網(wǎng)絡是設備種類單一的子系統(tǒng)，除了設備性能繼續(xù)得到改進外，該子系統(tǒng)的綜合一直受到很多關注?；瘜W

裝置換熱

網(wǎng)絡公用

工程過程開發(fā)的三個層次過程合成（ProcessSynthesis）

過程集成（ProcessIntegration）

全局過程集成（TotalSiteIntegration）

過程集成全局過程集成化學

裝置換熱

網(wǎng)絡公用

工程過程合成熱力學定理熱力學—研究自然界中與熱現(xiàn)象有關的各種狀態(tài)變化和能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律的科學。第一定律：能量轉(zhuǎn)化在數(shù)值上守恒第二定律：過程按能量品位降低的方向進行應用：運用第一定律，可以建立熱和功之間的定量關系；運用第一、二定律，研究過程的方向和限度。換熱過程的經(jīng)濟性對于變溫熱源，熱量Q的最大做功能力為：(卡諾循環(huán))恒壓下，對于單純的換熱過程，δQ=dH=CpdT代入上式：其中，T1，T2分別為流體的初溫和終溫由上式可知，相同的環(huán)境溫度下T0，相同的熱量Q，熱力學平均溫度Tm越大，做功能力越大。換熱過程的經(jīng)濟性對于換熱過程，假設沒有換熱器的散熱損失。根據(jù)熱力學第一定律,高溫流體給出的熱量QH即為低溫流體得到的熱量QL：|QH|=|QL|=Q傳熱前，熱量QH的最大做功能力為：傳熱后，熱量QL的最大做功能力為：傳熱過程的損耗功應是：換熱設備即使沒有散熱損失，熱量在數(shù)量上完全回收仍然有功損耗換熱過程的經(jīng)濟性當環(huán)境溫度T0、傳熱量Q和傳熱平均溫度之積(THm*TLm)恒定時，損耗功與傳熱溫差成正比關系，即能耗費用隨傳熱溫差減小而降低。對于一定的傳熱量，為減少溫差必須增加傳熱面積，導致設備投資增加，存在能耗費用與投資費用的矛盾。換熱過程的經(jīng)濟性在傳熱量Q和傳熱溫差相同時，損耗功與流體的傳熱平均溫度之積成反比，顯然低溫傳熱的損耗功要比高溫的大。高溫傳熱允許有較大的傳熱溫差，低溫傳熱允許的溫差較小。

換熱過程節(jié)能的主要方向是減少傳熱溫差，盡量做到溫位匹配最優(yōu)溫度差在設計過程中，我們常常規(guī)定一個最小溫度差ΔTmin，來決定兩個物流是否能進行換熱。ΔTmin→∞換熱面積趨于零，公用工程最大ΔTmin→0換熱面積最大，公用工程需求最小，當溫差下降一定溫度時，冷熱物流完全換熱，需要公用工程提供換熱的冷量或熱量，此溫度稱為閾值溫度。ΔTmin取值是針對投資和公用工程統(tǒng)一優(yōu)化的結(jié)果。推薦的換熱溫差

