常减压蒸馏装置的换热网络综合设计及优化研究

程主明

（浙江美阳国际工程设计有限公司，浙江 杭州 310015）

引言

换热网络是常减压蒸馏装置能够真正发挥作用的重要组成部分，从当前化工企业的实际发展情况来看，要想实现常减压蒸馏装置的节能要求，需要从换热网络的角度入手，通过对换热网络的优化来更好的满足常减压蒸馏装置节约耗能和促进化工企业经济效益提高的需要。对常减压蒸馏装置的换热网络综合设计及优化进行分析，能够为促进化工企业生产技术水平的提高提供借鉴的经验。

1 常减压蒸馏装置与换热网络

1.1 常减压蒸馏装置

常减压蒸馏装置是化工企业生产中应用的重要装置，在当前节约资源和环境保护发展目标的引导下，化工企业以常减压蒸馏装置为代表的高能耗装置需要朝着节能的方向进行优化调整，才能够在减少环境污染的同时，更好的满足促进化工企业发展的主要目标[1]。当前我国化工企业应用于常减压蒸馏装置的节能技术具体包括三种类型：首先是从对常减压蒸馏装置的操作过程进行改进和优化来达到减少耗能目的的，例如，各种新型工艺、技术以及催化剂的应用，能够有效减少装置在运行过程中产生热能消耗的资源，并提高热能的利用效率。其次，通过对常减压蒸馏装置操作单元间进出物料的重置来满足建造新的热联合过程的需要，也是能够有效达到减少耗能目标的一个有效措施。第三，从常减压蒸馏装置应用的换热网络角度来说，借助夹点技术或数学归纳法来实现对于换热网络的优化，也是一种能够有效减少常减压蒸馏装置耗能的方法。

1.2 换热网络的优化综合方法

从换热网络的角度来说，当前应用于常减压蒸馏装置换热网络的优化综合方法包括以下几种：首先，试探法需要进行多次调试才能够得到对换热网络进行优化的最优解，且得到的结果精确度并不高，在实际的应用中往往需要与其他形式的调优方式进行配合，才能够更好的满足换热网络方向调整的正确性。其次，数学规划法主要是通过建立研究对象数学模型的形式，以目标函数来进行计算求解，将系统工艺流程中的连续变量和离散变量综合起来进行考虑[2]。第三，夹点技术法主要是从热力学定律的角度来思考的，这种方法能够对以往系统中违背传热原理的流程进行重新设计来满足优化换热网络的需要。除此之外，人工智能算法也能够被应用到常减压蒸馏装置的换热网络优化当中，以遗传算法的形式，在收集现有信息的基础上，对特定目标进行迭代优化，也能够满足换热网络优化和减少常减压蒸馏装置耗能的需求。

2 常减压蒸馏装置的换热网络综合设计及优化具体分析

对换热网络进行优化设计的最主要目的就是满足常减压蒸馏装置减少耗能的需求。结合当前部分化工企业应用常减压蒸馏装置的实际情况来看，在对常减压蒸馏装置的换热网络综合设计及优化进行分析时，主要可以从以下几个方面来入手。

2.1 常减压蒸馏模型的建立

一般情况下，应用于化工企业的常减压蒸馏装置能够达到千万t 的级别，为了能够实现对换热网络进行优化处理的要求，在建立常减压蒸馏模型的过程中，需要结合化工企业实际生产中的标定数据和装置工艺的使用说明书、图纸以及产品等方面的要求，借助计算机软件来建立常减压蒸馏模型[3]。具体来说，常减压蒸馏模型需要包括以下几个方面的内容：首先，原油换热系统是常减压蒸馏装置应用的主要系统之一，在建立常减压蒸馏模型的过程中，需要严格遵循实际原油的蒸馏流程，模拟实际的原油蒸馏过程，及时发现在整个过程中存在的换热问题。其次，在常压蒸馏部分需要在常压塔设置三条测线和三个中段回流，在满足换热分离模拟过程需要的同时，更直观清晰地呈现出整个过程。第三，对于减压蒸馏部分，同样需要在减压塔设置三条测线和三个中段回流。

