6-3附錄三 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司15萬噸/年醋酸乙烯項目 換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計目錄1 概述22 確定流股信息22.1 工藝物流信息22.2 公用工程規(guī)格32.3 確定能量目標(biāo)43 換熱網(wǎng)絡(luò)方案63.1 初始設(shè)計方案63.2 優(yōu)化方案的確定63.3 優(yōu)化方案的分析74 換熱網(wǎng)絡(luò)在工藝流程中的應(yīng)用84.1 工藝流股間的換熱84.2 閉式熱泵循環(huán)81 概述本項目是陜西北元化工集團股份有限公司化工分公司15萬噸/年醋酸乙烯項目。在整個流程中，原料的預(yù)熱、共沸精餾、精餾等都是非常耗能的過程，會消耗大量的公用工程。換熱網(wǎng)絡(luò)是化工工業(yè)過程能量回收的重要手段，對化工生產(chǎn)降低能耗有著重要的意義。合理的利用熱物流去加熱冷物流，減少公用工程輔助加熱和冷卻負(fù)荷，可以能提高整個過程系統(tǒng)的能量利用率和經(jīng)濟性。本項目中需要的熱公用工程有中壓蒸汽、低壓蒸汽，需要的冷公用工程有循環(huán)冷卻水和冷凍鹽水，均可由總廠和工業(yè)園區(qū)獲得。以夾點技術(shù)為基礎(chǔ)，利用Aspen Energy Analyzer 進行換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計優(yōu)化，通過調(diào)節(jié)流股之間的熱交換，減少公用工程用量，合理優(yōu)化并確定出具有最小總費用，即設(shè)備費和操作費最小，且滿足把每個過程物流由初溫達(dá)到規(guī)定目標(biāo)溫度的換熱網(wǎng)絡(luò)。2 確定流股信息2.1 工藝物流信息利用Aspen Energy Analyzer 軟件自動導(dǎo)入Aspen Plus 中模擬的總流程信息，并適當(dāng)修改和補充部分物流信息，如表2-1所示。表2-1 流股信息提取表NameInletT ()OutletT ()Enthalpy（KJ/h）說明140_To_142141.630.01888874HAC冷卻器131_To_132108.170.022563235VAC精制塔進料冷卻器157_To_158104.850.01542079吸收劑冷卻器156_To_159100.750.02083941乙醛萃取塔循環(huán)水冷卻器144_To_11096.8136.424162929醋酸蒸發(fā)器127_To_12820.015.0173751萃取塔進料冷卻器To CondenserJIESHUIX_TO_DH2ODuplicate96.460.013407939脫水塔冷凝器To ReboilerB3_TO_157Duplicate102.9104.81029936二氧化碳解吸塔再沸器To ReboilerVACJL_TO_BOTHAC141.4141.639590191醋酸乙烯精制塔再沸器To CondenserJINGHAC_TO_DHAC116.9115.620859483醋酸精制塔冷凝器To ReboilerB38_TO_156Duplicate100.5100.73555017乙醛蒸出塔再沸器To ReboilerJIESHUIX_TO_BHAC1115.6118.113080033脫水塔再沸器To CondenserVACJL_TO_15285.985.131549394醋酸乙烯精制塔冷凝器To CondenserTCH3CHO_TO_1265.620.015918100脫乙醛塔冷凝器To ReboilerTCH3CHO_TO_131Duplicate98.3108.139454402脫乙醛塔再沸器To ReboilerJINGHAC_TO_BHAC117.7117.818540228醋酸精制塔再沸器To CondenserB7_TO_18100.772.02470000二氧化碳解吸塔冷凝器To ReboilerB7_TO_124116.3118.22470356二氧化碳解吸塔再沸器17_To_11960.040.088378水洗塔循環(huán)水冷卻器171_To_17258.620.033160共沸劑冷卻器To