(KingC.J.,SeparationProcesses.2nded.)介質(zhì)類別終端溫差℃冷劑：-101℃2.5～3-70℃～-75℃3～4-55℃～-62℃3～5-40℃～-41℃4～5-23℃～-24℃5～60℃～20℃5～10冷卻水5～20鍋爐水20～40空氣20～50能源與設備投資的比價在實際開發(fā)過程中，各種方案最直接體現(xiàn)的是能源利用量和設備投資的不同。在不同時代，能源與設備投資的比價等技術經(jīng)濟條件也發(fā)生了重大變化。能源與設備的比價上升了21倍之多能源價格驟升，能量消耗在經(jīng)濟性指標中的比重越來越大，促使人們將更多的目光投向了節(jié)省能量的過程開發(fā)方法上。時間原油鋼材20世紀70年代3美元（6人民幣）/桶3000元/噸2014年100美元（650人民幣）/桶15000元/噸換熱網(wǎng)絡熱集成換熱網(wǎng)絡熱集成熱力學方法 夾點分析PDM (PinchDesignMethod)數(shù)學規(guī)劃法人工智能專家系統(tǒng)窄點挾點夾點分析PDM最小傳熱溫差夾點技術的核心是以熱力學為基礎，結(jié)合優(yōu)化計算，充分利用換熱網(wǎng)絡和公用工程之間的聯(lián)系，引入夾點允許最小傳熱溫差這一重要的決策變量。根據(jù)能量目標構(gòu)造一個具有最大能量回收特性的換熱初始網(wǎng)絡，其基本點是找出夾點位置，禁止通過夾點傳遞熱量再以設備投資費用和操作費用最小為目標，對初始網(wǎng)絡進行調(diào)優(yōu)，從而獲得一個最優(yōu)或接近最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡。夾點的出現(xiàn)限制了冷熱物流間的進一步熱量交換，同時，夾點也將換熱網(wǎng)絡分成兩部分，夾點之上和夾點之下。夾點之上只能引入熱公用工程夾點之下只能引入冷公用工程熱和功的集成－熱泵熱泵是一種把熱量從低溫端送向高溫端的系統(tǒng)，是一種節(jié)能設備。它消耗一部分高質(zhì)量的能量，通過熱力循環(huán)，把自然環(huán)境或生產(chǎn)排放出的余熱加以挖掘進行利用。熱泵的效率熱泵的操作費用取決于驅(qū)動壓縮的機械能或者電能的費用，熱泵的經(jīng)濟性能是已消耗單位功量Ws所取得的供熱量來衡量的，稱為制熱系數(shù)ω。對于可逆熱泵（逆卡諾循環(huán)）的制熱系數(shù)為：由于實際過程中，壓縮機運轉(zhuǎn)總是有一定的機械能效率、工質(zhì)流動過程中摩擦起熱及漏熱造成實際熱泵制熱系數(shù)要小于可逆熱泵的制熱系數(shù)，能效系數(shù)COP值。熱泵的效率例：某空調(diào)器低溫制熱量為5230W，低溫制熱輸入功率為2235W，則其COP值為5230/2235=2.34，其從環(huán)境中吸收的熱量為2995W假定改用電加熱，則它得到的熱量與消耗的電量是相等的，因此熱泵是一種比較合理的供熱裝置。熱泵熱水器采用空調(diào)產(chǎn)品中逐漸成熟的空氣源熱泵技術，吸收環(huán)境中的熱量，通過逆卡諾循環(huán)工作原理加熱用水。熱泵熱水器的耗電量只需電熱水器的1/4左右?；瘜W工業(yè)中的熱泵燃料價格提高，為了提高熱力學效率，允許利用同一精餾塔的塔底液體冷凝塔頂蒸汽。當節(jié)省的冷凝和蒸發(fā)的公用工程費用及熱交換器的購置費用超過與壓縮機相關的操作費用和購置費用時，這種設計就更具優(yōu)越性。熱和功的集成－熱機許多化學反應都是放熱反應，放出的熱量不僅數(shù)量大而且溫度較高，這是一種寶貴的余熱資源。應該先用功后用熱。熱機是從高溫熱源吸收熱量，將其一部分轉(zhuǎn)化為功對外輸出，一部分剩余熱量在低溫下輸出。熱和功的集成－熱機熱機的概念和例子煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)合理用能的基本原則總原則是“按需用能，按質(zhì)用能”要能盡其用，防止能量的無償降級采用最佳推動力原則按能量級別綜合利用能量Q=K*A*MTDK

