Тема 6 ВЫБОР И РАЗМЕЩЕНИЕ УТИЛИТ 1
Краткие рекомендации по выбору утилит 2
Краткие рекомендации по выбору утилит До сих пор, изучая методы энергосбережения, применяемые в пинч анализе при создании новых проектов или проектов реконструкции ХТС, мы предполагали, что внешние утилиты как холодные, так и горячие являются совершенно однородными, т. е. удельная стоимость всех горячих энергоносителей принималась одинаковой и, соответственно, стоимость всех холодных энергоносителей принималась также одинаковой. 3
Краткие рекомендации по выбору утилит До сих пор, изучая методы энергосбережения, применяемые в пинч анализе при создании новых проектов или проектов реконструкции ХТС, мы предполагали, что внешние утилиты как холодные, так и горячие являются совершенно однородными, т. е. удельная стоимость всех горячих энергоносителей принималась одинаковой и, соответственно, стоимость всех холодных энергоносителей принималась также одинаковой. Между собой эти стоимости, как правило, относятся как 10: 1. 4
В то же время даже в пределах одной ХТС потребление утилит может осуществляться от различных внешних энергоносителей. 5
В то же время даже в пределах одной ХТС потребление утилит может осуществляться от различных внешних энергоносителей. 6
В то же время даже в пределах одной ХТС потребление утилит может осуществляться от различных внешних энергоносителей. ХТС обычно потребляет энергию на различных уровнях 7
Для подогрева на высокой температуре могут быть использованы газовые печи или отработанные газы газовых турбин. 8
Для подогрева на высокой температуре могут быть использованы газовые печи или отработанные газы газовых турбин. Для подогрева на низких температурах обычно используется водяной пар на различных уровнях давления. 9
Для подогрева на высокой температуре могут быть использованы газовые печи или отработанные газы газовых турбин. Для подогрева на низких температурах обычно используется водяной пар на различных уровнях давления. Для охлаждения потоков могут использоваться производство пара, охлаждающая вода, холодильные установки, тепловые насосы и т. д. 10
Обычно горячие высокотемпературные энергоносители имеют более высокую стоимость, чем низкотемпературные. 11
Обычно горячие высокотемпературные энергоносители имеют более высокую стоимость, чем низкотемпературные. Поэтому использование горячих утилит на самых низких, технологически допустимых уровнях снижает стоимость проекта, а генерация горячих утилит на наибольших уровнях увеличивает доход от производства горячих утилит. 12
Обычно горячие высокотемпературные энергоносители имеют более высокую стоимость, чем низкотемпературные. Поэтому использование горячих утилит на самых низких, технологически допустимых уровнях снижает стоимость проекта, а генерация горячих утилит на наибольших уровнях увеличивает доход от производства горячих утилит. Обратная закономерность наблюдается при использовании и производстве холодных утилит потому, что холодные утилиты более дорогие на низких уровнях температуры. 13
Обычно горячие высокотемпературные энергоносители имеют более высокую стоимость, чем низкотемпературные. Поэтому использование горячих утилит на самых низких, технологически допустимых уровнях снижает стоимость проекта, а генерация горячих утилит на наибольших уровнях увеличивает доход от производства горячих утилит. Обратная закономерность наблюдается при использовании и производстве холодных утилит потому, что холодные утилиты более дорогие на низких уровнях температуры. Кратко это можно сформулировать следующим образом: 14
