常减压蒸馏装置循环水换热网络的优化研究

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1、常减压蒸馏装置循环水换热网络的优化研究第一章绪论1.1研究目的及研究意义随着科学技术的进步、经济飞速的发展、人口密度日益的增大以及人民生活水平的提高，不仅中国乃至全世界目前都面临着能源匮乏和环境污染的一系列严重问题。能源的匮乏和环境的污染已经严重的影响着各国的经济和科学技术发展，如何高效解决这两个问题是全世界迫在眉睫的事情。中国作为能源消耗最大的国家之一，截至2012年在能耗量已经超过许多欧洲的发达国家。水资源作为经济发展的主要能耗之一，目前，我国水资源总存储量居全世界第六位，约2.82万立方米，但是全国

2、人均水资源用量仅为世界人均用水量的25%，不足2438立方米，全世界排名为109位，而且被列为全球人均水资源贫乏的13个国家之一。在我国640多个城市当中，其中缺水城市高达1/2，严重缺水城市高达1/6[1]。随着我国《节约能源法》的颁布实施和相关部门各项法律法规相继出台，各企业实施节水减排已经成为水资源短缺、水环境污染的原动力。各行各业的节水减排任务的压力正在逐年增加，各企业建立一种长效、可行的方案，使节水减排形成一个管理体系和各部门的运行机制使该方案能够快速适应企业发展的实际变化，让企业向更加专业化的

3、管理方向发展[2]。作为全国产能大户的石油化工企业，在为经济发展做出卓越贡献的同时也成为工业用水大户。各炼化企业分布于全国不同的地区，各炼化企业水资源状况存在的差异主要是由于水资源分布不均的特点。在石油化工行业中，除长江流域的企业供水较为充足以外，缺水现象在其它地区的石化企业都存在不同程度的影响，目前全国一半以上的石油化工企业都存在缺水问题。如华北地区的炼化企业以及中原油田、胜利油田均位于严重缺水地区，部分炼化企业甚至只能通过超采地下水来维持生产，而且这些还有部分石化企业因水资源短缺影响了企业的进一步发展

4、，如乌鲁木齐石化、兰州石化等。石油化工企业不仅是工业用水的消耗大户，而且也是污染物排放量大的重点行业。在我国千余家重点耗能企业中，石化企业就有340家，约占耗能企业的37%；在国家环保部公布的废水污染源国家重点监控企业中，石油企业482家、化工企业803家，占13.8%和25.6%[3]。加强石化企业各部门节水减排管理的工作，对于企业绿色的发展起着有着至关重要的作用。.........1.2过程系统过程系统工程的核心过程系统综合指的是：过程系统按照工艺规定的特性，求解过程系统所需要的结构和各个子系统的基本

5、性能，在对过程系统进行综合性的研究，按照过程系统的规范目标进行最优组合，国内外对于该研究的主要课题有：换热网络综合应用、反应器网络综合、分离序列综合研究、控制系统综合研究、反应路径综合研究、全流程系统综合应用研究、过程系统综合应用研究[4-5]。流程模拟是过程系统综合的基础，首先模拟出流程装置的特性，然后分析过程系统的优化方向，最后达到整体系统设备的性能最优目标。于此同时，系统工程设计、流程分析设计和新工艺的开发都可以利用流程模拟作为其强有力的工具，流程模拟大部分情况都是从系统的整体角度对装置的进行准确分

6、析和合理判断，并且能够为开发新的工艺流程提供更加准确的预测方案，上述作用也助于工作人员提高工作效率和优化决策的科学性。在石油化工领域中，换热器是换热网络系统中最重要的单元设备，合理的选择换热设备对于换热网络的优化改造起着决定性的作用，不仅影响着换热系统的换热效率，也影响着整个换热系统的生产环境和企业的经济效益。换热网络的优化改造设计方案大部分都是着手于换热设备的选型、换热面积的大小、冷热物流的进出温差等方面进行研究。传统的换热器网络设计，第一种是依靠现场技术人员对装置操作的经验，第二种是经过科研人员进行反

7、复的模拟实验，但这两种设计方案都不能得到换热系统的全局最优结构。...........第二章循环水换热网络集成优化方法在石油化工企业的炼化部门中节水减排工作，大多数都是依靠生产技术工的经验规则和技术理论来实现企业节能优化目标。这种优化方法具有一定的局限性，节水减排工作只适用于技术工熟悉的系统中，而且优化的系统过于笼统，不适合企业其他部门实际应用。石油化工企业通过重复利用工业水，来满足企业节水减排的目标，重复使用工业水在工业术语就是使用循环冷却水。循环冷却水相对于新鲜水价格较低，处理循环水的基本方法是在改变

8、其浓缩倍数的情况下来达到降低循环水的供应和污水排放量的效果，而使用相应的节水技术和优化方法并没有在实际工况中得以应用。常减压蒸馏装置循环水换热网络其进出温度一般设置在6℃左右，相较于与实际的设计水准，该网络还有很大的优化空间[20]。循环水换热网络的集成优化方案，是对该网络的循环水换热装置的冷热物料的进出口温度、循环冷却水的流速、循环冷却水的负荷以及换热系数再一次准确的验算，在超结构模型中得出合适的换热器进行串并联，来达到目标