物流提取和換熱網(wǎng)絡(luò)綜合

第五章數(shù)據(jù)的提取主要參考書籍能量的有效利用夾點(diǎn)分析與過(guò)程集成第3章項(xiàng)曙光等譯5.1數(shù)據(jù)提取5.1.1能量平衡和物料平衡

第一步必須要做的是得到工廠的能量平衡和物料衡算數(shù)據(jù)。這通常是重要的挑戰(zhàn)；對(duì)實(shí)際工廠而言，幾乎總是沒(méi)有能量平衡和物料平衡的數(shù)據(jù)。從而必須進(jìn)行數(shù)據(jù)校正。最重要的是數(shù)據(jù)的一致性，而不是精度。當(dāng)企圖將目標(biāo)變?yōu)閷?shí)際設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，若使用嚴(yán)重不一致的“平衡”數(shù)據(jù)會(huì)帶來(lái)麻煩。

新建裝置，能量平衡與物料平衡數(shù)據(jù)可以從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中得到流量和組成，從文獻(xiàn)中得到比熱等。

對(duì)現(xiàn)有裝置，即使有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)常常與實(shí)際情況存在明顯不同。過(guò)程設(shè)計(jì)是一門不精確的科學(xué)；設(shè)置和流量在試車過(guò)程中為得到穩(wěn)定性能和期望輸出常常被改變。并且，原料組成可能與初始開車情況有所變化或可能隨時(shí)而變。因此，應(yīng)該建立能量平衡和物料平衡，以反映當(dāng)前性能。物料平衡需要基于質(zhì)量流率。

很少工廠在所有物流上都安裝流量計(jì)，而且流量計(jì)有明顯誤差；蒸汽（或其他冷凝液）的計(jì)量特別容易出錯(cuò)，30%或更多并不少見(jiàn)。

能量衡算更加復(fù)雜。

原始數(shù)據(jù)是溫度、熱負(fù)荷和從物料衡算得到的流量。與物料平衡相比，熱量損失總是允許，因泄漏造成物料損失通常是很小的（除非過(guò)程用到大量的空氣或氣體）。溫度是工廠中最容易準(zhǔn)確測(cè)得參數(shù)，誤差常常在1°C以內(nèi)，盡管要考慮污垢和死角的影響。通常，對(duì)沒(méi)有測(cè)量?jī)x表的地方，可以通過(guò)采樣點(diǎn)插入熱電偶來(lái)測(cè)量，或測(cè)量管外溫度（明顯不夠準(zhǔn)確）。熱負(fù)荷更加困難。比熱容和潛熱可從文獻(xiàn)、制造廠商數(shù)據(jù)或（有必要的話）測(cè)量得到。冷負(fù)荷可以從冷卻水流量和溫降得到，加熱器負(fù)荷從蒸汽流量（常常不準(zhǔn)確的；測(cè)量冷凝液流量會(huì)更好）得到。在燃燒爐中傳遞熱量因?yàn)闊焽璧臒釗p失而很難精確測(cè)量。做到能量平衡通常是個(gè)挑戰(zhàn)，在一些情況下，必須修正物料平衡以獲得更接近真實(shí)的數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵點(diǎn)是：我們的目標(biāo)是要建立可靠的平衡數(shù)據(jù)，從中可以獲得物流的溫度和熱負(fù)荷數(shù)據(jù)。

5.1.2物流數(shù)據(jù)提取

物流選擇準(zhǔn)則是它有熱量變化無(wú)組成變化

例如：通過(guò)一換熱器的液體，或單一組分蒸發(fā)，或被冷卻的沒(méi)有組分分離的混合物，都可用物流來(lái)表示。相反，液體經(jīng)過(guò)一吸收塔或洗滌塔，或一反應(yīng)的混合物，或一流動(dòng)經(jīng)過(guò)一精餾塔在里面脫除具易揮發(fā)的組份，這就不能被看作是一物流。

所需要的物流數(shù)據(jù)是溫度范圍(T1→T2)，物流類型（熱或冷）和熱容流率CP(kW/K)或物流熱負(fù)荷ΔH(kW)。這些最終可通過(guò)以下幾種方式得到：（1）通過(guò)物流質(zhì)量流率和發(fā)表的（或測(cè)量的）比熱容數(shù)值，（2）通過(guò)物流質(zhì)量流率和比焓值，（3）通過(guò)測(cè)量換熱器的熱負(fù)荷，（4）通過(guò)能量衡算中其他物流熱量反算。各個(gè)量通過(guò)下面方程聯(lián)系在一起：5.1.3熱負(fù)荷和熱容量的計(jì)算