Обычно горячие высокотемпературные энергоносители имеют более высокую стоимость, чем низкотемпературные. Поэтому использование горячих утилит на самых низких, технологически допустимых уровнях снижает стоимость проекта, а генерация горячих утилит на наибольших уровнях увеличивает доход от производства горячих утилит. Обратная закономерность наблюдается при использовании и производстве холодных утилит потому, что холодные утилиты более дорогие на низких уровнях температуры. Кратко это можно сформулировать следующим образом: Горячие утилиты необходимо использовать на низших допустимых уровнях, а генерировать на наиболее высоких уровнях. 15
Обычно горячие высокотемпературные энергоносители имеют более высокую стоимость, чем низкотемпературные. Поэтому использование горячих утилит на самых низких, технологически допустимых уровнях снижает стоимость проекта, а генерация горячих утилит на наибольших уровнях увеличивает доход от производства горячих утилит. Обратная закономерность наблюдается при использовании и производстве холодных утилит потому, что холодные утилиты более дорогие на низких уровнях температуры. Кратко это можно сформулировать следующим образом: Горячие утилиты необходимо использовать на низших допустимых уровнях, а генерировать на наиболее высоких уровнях. Холодные утилиты необходимо использовать на наиболее высоких допустимых уровнях, а генерировать на наиболее низких уровнях. 16
Размещение утилит с помощью составных кривых. Утилитный пинч 17
Размещение утилит с помощью составных кривых. Утилитный пинч Но есть ли способ выбора оптимального уровня для потребляемых утилит? 18
Размещение утилит с помощью составных кривых. Утилитный пинч Но есть ли способ выбора оптимального уровня для потребляемых утилит? Давайте попробуем использовать составные кривые технологических потоков для размещения утилит различного уровня. 19
Размещение утилит с помощью составных кривых. Утилитный пинч Но есть ли способ выбора оптимального уровня для потребляемых утилит? Давайте попробуем использовать составные кривые технологических потоков для размещения утилит различного уровня. Предположим, что мы хотим заменить часть пара высокого давления, используемого для нагрева холодных потоков, паром более низкого давления. 20
Размещение утилит с помощью составных кривых. Утилитный пинч Но есть ли способ выбора оптимального уровня для потребляемых утилит? Давайте попробуем использовать составные кривые технологических потоков для размещения утилит различного уровня. Предположим, что мы хотим заменить часть пара высокого давления, используемого для нагрева холодных потоков, паром более низкого давления. 21
Размещение утилит с помощью составных кривых. Утилитный пинч Но есть ли способ выбора оптимального уровня для потребляемых утилит? Давайте попробуем использовать составные кривые технологических потоков для размещения утилит различного уровня. Предположим, что мы хотим заменить часть пара высокого давления, используемого для нагрева холодных потоков, паром более низкого давления. Использование составных кривых для размещения утилит 22
Для этого горячая составная кривая разрывается на температуре насыщения пара среднего давления, и изменение энтальпии пара вставляется в горячую составную кривую горизонтальной линией, поскольку конденсация пара происходит при постоянной температуре. 23
Для этого горячая составная кривая разрывается на температуре насыщения пара среднего давления, и изменение энтальпии пара вставляется в горячую составную кривую горизонтальной линией, поскольку конденсация пара происходит при постоянной температуре. Можно сказать, что подводимая энергия паром среднего давления изображается на горячей составной кривой как изменение энтальпии горячего потока с фазовым превращением, т. е. потока, у которого СР = . 24
Поскольку пар среднего давления дешевле пара высокого давления, для уменьшения стоимости потребляемой внешней энергии следует максимизировать потребление пара среднего давления. 25
