1.夾點理論及其在換熱網絡中的應用 ：貴州工業大學, 貴州貴陽 550000)

摘　要: 　換熱網絡優化綜合目前主要有 3種方法: 試探法, 夾點技術,數學規劃法。但在實際應用中, 夾點技術證明有效并已取得顯著經濟效益。給出了夾點技術中幾個關鍵問題的求解方法以及如何準確快捷的找出換熱網絡中的夾點。應用這些方法可以有效的進行換熱網絡的.優設計, 做到。針對生產和實踐中遇 到的特殊情況給出了解決辦法,并用一個具體實例說明改造后的傳熱效果。在分析了夾點技術的理論基礎和熱力 學原理的基礎上,提出了夾點技術的理論局限性,及其相關的原因及克服辦法。

夾點技術立足于嚴格的熱力學和數學規則,具有完備的理論基礎,計算簡單、可靠,方法靈活、實用,工程技術人員容易掌握,并可發揮設計者多年工程設計經驗和生產實踐經驗,更好地從事設計工作。 因此,夾點技術代表了一種全新的、強有力的設計方法。

利用夾點技術設計換熱網絡

馬連強 鄭開學　賀鑫平　高建紅　華陸工程科技有限責任公司　西安　710054

摘要：介紹夾點技術的基本概念以及利用夾點技術設計換熱網絡的原則, 列舉利用夾點技術設計換 熱網絡過程的實例, 并簡單介紹換熱網絡優化方面的基本知識。

夾 點技 術 （Pinch Point Technology)是 由 Linnhoff 為首的英國帝國化學公司 ( I. C. I)的系統 綜合小組開發的。這個小組曾在 1977～ 1981 年對老 廠技術改造及新廠建設的 18 項工程設計進行了重 新設計計算, 發現用新的原理設計平均可以節能 30%, 有的項目不僅可以節能, 而且重新安排后節 省了投資。1982 年美國聯碳公司請 Linnhoff 指導, 在一年時間內試算了9 個工程實例, 結果證明, 用 這種方法平均可以節能50% , 用于老廠技術改造的 設備投資一般可以在2～ 12 個月內回收。因而這種 技術被認為是成熟的并可以在工業中普遍推廣使 用。經驗證明, 采用這種方法在新設計中可節省能 源和設備投資, 在老廠技術改造中可用較少設備投 資回收盡可能多的能量。

假如一個換熱網絡有兩股熱流股和兩股冷流 股構成, 有關參數如表 1 所示

3. 1　確定夾點溫度及冷、 熱公用工程消耗 分別完成冷、 熱組合曲線, 給定 ΔTmin為 10℃, 確定夾點溫度及冷、 熱公用工程消耗, 如 圖 5 所示。

4　換熱網絡的優化

換熱網路的優化首先要確定科學的目標函 數, 目標函數一般是能源費用和投資費用的.優 組合, 也就是總費用.小。換熱網絡優化是基于換熱器負荷的重新分 配, 一些換熱器可能變大, 一些可能變小, 還有一些換熱器可能從設計中完全除掉。 換熱網絡的優化一般從熱負荷回路和公用工 程路徑處著手。所謂的熱負荷回路就是指從一個 換熱器或流股出發, 不重復地沿換熱器和路徑走 下去, 可以再次回到出發點的閉合的換熱器和流 股的序列。公用工程路徑指從一個公用工程流股出發, 不重復地沿換熱器和路徑走下去, 可以到 達另外一種公用工程流股的換熱器和流股的序 列。如圖 9 中換熱器 2 、 流股 4、 換熱器 4 和流 股 1 就組成了一個熱負荷回路, 冷卻器 C 、 流股 4、 換熱器 4、 流股 1 和加熱器 H 就組成了一個 公用工程路徑。 在熱負荷回路中通過重新分配熱負荷可以減 少換熱器的數目, 這種調整是不改變公用工程消 耗的。如圖 9, 我們可以把換熱器 4 的 30kW 的 換熱負荷轉移到換熱器 2 上而省掉換熱器 4, 這 樣雖然違背了.小傳熱溫差 ΔTmin的原則, 也許 增加了傳熱面積, 但省掉了一個換熱器, 可以通 過目標函數決定這種優化的可行性。 在公用工程路徑中通過重新分配熱負荷也可以 減少換熱器的數目, 但這種調整會改變公用工程消 耗。同樣如圖 9, 可以把冷卻器C 和加熱器H 的熱 負荷同時增加 30kW 而省掉換熱器 4, 這樣也可以 減少一個換熱器, 這樣調整增加了公用工程消耗, 優化的可行性同樣需要目標函數來確定。

5　結語

本文簡單敘述了夾點技術設計換熱網絡的基 本原理和過程, 實際換熱網絡的設計是很復雜 的, 比如有時兩個流股存在合理的傳熱溫差, 但 因為泄漏會引起嚴重的后果就不可以匹配在一個 換熱器中;有時兩個流股相距太遠, 鋪設太長的 管道也是不經濟的等等。另外還可能在設計過程 中碰到門檻問題、 多夾點問題、 流股分流、 熱功 集成等問題, 這些都需要在設計過程具體分析。