對(duì)現(xiàn)有工廠的液體混合物物流來(lái)說(shuō)，比熱容數(shù)值可能是不知道的，而熱負(fù)荷可以利用現(xiàn)有換熱器在已知溫度的已知熱負(fù)荷容易得到。從而可以很容易地反算出CP。可能存在兩個(gè)缺陷：（1）首先應(yīng)用的設(shè)備負(fù)荷可能是設(shè)計(jì)負(fù)荷而不是操作負(fù)荷。其次CP往往是隨著溫度而變化，如果在很大的溫度范圍內(nèi)僅僅取了幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，這種依從性可能導(dǎo)致誤算。（2）內(nèi)部潛熱變化（如部分汽化或冷凝）導(dǎo)致CP局部變化巨大而被掩蓋。這往往會(huì)帶來(lái)很嚴(yán)重的目標(biāo)化錯(cuò)誤。

CP值的確定在基本問(wèn)題表法中，所有物流被假定CPs不受溫度的影響。在實(shí)際問(wèn)題中熱容總是某種程度上與溫度有關(guān)系，并不是所有目標(biāo)化軟件都可以處理這種情況。所以知道什么時(shí)候線性化近似有效，什么時(shí)候線性化近似無(wú)效，是非常重要的。記住目標(biāo)最重要取決于冷熱組合曲線在夾點(diǎn)處的接近程度，取決于這個(gè)區(qū)域內(nèi)他們的形狀，很清楚數(shù)據(jù)錯(cuò)誤在夾點(diǎn)最明顯。因此，在夾點(diǎn)附近必須非常小心CP的近似。

如果假定CP是個(gè)定值不能接受，物流需要進(jìn)行分段線性化。這種操作保證了問(wèn)題表法的有效性（線性化段與線性物流的處理是一樣的），同時(shí)在必要的地方提高精度。

一般情況是物流的熱容以溫度的多項(xiàng)式的形式給出，即：

熱容流率熱負(fù)荷

物流可以被分成兩段或多段，或如果隨著溫度的變化不大可看成單一物流。初始目標(biāo)化后，相關(guān)的物流在夾點(diǎn)處分成兩部分，然后用改進(jìn)的數(shù)據(jù)重新計(jì)算目標(biāo)。這將改變能量目標(biāo)但幾乎不會(huì)改變夾點(diǎn)溫度（因?yàn)閵A點(diǎn)往往是由物流開始處或CP有大的變化處引起）。因此，不需要進(jìn)一步的重復(fù)。

如果CP存在明顯變化，例如物流開始蒸發(fā)或冷凝時(shí)加入或撤出大的潛熱負(fù)荷，將物流分段最安全，或若目標(biāo)化軟件不允許這種情況，將段作為單獨(dú)物流來(lái)處理?？傊眠@些數(shù)據(jù)（熱負(fù)荷和熱容量）的策略應(yīng)該是：（1）最先用粗略的數(shù)據(jù)。（2）利用問(wèn)題表法定位夾點(diǎn)區(qū)域。（3）在夾點(diǎn)附近用更好的數(shù)據(jù)。5.1.4物流選擇

從已有過(guò)程過(guò)程流圖中提取數(shù)據(jù)

如果把過(guò)程物流分成太多的單獨(dú)物流，就明顯增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性（太多物流），增加了不必要的限制，還可能會(huì)隱藏了熱回收的機(jī)會(huì)。通常，設(shè)計(jì)者應(yīng)該首先確定哪一個(gè)進(jìn)料和目標(biāo)溫度定位為“硬的”（不變），哪一個(gè)是“軟的”（允許一定變化）。接著要設(shè)計(jì)一基本的換熱網(wǎng)絡(luò)，而后通過(guò)改變?cè)确诸悶椤坝驳摹钡臏囟?，獲得進(jìn)一步改進(jìn)。這些決策明顯整個(gè)取決于工藝技術(shù)，某種程度上依賴于設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)。