Поскольку пар среднего давления дешевле пара высокого давления, для уменьшения стоимости потребляемой внешней энергии следует максимизировать потребление пара среднего давления. Однако, при увеличении потребления пара среднего давления на некотором значении его тепловой нагрузки достигается разность температур между утилитой, встроенной в горячую составную кривую, и холодной составной кривой равная Тmin. 26
Поскольку пар среднего давления дешевле пара высокого давления, для уменьшения стоимости потребляемой внешней энергии следует максимизировать потребление пара среднего давления. Однако, при увеличении потребления пара среднего давления на некотором значении его тепловой нагрузки достигается разность температур между утилитой, встроенной в горячую составную кривую, и холодной составной кривой равная Тmin. Эта область называется утилитным пинчем. 27
При введении более дешевых промежуточных утилит тепловая нагрузка на них обычно максимизируется. 28
При введении более дешевых промежуточных утилит тепловая нагрузка на них обычно максимизируется. Вследствие этого разность температур между горячими промежуточными утилитами и холодной составной кривой становится равной Тmin. Промежуточные утилиты могут располагаться, как выше, так и ниже процессного пинча. 29
При введении более дешевых промежуточных утилит тепловая нагрузка на них обычно максимизируется. Вследствие этого разность температур между горячими промежуточными утилитами и холодной составной кривой становится равной Тmin. Промежуточные утилиты могут располагаться, как выше, так и ниже процессного пинча. Следовательно, утилитный пинч может быть расположен как слева, так и справа от процессного пинча. Утилитный пинч могут формировать как промежуточные горячие, 30
При введении более дешевых промежуточных утилит тепловая нагрузка на них обычно максимизируется. Вследствие этого разность температур между горячими промежуточными утилитами и холодной составной кривой становится равной Тmin. Промежуточные утилиты могут располагаться, как выше, так и ниже процессного пинча. Следовательно, утилитный пинч может быть расположен как слева, так и справа от процессного пинча. Утилитный пинч могут формировать как промежуточные горячие, так и промежуточные холодные утилиты – (а); 31
При введении более дешевых промежуточных утилит тепловая нагрузка на них обычно максимизируется. Вследствие этого разность температур между горячими промежуточными утилитами и холодной составной кривой становится равной Тmin. Промежуточные утилиты могут располагаться, как выше, так и ниже процессного пинча. Следовательно, утилитный пинч может быть расположен как слева, так и справа от процессного пинча. Утилитный пинч могут формировать как промежуточные горячие, так и промежуточные холодные утилиты – (а); (б) – общее правило размещения утилит: нагрев над процессным пинчем, охлаждение под ним. 32
При введении более дешевых промежуточных утилит тепловая нагрузка на них обычно максимизируется. Вследствие этого разность температур между горячими промежуточными утилитами и холодной составной кривой становится равной Тmin. Промежуточные утилиты могут располагаться, как выше, так и ниже процессного пинча. Следовательно, утилитный пинч может быть расположен как слева, так и справа от процессного пинча. Утилитный пинч могут формировать как промежуточные горячие, так и промежуточные холодные утилиты – (а); (б) – общее правило размещения утилит: нагрев над процессным пинчем, охлаждение под ним. УТП – утилитный пинч, ПП – процессный пинч, ВД – пар высокого давления, 33
