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天然气回收装备优化设计探索论文
脱乙烷塔底部使用独立的再沸器,并使用236℃的贫氨液热剂,使塔底温度保持110℃,以满足丙烷产品中对乙烷含量的要求。④脱丙烷塔工段脱乙烷塔底物流流入脱丙烷塔,气相上行从塔顶流出进入空气冷却器。全部冷凝液经接收器后一部分回流,另一部分作为丙烷产品经水冷器冷却至38℃后进入储罐。脱丙烷塔底部使用独立的再沸器,并使用236℃的贫氨液热剂,使塔底温度保持136℃,以满足丁烷产品中对丙烷含量的要求。⑤脱丁烷塔工段脱丙烷塔底物流和预处理残油混合流入脱丁烷塔,气相上行从塔顶流出进入空气冷却器,全部冷凝液经接收器后一部分回流,另一部分作为丁烷产品经水冷器冷却至38℃后进入储罐。脱丁烷塔底部使用独立的再沸器,并使用236℃的贫氨液热剂,使塔底温度保持130℃,以满足轻油产品中丁烷的含量要求。塔底轻油产品经空气冷却器冷却至50℃,进入储罐。
换热网络用能分析
物料流的热焓值均为相对于该物料流初始温度时的热焓值,热焓用兆瓦(MW)表示,热容流率以兆瓦/摄氏度(MW/℃)表示。原换热网络换热网络网格图可以清晰、方便地表示和设计过程工业的换热网络。现过程(天然气回收装置)换热网络网格图。每一条水平线代表一股物料流,箭头指向右端的是热流,指向左端的是冷流;水平线左边是物料流编号(其基础数据见表1);图示左端是高温区,右端是低温区,箭头起始端的温度是物料流的供应温度,箭头终端的温度是物料流的目标温度;H为再沸器,C1为液氨冷却器,C2为水冷却器,C3为空气冷却器;多个用同一编号标注并使用虚框和连线连接起来的小圆圈表示一个换热器,如E2、E5;圆圈旁边的数字表示物料流交换的热量。现有换热网络使用了2个换热器、4个再沸器和8个冷却器。其中,E2、E5均为高效多物料流板翅式换热器,它们分别对多股冷热物料流进行高效换热;8个冷却器包含2个液氨冷却器(C1)、4个空气冷却器(C3)和2个水冷却器(C2)。经过对现有换热网络网格图的分析可知,冷却公用工程消耗能量9.454MW,加热公用工程消耗能量6.8736MW。当前换热网络中冷热物料流最小传热温差为5K(即当前换热网络中换热器E2的冷热物料流),即ΔTmin=5K。从而分析得到:加热公用工程需求4.0176MW,冷却公用工程需求6.598MW。与现有换热网络设计的冷却和加热公用工程消耗(9.454MW、6.8736MW)相比较,最大热量回收设计方案可使加热公用工程节省41.5%,冷却公用工程节省30.2%。夹点分析的三个黄金法则具体如下:①不要有跨越夹点的传热;②不要在夹点以上设置任何冷却公用工程;③不要在夹点以下设置任何加热公用工程[10]。图2所示现有换热网络网格图中,夹点温度标志虚线给出了夹点温度在各物料流中的位置。根据夹点分析的三个黄金法则,可知现有换热网络在夹点以下有加热公用工程(见物料流S2),夹点以上有冷却公用工程(见物料流S21、物料流S11),导致消耗了额外的加热和冷却公用工程。由此看出,在轻油产品和干气产品的余热没有充分利用时,额外使用了加热和冷却公用工程,从而增加了费用。
换热网络翻新设计
在分析现有换热网络及夹点分析的基础上,为进一步回收热量以达到节省冷却和加热公用工程的目的,需要改进现换热网络中违反夹点分析三原则的换热设计。在尽可能保留现有网络设计的前提下,分别在夹点以上、夹点以下针对物料流S2、物料流S21、物料流S11进行设计,得到最大能量回收(maximumenergyrecovery,MER)设计方案。分别增加换热器1、换热器2与冷物料流S12换热;在S2物料流夹点以下增加换热器3、换热器4,分别与热物料流S11、热物料流S16换热。最大能量回收(MER)设计方案使用加热公用工程4.0176MW,节省41.5%的电能;使用冷却公用工程6.598MW,节省30.2%的电能,其中液氨冷却公用工程、水冷却公用工程用量不变,空气冷却公用工程节省了2.856MW。最大能量回收设计减少了1个再沸器,需要增加4个换热器。在最大能量回收设计方案中,物料流S12、物料流S21与物料流S11的换热量比较小,但却需要增加2个换热器(换热器1、换热器2);另外物料流S12还需要分流,且换热器冷端温差较小。这些因素使得此处的翻新设计效果较差。因此,在进一步设计时去除了换热器1、换热器2,并适当改变了换热器3、换热器4的换热负荷。改进后的方案使用干气产品和丙塔顶料的热量与甲塔底再沸料换热,节省了制冷和加热公用工程。与最大能量回收方案相比,改进的设计方案减少了2个换热器,避免了物料的分流改造,且克服了最大能量回收方案中换热器冷端温差较小的弱点,大大提高了翻新设计的效果。改进的换热网络设计方案使用加热公用工程4.2806MW,节省了37.7%的电能;使用冷却公用工程6.861MW,节省了27.4%的电能,其中液氨冷却公用工程、水冷却公用工程用量不变,空气冷却公用工程节省了2.593MW。现有换热网络加热公用工程热剂贫氨液的热量来自燃机的废热回收,节省加热公用工程可以节省贫氨液循环泵的耗能(电能);减少空气冷却公用工程可以减小空气冷却器的耗电量。改进的设计方案减少了1个再沸器,增加了2个换热器,使该设计改动原换热网络较小,投资费用较少。
结束语
本文使用夹点分析法用于天然气回收装置换热网络的翻新设计,发现并利用了系统的节能空间,并据此对天然气回收装置换热网络进行优化设计,形成了一个翻新换热网络设计。该翻新换热网络设计改动原换热网络较小,投资费用较少,使用加热公用工程减少了2.593MW,冷却公用工程中空气冷却公用工程减少了2.593MW,从而节省了贫氨液循环泵的耗能(电能)和空气冷却器的耗能(电能)。天然气回收装置翻新换热网络后每年可节省电能37.6万kWh,提高了过程能量回收能力,达到了降低过程能耗的目的。
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