原油蒸餾中，在原油進(jìn)料物流上經(jīng)常有一脫鹽設(shè)備。脫掉鹽的量對(duì)能量平衡影響可忽略，將脫鹽前和脫鹽后看作單一物流似乎具有吸引力。然而，脫鹽通常存在一緊的溫度約束-它只能在125°C和130°C溫度間有效操作。若原油進(jìn)料看成是單一物流，匹配后的溫度可能不正確，從而影響正常脫鹽操作。所以這種情況最好是分成兩個(gè)物流，但要注意需要的話斷點(diǎn)溫度要有一定的靈活性。另一方面，再次看到夾點(diǎn)分析不是設(shè)計(jì)者技能和經(jīng)驗(yàn)的替代，而是使設(shè)計(jì)者以最有效方式應(yīng)用其知識(shí)。對(duì)組成發(fā)生明顯變化的設(shè)備，比如精餾塔、蒸發(fā)器或反應(yīng)器，將其進(jìn)料和出料作為單獨(dú)物流處理至關(guān)重要，而不是將其組合在一起。

提取物流也并非越簡(jiǎn)單越好。。。。。物流選擇準(zhǔn)則是它有熱量變化無(wú)組成變化

5.1.5混合考慮兩個(gè)具有相同組成的過(guò)程物流以不同的溫度離開各自單元，混合然后加熱到一共同的最終溫度。這可以作為一物流處理，可用一個(gè)換熱器來(lái)完成加熱負(fù)荷。但是，混合使得溫度降低?？紤]一下如果系統(tǒng)僅僅將其作為單一物流來(lái)確定能量目標(biāo)會(huì)出現(xiàn)什么情況？如果混合溫度低于夾點(diǎn)溫度，那么夾點(diǎn)溫度以下冷物流的“冷卻能力”將會(huì)下降。因此，更多的熱量需要用冷公用工程冷卻，通過(guò)能量平衡，熱量要穿過(guò)夾點(diǎn)來(lái)增加熱公用工程的用量。在能量目標(biāo)化階段為了確保最好的能量性能，應(yīng)該假定混合過(guò)程是等溫的。因此，分別加熱每個(gè)物流到它的最終溫度，或加熱/冷卻一物流到另一物流的溫度，接著混合，然后加熱/冷卻混合物到它的最終溫度。

正確的方法是假定物流等溫混合，這里目標(biāo)溫度是30°C。如果保留原設(shè)計(jì)方案，且?jiàn)A點(diǎn)對(duì)應(yīng)在70°C和100°C之間的熱物流，那么能量就會(huì)被浪費(fèi)。然而，不管夾點(diǎn)溫度是多少，物流混合將要降低溫度，減小換熱器的推動(dòng)力，增加投資費(fèi)用。

5.1.6小結(jié)在提取數(shù)據(jù)時(shí)，腦中要牢記如下幾點(diǎn)：要遵守?zé)嵛锪魇菬岬?，冷物流是冷的?.避免過(guò)指定問(wèn)題；不要在不必要的情況下打斷物流；3.在能量目標(biāo)化階段不要進(jìn)行非等溫混合；4.檢查和修正夾點(diǎn)附近的數(shù)據(jù)（或低凈熱熱流量的其他區(qū)域）；5.識(shí)別任何可能的過(guò)程約束，確定包括和不包括這些約束的目標(biāo)，看看他們帶來(lái)的能量懲罰（相同的技術(shù)用于單獨(dú)的兩個(gè)工廠或兩個(gè)工廠熱聯(lián)合能量目標(biāo)化）。5.2案例研究：有機(jī)蒸餾裝置5.2.1過(guò)程描述在環(huán)境溫度和壓力下原油進(jìn)入到精餾塔中，被分成三種餾分：輕質(zhì)油，中間油和殘?jiān)＿M(jìn)料需要被加熱到塔的操作溫度，在這種情況下肯定會(huì)部分汽化，沒(méi)有單獨(dú)的再沸器；進(jìn)入塔時(shí)熱流體會(huì)發(fā)生閃蒸。輕質(zhì)油以氣體形式離開塔頂，然后被冷凝，大部分作為回流，其余被冷卻，少量的水在重力分離器移除。各種產(chǎn)品根據(jù)它們的粘度分別被冷卻到不同的水平。在進(jìn)入一個(gè)加熱爐之前，原油進(jìn)料經(jīng)過(guò)兩個(gè)換熱器，被塔頂產(chǎn)品和中間油加熱，然后在加熱爐中被加熱到最后的進(jìn)塔溫度。所有其他的加熱和冷卻任務(wù)都由公用工程來(lái)完成。