При введении более дешевых промежуточных утилит тепловая нагрузка на них обычно максимизируется. Вследствие этого разность температур между горячими промежуточными утилитами и холодной составной кривой становится равной Тmin. Промежуточные утилиты могут располагаться, как выше, так и ниже процессного пинча. Следовательно, утилитный пинч может быть расположен как слева, так и справа от процессного пинча. Утилитный пинч могут формировать как промежуточные горячие, так и промежуточные холодные утилиты – (а); (б) – общее правило размещения утилит: нагрев над процессным пинчем, охлаждение под ним. УТП – утилитный пинч, ПП – процессный пинч, ВД – пар высокого давления, НД – пар низкого давления, ОВ – охлаждающая вода, ОТ – охлаждение при отрицательных температурах по 34 Цельсию
Заметим также, что утилитный пинч может формироваться при введении промежуточных утилит не только между утилитами и составными кривыми, но и между составными кривыми, точка Б. Формирование утилитного пинча между составными кривыми: (а) – процессный пинч сформирован технологическими потоками – А; (б) – формирование утилитного пинча технологическими потоками – Б. ВД – пар высокого давления; НД – пар низкого давления 35
Заметим также, что утилитный пинч может формироваться при введении промежуточных утилит не только между утилитами и составными кривыми, но и между составными кривыми, точка Б. Промежуточные горячие утилиты после максимизации их нагрузки передают тепло, как правило, ниже пинча, но утилитного пинча, а не процессного. Формирование утилитного пинча между составными кривыми: (а) – процессный пинч сформирован технологическими потоками – А; (б) – формирование утилитного пинча технологическими потоками – Б. ВД – пар высокого давления; НД – пар низкого давления 36
Заметим также, что утилитный пинч может формироваться при введении промежуточных утилит не только между утилитами и составными кривыми, но и между составными кривыми, точка Б. Промежуточные горячие утилиты после максимизации их нагрузки передают тепло, как правило, ниже пинча, но утилитного пинча, а не процессного. Аналогичное замечание, но обратное по содержанию, справед. Формирование утилитного пинча между ливо для промежуточсоставными кривыми: (а) – процессный пинч сформирован технологическими потоками – А; ных холодных утилит. (б) – формирование утилитного пинча технологическими потоками – Б. ВД – пар высокого давления; НД – пар низкого давления 37
Заметим также, что утилитный пинч может формироваться при введении промежуточных утилит не только между утилитами и составными кривыми, но и между составными кривыми, точка Б. Промежуточные горячие утилиты после максимизации их нагрузки передают тепло, как правило, ниже пинча, но утилитного пинча, а не процессного. Аналогичное замечание, но обратное по содержанию, справед. Формирование утилитного пинча между ливо для промежуточсоставными кривыми: (а) – процессный пинч сформирован технологическими потоками – А; ных холодных утилит. (б) – формирование утилитного пинча Эти утилиты, после мактехнологическими потоками – Б. ВД – пар симизации их нагрузки, высокого давления; НД – пар низкого давления охлаждают горячие потоки выше утилитного 38 пинча.
Проектирование теплообменных систем при наличии утилитных пинчей 39
Проектирование теплообменных систем при наличии утилитных пинчей Сейчас мы кратко рассмотрим метод построения теплообменной сети для ХТС, в которой имеются утилитные пинчи, образованные введением промежуточных энергоносителей. 40
Проектирование теплообменных систем при наличии утилитных пинчей Сейчас мы кратко рассмотрим метод построения теплообменной сети для ХТС, в которой имеются утилитные пинчи, образованные введением промежуточных энергоносителей. Локализация утилитных пинчей легко определяется с помощью составных кривых. Построение сеточной диаграммы для ХТС с наличием утилитных пинчей: (а) – составная кривая, (б) – сеточная диаграмма с указанием всех пинчей 41
Затем рисуется сеточная диаграмма технологических потоков ХТС, на которой вертикальными линиями показываются пинчи как процессный, так и утилитные. 42