由傳熱過程總熱阻的大小來決定，受換熱器內(nèi)外部液體的流動 狀態(tài)、換熱面的形狀及尺寸等的影響。A

采用單位體積傳熱面積比較大的翅片管、波紋管、板翅傳熱面等 材料，使單臺設備的單位體積的傳熱面積明顯提高，充分達到換 熱設備高效、緊湊的目的。MTD

傳熱溫差的增大將使整個熱力系統(tǒng)的不可逆性增加，降低了熱力 系統(tǒng)的可用性。換熱過程及總體效率模擬軟件的功能通過以下方面增加收益：減少能量消耗更好地利用可用能量減少投資增加生產(chǎn)能力HEXTRAN如何實現(xiàn)?...通過下面的方法改進換熱設備操作性能換熱器校核與設計過程中改進換熱系數(shù) 通過優(yōu)化流股分割減少公用工程消耗詳細的經(jīng)濟評價選項通過多變量數(shù)據(jù)回歸調(diào)和工廠數(shù)據(jù)通過下面的方法提高換熱網(wǎng)絡效率使用目標法計算理論的熱量回收合成得到最佳的換熱網(wǎng)絡使用換熱面積投資回報優(yōu)化分析添加額外的換熱面積使用換熱器評價法判定換熱設備的性能HEXTRAN的功能單一換熱器—校核/設計HTRI/HTFS的接口夾點技術能量回收目標法/換熱網(wǎng)絡合成優(yōu)化流股分割優(yōu)化換熱面積投資回報優(yōu)化清潔循環(huán)優(yōu)化數(shù)據(jù)調(diào)適/回歸背景知識－HTRI/HTFSHTRI（HeatTransferResearchInc.）美國傳熱研究公司，是1962年發(fā)起組建的一個國際性、非贏利性的合作研究機構(gòu)，會員遍布全球，取得了大量的研究成果，積累了換熱器設計的豐富經(jīng)驗，在傳熱機理、兩相流、振動、污垢、模擬及測試技術方面做出了巨大貢獻。近年來，該公司在計算機應用軟件開發(fā)上發(fā)展很快，所開發(fā)的網(wǎng)絡優(yōu)化軟件、各種換熱器工藝設計軟件計算精度準確，不僅節(jié)省了人力，提高了效率，而且提高了技術經(jīng)濟性能。

HTFS（HeatTransferandFluidFlowService）英國傳熱及流體服務中心，于1967年成立，隸屬于英國原子能管理局。該中心有會員數(shù)百家，長期從事傳熱與流體課題的研究，所積累的經(jīng)驗和研究成果不僅廣泛用于原子能工業(yè)，而且用于一般工業(yè)。它最大的特點是與大學和企業(yè)合作，進行專門的課題研究，研究成果顯著。在傳熱和流體計算上更精確，開發(fā)的HTFS、TASC各類換熱器微機計算軟件備受歡迎。嚴格計算的換熱器單元STE－管殼式換熱器（Shell-and-tubeexchangers）所有類型包括鍋形再沸器和冷凝器評價和設計模式DPE—套管式換熱器（Double-pipeheatexchangers）縱向翅片MTE—復管式換熱器（Multi-tubeheatexchangers）縱向翅片ACE—空冷式換熱器（AirCooledExchangers）包括翅片計算FTE—翅片管換熱器（FinnedTubeExchangers）RBE—折流桿板式換熱器（Rod-and-BaffleExchangers）PHE—板框式換熱器（Plate-and-FrameHeatExchangers）管殼式換熱器相關標準介紹TEMA（TubularExchangerManufacturersAssociation）美國管殼式熱交換器標準

TEMA標準是國內(nèi)外比較公認、流行性很廣的換熱器工程設計標準ASTM（AmericanSocietyforTestingandMaterials）美國試驗與材料協(xié)會成立于1898年，是世界上最早、最大的非盈利性標準制定組織之一，目前ASTM已出版發(fā)布了10000多個標準。ASTM標準質(zhì)量高，適應性好，不僅被美國各工業(yè)界紛紛采用，而且被美國國防部和聯(lián)邦政府各部門機構(gòu)采用。HEXTRAN軟件IONAOrbix 分布式應用程序設計CORBA平臺ObjectStorePSEPro

Java擴展網(wǎng)絡計算的Jini系統(tǒng)SunJavaRuntimeMicrosoftSQL用于保存用戶數(shù)據(jù)MSDAC

Microsoft數(shù)據(jù)訪問組件

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