5.2.2能量與物料核算能量與物流平衡數(shù)據(jù)

如流程圖所示，各個(gè)餾分的生產(chǎn)量和它們的比熱容信息是可得到的，數(shù)個(gè)溫度通過(guò)熱電偶測(cè)得。因此，可得到如表中所示的初步的能量和物流平衡數(shù)據(jù)。然而，還有一些信息是未知的，包括一些溫度和準(zhǔn)確的回流比（近似為5：1）。為得到一致的數(shù)據(jù)需進(jìn)行一些數(shù)學(xué)換算。原油進(jìn)料的比熱容與溫度有關(guān)，為(2+0.005T)kJ/kgK；因質(zhì)量流率為10kg/s，CP=(20+0.05T)kJ/K，經(jīng)積分計(jì)算（相對(duì)于0°C的數(shù)據(jù)）焓為(20T+0.025T2)kJ/s(kW)。

沒(méi)有數(shù)據(jù)可得到傳熱系數(shù)。但是，兩個(gè)現(xiàn)有換熱器的尺寸是知道的，一些信息可以從它們這里推算以獲得傳熱系數(shù)和能量平衡數(shù)據(jù)。進(jìn)料和塔頂出料換熱器的熱負(fù)荷可以通過(guò)進(jìn)料的溫度和熱容流率得到；類似，中間油與進(jìn)料換熱器的熱負(fù)荷可以從中間油的詳細(xì)數(shù)據(jù)得到，進(jìn)料的出口溫度可以反算出為92℃。換熱器的總傳熱系數(shù)U分別計(jì)算得到，其值分別為0.20和0.125kW/m2K。U與膜傳熱系數(shù)h之間的聯(lián)系（忽略污垢熱阻和管壁熱阻）是在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的塔頂出料的冷凝的CP計(jì)算值為80kW/K。然而，這不適用于剩余物流。冷卻水流量和溫度降的測(cè)量指出塔頂出料后面冷卻器的熱負(fù)荷為1.8MW，因溫度降為60°C，從而得到其CP為30kW/K。在這兩個(gè)換熱器中當(dāng)前的熱回收量為1,640kW。

現(xiàn)有換熱器數(shù)據(jù)

5.2.3物流數(shù)據(jù)提取

用得到一致的能量和物流平衡數(shù)據(jù)，可推出物流數(shù)據(jù)。僅僅只有那些需要加熱或冷卻的物流才需要流量，所以來(lái)自分離器的輕質(zhì)油和水可被忽略。從分離器出來(lái)的塔頂出料直接與新鮮油混合，直接傳遞的熱量為100kW。理論上，這兩物流需要增加參入分析；實(shí)際上，這兩物流可利用的熱量很少，且溫度也很低，因此它們可安全地被忽略。這就剩下了5個(gè)實(shí)際的物流，它們的特征都列在表5.3中。

冷物流的總熱負(fù)荷為8500kW，熱物流的為5000kW。而當(dāng)前熱量回收水平為1640kW，這就意味著熱公用工程和冷公用工程的需求量分別為6860kW和3360kW。

表5.3過(guò)程物流數(shù)據(jù)表H1H2H3AH3BC1C25.2.4費(fèi)用數(shù)據(jù)

最后需要收集的數(shù)據(jù)是加熱費(fèi)用、冷卻費(fèi)用和新?lián)Q熱器的投資費(fèi)用。每年工作時(shí)間也是需要的，這里是5000小時(shí)。

加熱由燃煤加熱爐來(lái)提供，它的平均溫度大約為400°C；燃料費(fèi)用為72￡/t，總熱值為28.8GJ/t，加熱爐的總效率為75%。這就相當(dāng)于有效熱傳遞費(fèi)用是￡3.33/GJ或￡12/MWh。在這個(gè)實(shí)例中冷卻要便宜的多；冷卻水循環(huán)到冷卻水塔，其工作溫度為25-35°C。添加劑、維護(hù)、補(bǔ)充水和少量廢水的處理平均費(fèi)用為￡0.5/MWh。眾所周知，換熱器的費(fèi)用難于準(zhǔn)確估算，但本例用英磅計(jì)為￡(10,000+300A0.95)。唯一例外是冷卻器建造是便宜，式中第一個(gè)常數(shù)減小到5000。所有這些無(wú)論如何也僅僅是大致數(shù)據(jù)，如果要安裝換熱器，合適的預(yù)算價(jià)格必須從制造商處得到?，F(xiàn)在可以進(jìn)行目標(biāo)化了??！