Затем рисуется сеточная диаграмма технологических потоков ХТС, на которой вертикальными линиями показываются пинчи как процессный, так и утилитные. Если в системе имеется N пинчей, то на сеточной диаграмме они делят систему на N +1 подсистему, каждая из которых находится в тепловом балансе со своими утилитами. 43
Затем рисуется сеточная диаграмма технологических потоков ХТС, на которой вертикальными линиями показываются пинчи как процессный, так и утилитные. Если в системе имеется N пинчей, то на сеточной диаграмме они делят систему на N +1 подсистему, каждая из которых находится в тепловом балансе со своими утилитами. Перед проектированием этот баланс необходимо проверить. 44
Затем рисуется сеточная диаграмма технологических потоков ХТС, на которой вертикальными линиями показываются пинчи как процессный, так и утилитные. Если в системе имеется N пинчей, то на сеточной диаграмме они делят систему на N +1 подсистему, каждая из которых находится в тепловом балансе со своими утилитами. Перед проектированием этот баланс необходимо проверить. После этого мы проектируем тепловую сеть независимо для каждой из подсистем, применяя уже изученные нами пинчпринципы, т. е. запрещая перенос энергии через каждый из пинчей, удовлетворяя критерию Тmin и СР правилам, а также критериям расщепления потоков. 45
При этом необходимо помнить, что при удовлетворении тепловых нагрузок потоков, которые нельзя удовлетворить за счет организации теплообменной связи между потоками, мы должны использовать только те утилиты, которые доступны для данной подсистемы. 46
При этом необходимо помнить, что при удовлетворении тепловых нагрузок потоков, которые нельзя удовлетворить за счет организации теплообменной связи между потоками, мы должны использовать только те утилиты, которые доступны для данной подсистемы. В качестве примера рассмотрим технологический процесс, состоящий из четырех потоков, данные для которых приведены в таблице. 47
При этом необходимо помнить, что при удовлетворении тепловых нагрузок потоков, которые нельзя удовлетворить за счет организации теплообменной связи между потоками, мы должны использовать только те утилиты, которые доступны для данной подсистемы. В качестве примера рассмотрим технологический процесс, состоящий из четырех потоков, данные для которых приведены в таблице. Потоковые данные для четырех потоковой задачи с утилитными пинчами. 48
При этом необходимо помнить, что при удовлетворении тепловых нагрузок потоков, которые нельзя удовлетворить за счет организации теплообменной связи между потоками, мы должны использовать только те утилиты, которые доступны для данной подсистемы. В качестве примера рассмотрим технологический процесс, состоящий из четырех потоков, данные для которых приведены в таблице. Потоковые данные для четырех потоковой задачи с утилитными пинчами. Поток Тип ТS, С ТТ, С СР, (к. Вт/ С) 1 Гор. 220 40 2 2 Гор. 150 60 2, 5 3 Хол. 20 115 3 4 Хол. 70 170 4 49
С помощью построения составных кривых мы определяем целевые значения для внешних утилит и Тmin. 50
С помощью построения составных кривых мы определяем целевые значения для внешних утилит и Тmin. Необходимая мощность горячих утилит равна 125 к. Вт, холодных 25 к. Вт, а Тmin = 20 С. 51
С помощью построения составных кривых мы определяем целевые значения для внешних утилит и Тmin. Необходимая мощность горячих утилит равна 125 к. Вт, холодных 25 к. Вт, а Тmin = 20 С. Анализ составных кривых показывает, что частично пар высокого давления мы можем заменить на более дешевый пар низкого давления. 52
Для этого мы разрываем горячую составную кривую на 120 С и рисуем горячую утилиту как поток с СР = ∞. 53
Для этого мы разрываем горячую составную кривую на 120 С и рисуем горячую утилиту как поток с СР = ∞. Тем самым мы получили балансные составные кривые. 54