而在实际建立常减压蒸馏模型的过程中，首先需要明确原油物性以及输入方法，不同的原油类型在各种常规性质方面存在着一定的差异。建立的常减压蒸馏模型是否符合实际装置的运行需求，会对物性选择的正确性产生重要的影响。在对收敛方法进行选择的过程中，需要结合模型软件和常减压蒸馏装置的具体类型来选择合适的收敛方法，这样才能够让常减压蒸馏装置更符合实际的需要。

除此之外，在建立常减压蒸馏模型的过程中，还需要注意确保模型装置的操作参数符合模拟装置的运行需求。闪蒸塔参数、常压塔模拟参数、减压塔模拟参数是建立常减压蒸馏模型中需要重点关注的参数内容。

2.2 灵敏度分析及目标优化

对常减压蒸馏装置的换热网络进行优化最主要的目的，就是减少常减压蒸馏装置在实际运行中产生的能耗。这不仅仅是炼油企业生产发展的要求，同时也是当前原油市场的运行和发展对化工企业控制生产成本和提高经济效益的要求。由于常减压蒸馏装置本身在应用中会导致参数呈现出较大的耦合程度，再加上当前市场对于原油进料波动和指标等方面的严格要求，对常减压蒸馏装置的换热网络进行优化，能够对提高化工企业的经济效益起到重要的作用。从灵敏度的角度来说，首先需要确定好常压炉的出口温度，以对出口温度的控制来保证一些轻质油品的产量。其次，汽提蒸汽量也是对换热系统灵敏度进行分析时需要重点关注的内容。从常压塔汽提蒸汽量的影响、常二线汽提蒸汽量的影响、顶循及中段抽出量、测线抽出量等方面来进行具体的分析，针对灵敏度中存在的多变量目标，可以采取优化设计、优化操作、优化管理等措施来保证常减压蒸馏装置的平稳运行，并更好的达到节能增效的目的。

2.3 换热网络优化及经济效益评价

基于常减压蒸馏装置在化工企业中的重要作用，重视换热网络的优化，对于促进化工企业经济效益的提高具有重要的作用。节能降耗措施的应用，不仅符合当前市场发展对化工企业提出要求，也能够在降低化工企业生产成本，提高化工企业经济效益中发挥重要的作用。在对常减压蒸馏装置的换热网络进行优化时，首先需要合理选择原油的加工方案，选择综合评价结果更高的，更符合化工企业实际生产需要的原油加工方案。与此同时，通过与下游化工装置的有效结合，生产加工乙烯来代替常减压蒸馏装置中应用的部分原料。在对换热网络进行优化的过程中，还需要注意遵循高温高用、低温低用的主要原则，减少在装盒子应用过程中能量传递造成的损耗。除此之外，针对以往常减压蒸馏装置运行中能量流动中产生的散热损失，可以对主要的换热设备和管线采取保温策略来满足实际的需要。借助板式换热器、螺纹、波纹管换热器等新型的换热装置，也能够起到提高传热系数的作用。通过设置热煤水回收站，提高热煤水的利用效率，并对加热炉提前进行空气预热，也能够有效达到提高炉效率的目标。需要注意的是，对于换热网络的优化需要建立在对现有常减压蒸馏装置能耗现状充分了解的基础之上，从当前常减压蒸馏装置应用的具体节能措施、取热热煤水用量等角度来对装置的能耗现状进行分析，以此来为换热网络的构建和优化提供更加科学的基础。而在构建换热网络的过程中，则需要结合以往换热网络应用中存在的过量能耗问题，借助先进的能量分析软件，从基本的热力学数据角度出发，对换热网络的优化提供更加有效的解决方案。

3 结论

对换热网络进行优化和节能设计分析，是能够有效满足常减压蒸馏装置节能降耗需求的有效措施。。结合当前化工企业实际的发展情况，在对常减压蒸馏装置的换热网络进行优化设计的过程中，可以通过建立常减压蒸馏装置模型的方式，在对模型的运行情况进行分析之后，着重从灵敏度的角度入手对目标进行合理的优化，从而更好的满足换热网络优化和提升经济效益的目的。