5.3能量目標(biāo)化基本的能量目標(biāo)化在第4章中介紹過(guò)。問(wèn)題表計(jì)算得出給定ΔTmin值下的冷和熱公用工程需求、夾點(diǎn)溫度和凈熱流量?，F(xiàn)在將更加深入地研究一些細(xì)節(jié)和特殊情況處理。(Q=UAΔTLM）5.3.1個(gè)別物流的ΔTmin貢獻(xiàn)

換熱器面積A與總傳熱系數(shù)U和溫度差ΔT成反比。迄今為止，都是假定物流在給定溫度下匹配，與它們的特征無(wú)關(guān)。然而，一些物流可能是具有低傳熱系數(shù)的氣體或粘性液體，或易于在換熱器表面結(jié)垢。重油和蠟油在這兩個(gè)方面就這樣，包括這些物流匹配的U值將是低的，因此相應(yīng)的包括這些物流匹配的換熱面積將會(huì)驚人地高

如何明顯處理這種情況，但基本能量目標(biāo)化時(shí)如何處理這種情況？

這里有一簡(jiǎn)單的方法，對(duì)每個(gè)物流分配一ΔTmin貢獻(xiàn)。像與其它的冷熱物流一樣，通常這個(gè)值是ΔTmin/2。然而，對(duì)于“難處理”物流，可以分配一個(gè)較大的值，定義為ΔTcont。那個(gè)物流的位移溫度由下式確定S=T±ΔTcont。利用位移溫度的問(wèn)題表現(xiàn)在可以與從前一樣準(zhǔn)確計(jì)算，但是任何包括這一物流匹配的ΔT要大。這就補(bǔ)償了低U值，故新匹配的換熱面積可以接受。例如，假定液體物流賦予5°C貢獻(xiàn)，氣體物流賦予10°C貢獻(xiàn)。那么液/液匹配的ΔTmin為5+5=10°C，液/氣匹配的ΔTmin為5+10=15°C，氣/氣匹配的ΔTmin是10+10=20°C。

同樣，在下面的情形下ΔTcont可被賦予小于ΔTmin/2值：（1）有很高熱傳遞系數(shù)的沸騰或者冷凝物流。（2）低于周圍環(huán)境溫度的低溫物流，經(jīng)濟(jì)要求最大熱回收以降低昂貴的制冷費(fèi)用。（3）可能直接接觸的熱交換物流（它的ΔTcont可設(shè)為0，或若其他物流的ΔTcont為正值甚至設(shè)為負(fù)值）。

計(jì)算過(guò)程很簡(jiǎn)單，所有商業(yè)目標(biāo)化軟件都能對(duì)個(gè)別物流賦一ΔTcont值5.3.2閾值問(wèn)題在很多過(guò)程中，冷和熱公用工程都是需要的。舉個(gè)例子，在兩物流例子中，即使ΔTmin減小到零，從而投資費(fèi)用增加到無(wú)窮大，仍然需要冷和熱公用工程。但是，不是所有問(wèn)題都這樣。在4物流例子中，右圖表明隨著ΔTmin減小，在點(diǎn)（在5.55°C）不再需要熱公用工程；在所有低的ΔTmin值下，僅需要40KW的冷公用工程。一種公用工程目標(biāo)降為零的ΔTmin值稱為“ΔTthreshold”，僅需要一種公用工程的情況稱為閾值問(wèn)題。

4物流問(wèn)題能量－ΔTmin關(guān)系不同類型閾值問(wèn)題組合曲線圖

閾值問(wèn)題GCC圖

熱和冷組合曲線最接近溫差在不需要公用工程端出現(xiàn)，曲線從該點(diǎn)分叉,設(shè)計(jì)可以從不需要的公用工程端開始，利用夾點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)則設(shè)計(jì)