Для этого мы разрываем горячую составную кривую на 120 С и рисуем горячую утилиту как поток с СР = ∞. Тем самым мы получили балансные составные кривые. Максимизация тепловой нагрузки на этой утилите приведет к появлению утилитного пинча на температуре 100 – 120 С с нагрузкой на промежуточную утилиту, равной 75 к. Вт. 55
Для этого мы разрываем горячую составную кривую на 120 С и рисуем горячую утилиту как поток с СР = ∞. Тем самым мы получили балансные составные кривые. Максимизация тепловой нагрузки на этой утилите приведет к появлению утилитного пинча на температуре 100 – 120 С с нагрузкой на промежуточную утилиту, равной 75 к. Вт. После определения локализации утилитного пинча и нагрузок на утилиты мы рисуем сеточную диаграмму потоков, на которой вертикальными линиями отмечаем местоположение пинчей. 56
Для этого мы разрываем горячую составную кривую на 120 С и рисуем горячую утилиту как поток с СР = ∞. Тем самым мы получили балансные составные кривые. Максимизация тепловой нагрузки на этой утилите приведет к появлению утилитного пинча на температуре 100 – 120 С с нагрузкой на промежуточную утилиту, равной 75 к. Вт. После определения локализации утилитного пинча и нагрузок на утилиты мы рисуем сеточную диаграмму потоков, на которой вертикальными линиями отмечаем местоположение пинчей. Составные кривые с утилитным пинчем, Тmin = 20 C, QHmin = 125 к. Вт, QСmin = 50 к. Вт 57
На сеточной диаграмме утилиты показываются самостоятельными потоками. Составные кривые с утилитным пинчем, Тmin = 20 C, QHmin = 125 к. Вт, QСmin = 50 к. Вт 58
На сеточной диаграмме утилиты показываются самостоятельными потоками. Такая сеточная диаграмма называется балансной сеточной диаграммой Составные кривые с утилитным пинчем, Тmin = 20 C, QHmin = 125 к. Вт, QСmin = 50 к. Вт 59
На сеточной диаграмме утилиты показываются самостоятельными потоками. Такая сеточная диаграмма называется балансной сеточной диаграммой. В итоге сеточная аграммой диаграмма разделяется на три подсистемы потоков, каждая из которых находится в тепловом балансе со своими утилитами. Составные кривые с утилитным пинчем, Тmin = 20 C, QHmin = 125 к. Вт, QСmin = 50 к. Вт 60
На сеточной диаграмме утилиты показываются самостоятельными потоками. Такая сеточная диаграмма называется балансной сеточной диаграммой. В итоге сеточная аграммой диаграмма разделяется на три подсистемы потоков, каждая из которых находится в тепловом балансе со своими утилитами. Поверяем тепловой баланс в каждой из подсистем. Составные кривые с утилитным пинчем, Тmin = 20 C, QHmin = 125 к. Вт, QСmin = 50 к. Вт 61
На сеточной диаграмме утилиты показываются самостоятельными потоками. Такая сеточная диаграмма называется балансной сеточной диаграммой. В итоге сеточная аграммой диаграмма разделяется на три подсистемы потоков, каждая из которых находится в тепловом балансе со своими утилитами. Поверяем тепловой баланс в каждой из подсистем. Для этого рассчитываем суммарные тепловые нагрузки на горячие потоки и холодные потоки. Составные кривые с утилитным пинчем, Тmin = 20 C, QHmin = 125 к. Вт, QСmin = 50 к. Вт 62
На сеточной диаграмме утилиты показываются самостоятельными потоками. Такая сеточная диаграмма называется балансной сеточной диаграммой. В итоге сеточная аграммой диаграмма разделяется на три подсистемы потоков, каждая из которых находится в тепловом балансе со своими утилитами. Поверяем тепловой баланс в каждой из подсистем. Для этого рассчитываем суммарные тепловые нагрузки на горячие потоки и холодные потоки. Сумма этих нагрузок должна совпадать с утилитной нагрузкой для этих подсистем. Составные кривые с утилитным пинчем, Тmin = 20 C, QHmin = 125 к. Вт, QСmin = 50 к. Вт 63
1. В первой подсистеме нагрузка на поток 1 равна: 64
