常減壓蒸餾裝置的換熱網絡綜合設計及優化研究

程主明

（浙江美陽國際工程設計有限公司，浙江 杭州 310015）

引言

換熱網絡是常減壓蒸餾裝置能夠真正發揮作用的重要組成部分，從當前化工企業的實際發展情況來看，要想實現常減壓蒸餾裝置的節能要求，需要從換熱網絡的角度入手，通過對換熱網絡的優化來更好的滿足常減壓蒸餾裝置節約耗能和促進化工企業經濟效益提高的需要。對常減壓蒸餾裝置的換熱網絡綜合設計及優化進行分析，能夠為促進化工企業生產技術水平的提高提供借鑒的經驗。

1 常減壓蒸餾裝置與換熱網絡

1.1 常減壓蒸餾裝置

常減壓蒸餾裝置是化工企業生產中應用的重要裝置，在當前節約資源和環境保護發展目標的引導下，化工企業以常減壓蒸餾裝置為代表的高能耗裝置需要朝著節能的方向進行優化調整，才能夠在減少環境污染的同時，更好的滿足促進化工企業發展的主要目標[1]。當前我國化工企業應用于常減壓蒸餾裝置的節能技術具體包括三種類型：首先是從對常減壓蒸餾裝置的操作過程進行改進和優化來達到減少耗能目的的，例如，各種新型工藝、技術以及催化劑的應用，能夠有效減少裝置在運行過程中產生熱能消耗的資源，并提高熱能的利用效率。其次，通過對常減壓蒸餾裝置操作單元間進出物料的重置來滿足建造新的熱聯合過程的需要，也是能夠有效達到減少耗能目標的一個有效措施。第三，從常減壓蒸餾裝置應用的換熱網絡角度來說，借助夾點技術或數學歸納法來實現對于換熱網絡的優化，也是一種能夠有效減少常減壓蒸餾裝置耗能的方法。

1.2 換熱網絡的優化綜合方法

從換熱網絡的角度來說，當前應用于常減壓蒸餾裝置換熱網絡的優化綜合方法包括以下幾種：首先，試探法需要進行多次調試才能夠得到對換熱網絡進行優化的最優解，且得到的結果精確度并不高，在實際的應用中往往需要與其他形式的調優方式進行配合，才能夠更好的滿足換熱網絡方向調整的正確性。其次，數學規劃法主要是通過建立研究對象數學模型的形式，以目標函數來進行計算求解，將系統工藝流程中的連續變量和離散變量綜合起來進行考慮[2]。第三，夾點技術法主要是從熱力學定律的角度來思考的，這種方法能夠對以往系統中違背傳熱原理的流程進行重新設計來滿足優化換熱網絡的需要。除此之外，人工智能算法也能夠被應用到常減壓蒸餾裝置的換熱網絡優化當中，以遺傳算法的形式，在收集現有信息的基礎上，對特定目標進行迭代優化，也能夠滿足換熱網絡優化和減少常減壓蒸餾裝置耗能的需求。

2 常減壓蒸餾裝置的換熱網絡綜合設計及優化具體分析

對換熱網絡進行優化設計的最主要目的就是滿足常減壓蒸餾裝置減少耗能的需求。結合當前部分化工企業應用常減壓蒸餾裝置的實際情況來看，在對常減壓蒸餾裝置的換熱網絡綜合設計及優化進行分析時，主要可以從以下幾個方面來入手。

2.1 常減壓蒸餾模型的建立

一般情況下，應用于化工企業的常減壓蒸餾裝置能夠達到千萬t 的級別，為了能夠實現對換熱網絡進行優化處理的要求，在建立常減壓蒸餾模型的過程中，需要結合化工企業實際生產中的標定數據和裝置工藝的使用說明書、圖紙以及產品等方面的要求，借助計算機軟件來建立常減壓蒸餾模型[3]。具體來說，常減壓蒸餾模型需要包括以下幾個方面的內容：首先，原油換熱系統是常減壓蒸餾裝置應用的主要系統之一，在建立常減壓蒸餾模型的過程中，需要嚴格遵循實際原油的蒸餾流程，模擬實際的原油蒸餾過程，及時發現在整個過程中存在的換熱問題。其次，在常壓蒸餾部分需要在常壓塔設置三條測線和三個中段回流，在滿足換熱分離模擬過程需要的同時，更直觀清晰地呈現出整個過程。第三，對于減壓蒸餾部分，同樣需要在減壓塔設置三條測線和三個中段回流。