GCC表明與真正夾點(diǎn)相似，熱流率為零不同類型閾值問(wèn)題組合曲線圖

閾值問(wèn)題GCC圖

存在一中間的近夾點(diǎn)（near-pinch），可以從組合曲線接近溫差區(qū)域識(shí)別出，也可從總組合曲線上低凈熱流率識(shí)別出。圖3.7（b）給出了ΔTmin=5°C的4物流問(wèn)題的例子，該例在熱物流85°C、冷物流80°C存在一近夾點(diǎn)，GCC（圖3.8（b））表明該點(diǎn)凈熱流率僅為2.5kW。此時(shí)將問(wèn)題按雙夾點(diǎn)處理更合適，從近夾點(diǎn)和無(wú)公用工程端開始設(shè)計(jì)

圖3.7（b）圖3.8（b）第六章?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)綜合6.1夾點(diǎn)規(guī)則換熱器網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法的基本原則：(1)應(yīng)該避免有熱流量通過(guò)夾點(diǎn)；(2)夾點(diǎn)上方避免引入公用工程冷卻物流；(3)夾點(diǎn)下方避免引入公用工程加熱物流。違背以上三條，就會(huì)增大公用工程負(fù)荷及相應(yīng)的設(shè)備投資。利用夾點(diǎn)規(guī)則綜合換熱網(wǎng)絡(luò)就是確定這樣的換熱器網(wǎng)絡(luò)，它僅需要最小公用工程加熱及冷卻負(fù)荷，即達(dá)到最大的熱回收。如何達(dá)到最小公用工程量？需要遵循一定的規(guī)則。6.1.1夾點(diǎn)匹配夾點(diǎn)匹配：指冷、熱物流同時(shí)有一端直接與夾點(diǎn)相通，即同一端具有夾點(diǎn)處的溫度。夾點(diǎn)匹配非夾點(diǎn)匹配夾點(diǎn)匹配非夾點(diǎn)匹配6.1.2規(guī)則一CP規(guī)則CPHOT≤CPCOLD（夾點(diǎn)以上）CPHOT≥CPCOLD（夾點(diǎn)以下）由前所述，夾點(diǎn)處熱、冷物流之間的傳熱溫差最小，而且為了達(dá)到最大的熱回收（或需要最小的公用工程加熱及冷卻負(fù)荷），必需保證沒(méi)有熱量通過(guò)夾點(diǎn)，這表明夾點(diǎn)處是設(shè)計(jì)工作約束最多的地方，所以先從夾點(diǎn)進(jìn)行物流間匹配換熱的設(shè)計(jì)。如果匹配的冷熱物流分別同時(shí)與夾點(diǎn)相通，稱為夾點(diǎn)匹配。物流間換熱的可行性規(guī)則如下：CPHOT≤CPCOLD（夾點(diǎn)以上）對(duì)所有熱物流CPHOT≥CPCOLD（夾點(diǎn)以下）對(duì)所有冷物流（a)夾點(diǎn)之上，可行的夾點(diǎn)匹配；（b)夾點(diǎn)之上，不可行的夾點(diǎn)匹配。（a)夾點(diǎn)之下，可行的夾點(diǎn)匹配。CPH>CPC（b)夾點(diǎn)之下，不可行的夾點(diǎn)匹配。CPH<CPC6.1.3規(guī)則二流股數(shù)Nin≤