CondenserB44_TO_17994.550.02000000合成醋酸精制塔冷凝器To ReboilerB44_TO_181119.5120.32367734合成醋酸精制塔再沸器120_To_121205.910.065380000反應(yīng)氣冷凝器14_To_166101.3180.026240000反應(yīng)氣預(yù)熱器2.2 公用工程規(guī)格公用工程循環(huán)冷卻水入水溫度為20，回水溫度30；冷凍水進水溫度3，回水溫度15；加熱蒸汽選0.23Mpa低壓蒸汽，0.88Mpa中壓蒸汽和2.5MPa高壓蒸汽。表2-2 公用工程信息表NameInletT () OutletT()AIR3035COOLINGW315LENG22030RE1125124RE2175174RE32502492.3 確定能量目標(biāo)將上述工藝流股信息輸入到Aspen Energy Analyzer V10，在能量分析器中，對最小傳熱溫差進行經(jīng)濟評估，獲得總費用-最小傳熱溫差關(guān)系曲線如圖2-1所示。圖2-1 總費用與Tmin關(guān)系曲線圖2-2 最小傳熱溫差與裝置成本、能耗成本的關(guān)系由圖2-2可知，最小傳熱溫差為7時，總費用最小。選擇最小傳熱溫差為7，加入熱泵技術(shù)后得到組合曲線如圖1-3所示圖2-3 組合曲線3 換熱網(wǎng)絡(luò)方案3.1 初始設(shè)計方案換熱網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，自由度較大，所獲得的方案數(shù)目眾多，但是合理的換熱網(wǎng)絡(luò)需要經(jīng)過篩選與優(yōu)化。初始的設(shè)計方案如圖3-1所示：圖3-1 優(yōu)化前的設(shè)計方案該設(shè)計方案中，沒有能量的集成，所有的工藝物流都是公用工程進行加熱或者冷卻，操作費較大，需要進行進一步優(yōu)化。3.2 優(yōu)化方案的確定通過夾點原理進行物流之間的換熱匹配，在設(shè)計過程中不僅要考慮最大能量回收，還要考慮由于換熱面積所產(chǎn)生的設(shè)備費用。針對Aspen Energy Analyzer推薦的換熱方案進行進行手動調(diào)整，為了保證最小換熱器臺數(shù)原則，應(yīng)該斷裂loop回路，故應(yīng)該刪去負(fù)荷或者換熱面積較小的換熱器，將其合并到換熱器，打破回路，減少換熱器數(shù)目。再通過能量松弛，使換熱器的數(shù)目進一步減少。但是，也要注意對于相距較遠(yuǎn)的物流間換熱會使管路成本增大，增加設(shè)備投資成本，且操作不穩(wěn)定，此類換熱器需要刪除。在調(diào)整優(yōu)化的過程中主要遵循以下幾個原則： （1）采用合并換熱器等方法打破回路（Loop）；（2）減少換熱設(shè)備數(shù)量，去掉較小的換熱器。（3）避免因距離太遠(yuǎn)而管路成本過高的換熱關(guān)系。（4）避免流股大量分割；經(jīng)過以上調(diào)節(jié)之后，最后獲得換熱網(wǎng)絡(luò)如圖3-2所示。圖3-2 優(yōu)化后的設(shè)計方案優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)所需換熱器數(shù)目為22臺，包含1個流股熱量回收利用的換熱器，達(dá)到回收熱量的目的。3.3 優(yōu)化方案的分析優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)，運用了熱集成方法，對工藝物流之間進行換熱，減少了部分公用工程的用量。項目熱負(fù)荷/(KW)優(yōu)化前優(yōu)化后冷卻空氣146.869713.86循環(huán)冷卻水31564.4817487.34冷凍水7369.827991.480.23MPa低壓蒸汽1308.121422.560.88MPa中壓蒸汽33489.8630459.752.5MPa高壓蒸汽2384.1004 換熱網(wǎng)絡(luò)在工藝流程中的應(yīng)用4.1 工藝流股間的換熱 利用反應(yīng)后氣體高位溫度預(yù)熱反應(yīng)原料氣至反應(yīng)溫度，可回