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常减压蒸馏装置换热网络的模拟优化

丁晓明  
【摘要】: 能源是人类物质活动的基础。作为石油化工企业用能大户的常减压装置,其能量消耗约占整个炼油厂所用能量的20%-30%。因此,优化换热网络结构、最大限度的回收热量,意义重大。本文以原油常减压蒸馏装置的流程模拟及其换热网络优化为研究内容,运用流程模拟以及换热网络优化理论,对常减压蒸馏工艺进行流程模拟,对其换热网络进行优化。主要工作如下: 本文对过程工业最常见的一类问题-换热网络综合进行了综述。在阐述了当今社会对能量的需求以及节能的重要性后,综述了换热网络综合的三种基本方法:夹点设计法、数学规划法以及人工智能法。分别对这三种方法在发展过程中的研究内容和设计方法及其取得的研究成果进行了讨论。并从工业应用角度对不同的方法做了比较和评价。 根据某常减压装置的流程,本文应用序贯模块法对常减压装置的闪蒸塔、常压塔和减压塔进行流程模拟计算。首先利用原油实沸点蒸馏数据将原油切割为一定数目的虚拟组分,并以此作为常减压装置闪蒸塔的输入。然后选择适合模拟炼油过程的单元模块和收敛方法,同时规定各塔的模拟模型和过程参数,对闪蒸塔、常压塔和减压塔逐个进行模拟计算。流程模拟结果与标定结果吻合良好,证实模型可靠,且模拟结果正确。可信的流程模拟结果为流程优化提供了坚实的基础。 在进行常减压装置的流程模拟时,通过查阅资料,发现国内以往在模拟闪蒸塔、常压塔和减压塔时,并没有加入换热器将这三个塔结合为有机的整体。为此,本文在前述装置模拟的基础上,加入换热器进行模拟,为后面的换热网络优化提供更为准确的数据。 根据夹点理论,在夹点上方引入冷却公用工程、在夹点下方引入加热公用工程以及存在穿越夹点的换热流股,都会造成系统的加热和冷却公用工程的双重损失。通过改善夹点附近的流股匹配,减少穿越夹点的热流量,可以减少系统的公用工程消耗量。 本文通过对用能状况进行全面分析,清楚装置和系统的用能现状,找到了换热流程的“瓶颈”所在,并提出了解决问题的思路:首先建立了年总费用目标最小的换热网络模型,找到夹点位置所在,确定最优的热量传递网络,然后以计算结果为基础,考虑装置原有流程布置,充分利用装置原有的设备,得出最终的换热流程。 本文所得方案改造工程量小,现有设备全部利用,只需增加3台换热器,就可显著提高原油的换后终温。从而对实际生产操作具有指导意义。


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