而在實際建立常減壓蒸餾模型的過程中，首先需要明確原油物性以及輸入方法，不同的原油類型在各種常規性質方面存在著一定的差異。建立的常減壓蒸餾模型是否符合實際裝置的運行需求，會對物性選擇的正確性產生重要的影響。在對收斂方法進行選擇的過程中，需要結合模型軟件和常減壓蒸餾裝置的具體類型來選擇合適的收斂方法，這樣才能夠讓常減壓蒸餾裝置更符合實際的需要。

除此之外，在建立常減壓蒸餾模型的過程中，還需要注意確保模型裝置的操作參數符合模擬裝置的運行需求。閃蒸塔參數、常壓塔模擬參數、減壓塔模擬參數是建立常減壓蒸餾模型中需要重點關注的參數內容。

2.2 靈敏度分析及目標優化

對常減壓蒸餾裝置的換熱網絡進行優化最主要的目的，就是減少常減壓蒸餾裝置在實際運行中產生的能耗。這不僅僅是煉油企業生產發展的要求，同時也是當前原油市場的運行和發展對化工企業控制生產成本和提高經濟效益的要求。由于常減壓蒸餾裝置本身在應用中會導致參數呈現出較大的耦合程度，再加上當前市場對于原油進料波動和指標等方面的嚴格要求，對常減壓蒸餾裝置的換熱網絡進行優化，能夠對提高化工企業的經濟效益起到重要的作用。從靈敏度的角度來說，首先需要確定好常壓爐的出口溫度，以對出口溫度的控制來保證一些輕質油品的產量。其次，汽提蒸汽量也是對換熱系統靈敏度進行分析時需要重點關注的內容。從常壓塔汽提蒸汽量的影響、常二線汽提蒸汽量的影響、頂循及中段抽出量、測線抽出量等方面來進行具體的分析，針對靈敏度中存在的多變量目標，可以采取優化設計、優化操作、優化管理等措施來保證常減壓蒸餾裝置的平穩運行，并更好的達到節能增效的目的。

2.3 換熱網絡優化及經濟效益評價

基于常減壓蒸餾裝置在化工企業中的重要作用，重視換熱網絡的優化，對于促進化工企業經濟效益的提高具有重要的作用。節能降耗措施的應用，不僅符合當前市場發展對化工企業提出要求，也能夠在降低化工企業生產成本，提高化工企業經濟效益中發揮重要的作用。在對常減壓蒸餾裝置的換熱網絡進行優化時，首先需要合理選擇原油的加工方案，選擇綜合評價結果更高的，更符合化工企業實際生產需要的原油加工方案。與此同時，通過與下游化工裝置的有效結合，生產加工乙烯來代替常減壓蒸餾裝置中應用的部分原料。在對換熱網絡進行優化的過程中，還需要注意遵循高溫高用、低溫低用的主要原則，減少在裝盒子應用過程中能量傳遞造成的損耗。除此之外，針對以往常減壓蒸餾裝置運行中能量流動中產生的散熱損失，可以對主要的換熱設備和管線采取保溫策略來滿足實際的需要。借助板式換熱器、螺紋、波紋管換熱器等新型的換熱裝置，也能夠起到提高傳熱系數的作用。通過設置熱煤水回收站，提高熱煤水的利用效率，并對加熱爐提前進行空氣預熱，也能夠有效達到提高爐效率的目標。需要注意的是，對于換熱網絡的優化需要建立在對現有常減壓蒸餾裝置能耗現狀充分了解的基礎之上，從當前常減壓蒸餾裝置應用的具體節能措施、取熱熱煤水用量等角度來對裝置的能耗現狀進行分析，以此來為換熱網絡的構建和優化提供更加科學的基礎。而在構建換熱網絡的過程中，則需要結合以往換熱網絡應用中存在的過量能耗問題，借助先進的能量分析軟件，從基本的熱力學數據角度出發，對換熱網絡的優化提供更加有效的解決方案。

3 結論

對換熱網絡進行優化和節能設計分析，是能夠有效滿足常減壓蒸餾裝置節能降耗需求的有效措施。。結合當前化工企業實際的發展情況，在對常減壓蒸餾裝置的換熱網絡進行優化設計的過程中，可以通過建立常減壓蒸餾裝置模型的方式，在對模型的運行情況進行分析之后，著重從靈敏度的角度入手對目標進行合理的優化，從而更好的滿足換熱網絡優化和提升經濟效益的目的。