Nout1對(duì)于夾點(diǎn)上方，熱工藝物流（包括其分支物流）的數(shù)目NH不大于冷工藝物流（包括其分支物流）數(shù)目NC，即：C5C4H2H1(a)H3312(a)熱端夾點(diǎn)處不可行的匹配(b)熱端夾點(diǎn)處的可行匹配（采用冷物流分支）(c)熱端夾點(diǎn)處的可行匹配（采用設(shè)置加熱器H)312(b)C4C3H1（C）H2C5H212對(duì)于夾點(diǎn)下方，熱工藝物流（包括其分支物流）數(shù)目NH不小于冷工藝物流（包括其分支物流）的數(shù)目NC,即：C4C3H1H2C5（d）1（d）冷端夾點(diǎn)處不可行的匹配（e）可行的匹配采用熱物流分支（f）可行的匹配設(shè)置冷卻器C312(e)C4H3H1（f）H2C5C21保證了夾點(diǎn)之上不設(shè)冷公用工程，夾點(diǎn)之下不設(shè)熱公用工程規(guī)則3經(jīng)驗(yàn)規(guī)則經(jīng)驗(yàn)1每個(gè)換熱器的熱負(fù)荷應(yīng)等于該換熱器冷熱物流匹配中熱負(fù)荷較小者，以保證經(jīng)過(guò)一次換熱，既可以使一個(gè)物流達(dá)到規(guī)定的目標(biāo)溫度，也可以減少所用換熱設(shè)備的數(shù)量。經(jīng)驗(yàn)2應(yīng)盡量選擇熱容量流率相近的冷、熱流體進(jìn)行匹配換熱，使得換熱器在結(jié)構(gòu)上相對(duì)合理，且在相同的熱負(fù)荷及相同的有效能損失下，其傳熱溫差最大。情況(a)：CPH=2CPC設(shè)環(huán)境溫度T0=293K，熱物流的熱力學(xué)平均溫度為冷物流的熱力學(xué)平均溫度為該傳熱過(guò)程的有效能損失為情況（b）：CPH=CPC熱物流的熱力學(xué)平均溫度仍為TH=352.9K冷物流的熱力學(xué)平均溫度為該傳熱過(guò)程的有效能損失為可見(jiàn)(a)的有效能損失比(b)大了一倍還多。但（a）的傳熱溫差大，故需用的傳熱面積小，所以還不能說(shuō)明情況（a）就是不如情況（b）。進(jìn)一步分析：把情況（b）的傳熱溫差增大到與（a）相同，再計(jì)算該情況下的有效能損失。情況（a）的傳熱平均溫差：按此傳熱溫差，推算出冷流體的入口、出口溫度，如圖：熱物流的熱力學(xué)平均溫度仍為TH=352.9K冷物流的熱力學(xué)平均溫度為傳熱過(guò)程有效能損失為：此時(shí)比情況（a）小10%多說(shuō)明：完成相同傳熱負(fù)荷條件下，又保持相同傳熱溫差，冷、熱物流熱容流率相等情況下比不等情況下有效能損失??；反之，相同傳熱負(fù)荷和相同有效能損失，冷、熱物流熱容流率相等情況下比不等情況下推動(dòng)力大。經(jīng)驗(yàn)規(guī)則2符合傳熱學(xué)及熱力學(xué)原理。經(jīng)驗(yàn)規(guī)則1優(yōu)于規(guī)則2，對(duì)離開夾點(diǎn)的其余物流匹配換熱也是合適的。夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法的要點(diǎn)：（1）在夾點(diǎn)處，換熱網(wǎng)絡(luò)分隔開，熱端和冷端分別處理。（2）熱端和冷端都先從夾點(diǎn)開始設(shè)計(jì)，遵循夾點(diǎn)匹配可行性規(guī)則及經(jīng)驗(yàn)規(guī)則。（3）離開夾點(diǎn)后，采用經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，但傳熱溫差約束緊張時(shí)還應(yīng)遵循可行性規(guī)則。（4）考慮換熱系統(tǒng)的操作性、安全性，以及生產(chǎn)工藝上特殊要求等。例1問(wèn)題表格（1）子網(wǎng)絡(luò)序號(hào)冷物流及其溫度熱物流及溫度

k

C1C2H1H2

SN1125145SN2100120

SN37090

SN44060

SN525

SN620150

問(wèn)題表格（2）子網(wǎng)絡(luò)赤字Dk

熱量kW熱量kW

序號(hào)kW無(wú)外界輸入熱量外界輸入最小熱量

IkQkIkQk

SN1-10010107.5117.5SN212.510.0-2.5117.5105.0SN3105.0-2.5-107.5105.00SN4-135.0-107.527.50135.0SN582.527.5-55.0135.052.5SN612.5-55.0-67.552.540.0-107.50kw

SN1

SN2

SN3

SN4

SN5

SN60kw10kw-2.50kw27.5kw-55kw-67.5kw熱端夾點(diǎn)冷端

SN1

SN2

SN3

SN4

SN5

SN6QHmin=107.5kw117.50kw105kw135kw52.5kwQCmin=40kw熱端夾點(diǎn)冷端0kwa未加公用設(shè)施加熱負(fù)荷b加入公用設(shè)施加熱負(fù)荷得到如下信息：

在T

min=20oC的情況下，夾點(diǎn)溫度在90oC（熱流體夾點(diǎn)溫度）和70oC（冷流體夾點(diǎn)溫度）之間，故夾點(diǎn)溫度

T=80oC.最小公用工程加熱量

Q

H