CC BY
128
УДК 66.045.1
И. А. Мнушкин (к.т.н.)1, З. И. Сибагатуллина (асп.)2, И. Б. Грудников (д.т.н., проф.)3, А. М. Сыркин (к.х.н., проф.)2
Совершенствование схемы теплообмена на комбинированной установке ЭЛОУ-АВТ с использованием пинч-анализа
ООО «Петон»
450077, г. Уфа, ул. Новомостовая,28/1; тел.(347)2468709, e-mail:[email protected] Уфимский государственный нефтяной технический университет 2кафедра общей и аналитической химии, 3кафедра нефтехимии и химической технологии 450062,Уфа, ул.Космонавтов,1 тел.(347)2431632, e-mail:[email protected]
I. A. Mnushkin1, Z. I. Sibagatullina2, I. B. Grudnikov3, A. M. Syrkin2
Perfection of heat exchange scheme at combination unit EDU-AVDU with the use of pinch analysis
Peton LLC
28/1, Novomostovaya Str.,450077, Ufa, ph.(347)2468709, e-mail: peton@ peton.ru 2,3Ufa State Petroleum Technological University 1, Kosmonavtov Str, 450062, Ufa, ph.(347)2431632, e-mail: [email protected]
На основе пинч-анализа, учитывающего термодинамические характеристики потоков, разработана энергосберегающая схема теплообмена на комбинированной установке ЭЛОУ-АВТ мощностью 9 млн т/год. Предложена новая схема обвязки теплообменников. Показано, что такой подход позволит повысить температуру нефти на выходе из системы теплообменников с 230 оС по существующей схеме до 243 оС по разработанной схеме и тем самым уменьшить затраты на последующий нагрев нефти в печи, проблематичный в настоящее время на установке.
Ключевые слова: пинч-анализ; потоковая энтальпия; схема теплообмена; термодинамика; энергосбережение.
Утилизация тепла горячих потоков для нагрева холодных — одно из основных условий эффективной работы установок нефтеперерабатывающих предприятий. Однако ввиду многочисленности этих потоков выбор оптимального их сочетания, т.е. оптимальной схемы теплообмена, учитывающей разность температур, расходы потоков и другие параметры, требует перебора большого количества вариантов. Имеющийся инженерный опыт позволяет в определенной степени облегчить эту задачу, но не дает гарантии лучшего решения.
Более продуктивным может быть пинч-анализ, учитывающий термодинамические характеристики потоков 1'2, который предполагает использование как первого закона термоди-
Дата поступления 13.09.13
On the basis of pinch analysis taking into account first and second lows of thermodynamics the energy saving scheme of the heat exchange at the combination unit EDU-AVDU — output 9 millions tonnes per year — was developed. It is shown that such an approach will allow to raise the temperature of the petroleum after heat exchangers from 230 oC for existent scheme up to 243 oC for developed scheme and thereby to decrease the expenditure for following heating the petroleum in the furnace which is problem now at the unit.
Key words: energy saving; heat exchange scheme; pinch analysis, stream enthalpy, thermodynamics.
намики (что является обычной практикой при составлении энергетических балансов), так и второго. Таким образом, этот анализ имеет хорошее научное обоснование.
В соответствии с принципами пинч-анали-за строят в координатах температура—энтальпия потоков составную кривую всех горячих (охлаждаемых в процессе теплообмена) потоков и составную кривую всех холодных (нагреваемых) потоков. Далее, с учетом положения полученных кривых строят в таких же координатах итоговую составную кривую, конфигурация которой позволяет термодинамически обоснованно оценить эффективность рассматриваемой схемы теплообмена.
С учетом сказанного, пинч-анализ использован нами с целью повышения эффективности схемы теплообмена на одной из установок
Рис. 1. Существующая схема теплообмена на установке ЭЛОУ-АВТ: Т — теплообменники; К — колонны; ЦО — циркуляционное орошение; НЦО — нижнее циркуляционное орошение; ДТ — дизельное топливо; ЛВГ — легкий вакуумный газойль; ТВГ — тяжелый вакуумный газойль.
ЭЛОУ-АВТ мощностью 9 млн т/год. Здесь нефть, поступающая на ЭЛОУ и затем на АВТ, нагревается продуктами перегонки, причем в силу оперативной обстановки не все продукты могут быть использованы для нагрева. Это предопределяет необходимость существенного дополнительного подогрева нефти в печи перед перегонкой и тем самым сдерживает увеличение производительности, поскольку печь работает на предельной нагрузке. На рис. 1 представлена существующая схема теплообмена.
Пинч-анализ этой схемы с учетом расходов потоков и их температур приводит к получению итоговой составной кривой, показанной на рис. 2. Удельная теплоемкость потоков в расчетах принята постоянной в пределах изменения температуры этих потоков. На оси абсцисс — потоковая энтальпия (или тепловая нагрузка), т.е. энтальпия потока, проходящего через какое-либо сечение в единицу времени — в данном случае — в секунду. На оси ординат — температура. Рисунок позволяет оценить изменение потоковой энтальпии для какого-либо температурного интервала. Абсцисса самой верхней точки кривой — 12 МВт — показывает количество недополученного нефтью тепла. На рис. 3 представлена предлагаемая схема теплообмена.
Пинч-анализ новой схемы приводит к получению иной итоговой составной кривой, по-
казанной на рис. 4. Как видно, абсцисса самой верхней точки кривой равна примерно 6 МВт, т.е количество недополученного нефтью тепла по сравнению с предыдущим случаем уменьшается в 2 раза.
При этом температура нефти на выходе из системы теплообменников повышается с 230 оС по существующей схеме до 243 оС — по предлагаемой, что позволяет или уменьшить расход топлива для нагрева нефти или увеличить производительность печи.
0 20000 4поПС БОООО £0000 100000 120000
Тепловая нагрузка, кВт
Рис. 2. Итоговая составная кривая для существующей схемы теплообмена
ДТ К-5
Рис. 3. Предлагаемая схема теплообмена на установке ЭЛОУ-АВТ
Рис. 4. Итоговая составная кривая для предлагаемой схемы теплообмена.
Литература
1. Kemp I. C., Pinch Analysis and Process Integration—Oxford: Elsevier, 2007.— 396 p.
2. Смит Р., Клемеш Й., Товажнянский Л. Л., Ка-пустенко П. А., Ульев Л. М. Основы интеграции тепловых процессов.— Харьков.: ХПИ, 2000.- 458 с.
Абсцисса самой нижней точки итоговой составной кривой показывает количество тепла, которое нужно отвести при помощи, например, холодильников: по существующей схеме около 78 МВт, а по предложенной 62 МВт, т.е. меньше.
Таким образом, предложенная схема обвязки теплообменников является более эффективной по сравнению с существующей.
References
1. Kemp I. C. Pinch Analysis and Process Integration. —Oxford: Elsevier, 2007.— 396 p.
2. Smit R., Klemesh J., Tovazhnjanskii L. L., Kapustenko P. A., Ul'ev L. M. Osnovy integratsii teplovykh protsessov.— Har'kov: HPI Publ., 2000.- 458 p.