1. В первой подсистеме нагрузка на поток 1 равна: 65
1. В первой подсистеме нагрузка на поток 1 равна: на потоке 2: 66
1. В первой подсистеме нагрузка на поток 1 равна: на потоке 2: Н 2 = (120 - 150) 2, 5 = - 7, 5 к. Вт. 67
1. В первой подсистеме нагрузка на поток 1 равна: на потоке 2: Н 2 = (120 - 150) 2, 5 = - 7, 5 к. Вт. Аналогично для холодных потоков: 68
1. В первой подсистеме нагрузка на поток 1 равна: на потоке 2: Н 2 = (120 - 150) 2, 5 = - 7, 5 к. Вт. Аналогично для холодных потоков: Н 3 = (115 – 100) 3 = 45 к. Вт; 69
1. В первой подсистеме нагрузка на поток 1 равна: на потоке 2: Н 2 = (120 - 150) 2, 5 = - 7, 5 к. Вт. Аналогично для холодных потоков: Н 3 = (115 – 100) 3 = 45 к. Вт; Н 4 = (170 – 100) 4 = 280 к. Вт. 70
1. В первой подсистеме нагрузка на поток 1 равна: на потоке 2: Н 2 = (120 - 150) 2, 5 = - 7, 5 к. Вт. Аналогично для холодных потоков: Н 3 = (115 – 100) 3 = 45 к. Вт; Н 4 = (170 – 100) 4 = 280 к. Вт. Вычисляем сумму нагрузок: 71
1. В первой подсистеме нагрузка на поток 1 равна: на потоке 2: Н 2 = (120 - 150) 2, 5 = - 7, 5 к. Вт. Аналогично для холодных потоков: Н 3 = (115 – 100) 3 = 45 к. Вт; Н 4 = (170 – 100) 4 = 280 к. Вт. Вычисляем сумму нагрузок: 72
1. В первой подсистеме нагрузка на поток 1 равна: на потоке 2: Н 2 = (120 - 150) 2, 5 = - 7, 5 к. Вт. Аналогично для холодных потоков: Н 3 = (115 – 100) 3 = 45 к. Вт; Н 4 = (170 – 100) 4 = 280 к. Вт. Вычисляем сумму нагрузок: что соответствует тепловой нагрузке на пар высокого давления. 73
2. Тепловой баланс для второй подсистемы: 74
2. Тепловой баланс для второй подсистемы: Н 1 = (90 – 120) 2 = - 60 к. Вт; 75
2. Тепловой баланс для второй подсистемы: Н 1 = (90 – 120) 2 = - 60 к. Вт; Н 2 = (90 – 120) 2, 5 = - 75 к. Вт; 76
2. Тепловой баланс для второй подсистемы: Н 1 = (90 – 120) 2 = - 60 к. Вт; Н 2 = (90 – 120) 2, 5 = - 75 к. Вт; Н 3 = (100 – 70) 3 = 90 к. Вт; 77
2. Тепловой баланс для второй подсистемы: Н 1 = (90 – 120) 2 = - 60 к. Вт; Н 2 = (90 – 120) 2, 5 = - 75 к. Вт; Н 3 = (100 – 70) 3 = 90 к. Вт; Н 4 = (100 – 70) 4 = 120 к. Вт; 78
2. Тепловой баланс для второй подсистемы: Н 1 = (90 – 120) 2 = - 60 к. Вт; Н 2 = (90 – 120) 2, 5 = - 75 к. Вт; Н 3 = (100 – 70) 3 = 90 к. Вт; Н 4 = (100 – 70) 4 = 120 к. Вт; 79
2. Тепловой баланс для второй подсистемы: Н 1 = (90 – 120) 2 = - 60 к. Вт; Н 2 = (90 – 120) 2, 5 = - 75 к. Вт; Н 3 = (100 – 70) 3 = 90 к. Вт; Н 4 = (100 – 70) 4 = 120 к. Вт; что соответствует тепловой нагрузке на пар среднего давления. 80
3. Тепловой баланс для третьей подсистемы 81
3. Тепловой баланс для третьей подсистемы Н 1 = (40 – 90) 2 = - 100 к. Вт; 82
3. Тепловой баланс для третьей подсистемы Н 1 = (40 – 90) 2 = - 100 к. Вт; Н 2 = (60 – 90) 2, 5 = - 75 к. Вт; 83
3. Тепловой баланс для третьей подсистемы Н 1 = (40 – 90) 2 = - 100 к. Вт; Н 2 = (60 – 90) 2, 5 = - 75 к. Вт; Н 3 = (70 – 20) 3 = 150 к. Вт. 84
3. Тепловой баланс для третьей подсистемы Н 1 = (40 – 90) 2 = - 100 к. Вт; Н 2 = (60 – 90) 2, 5 = - 75 к. Вт; Н 3 = (70 – 20) 3 = 150 к. Вт. Тепловой поток № 4 в этой подсистеме отсутствует, поэтому 85
3. Тепловой баланс для третьей подсистемы Н 1 = (40 – 90) 2 = - 100 к. Вт; Н 2 = (60 – 90) 2, 5 = - 75 к. Вт; Н 3 = (70 – 20) 3 = 150 к. Вт. Тепловой поток № 4 в этой подсистеме отсутствует, поэтому 86
3. Тепловой баланс для третьей подсистемы Н 1 = (40 – 90) 2 = - 100 к. Вт; Н 2 = (60 – 90) 2, 5 = - 75 к. Вт; Н 3 = (70 – 20) 3 = 150 к. Вт. Тепловой поток № 4 в этой подсистеме отсутствует, поэтому что равно тепловой нагрузке на холодные утилиты. 87
Итак, тепловой баланс во всех трех подсистемах соблюдается. Далее, используя сеточную диаграмму, 88
Итак, тепловой баланс во всех трех подсистемах соблюдается. Далее, используя сеточную диаграмму, 89
Итак, тепловой баланс во всех трех подсистемах соблюдается. Далее, используя сеточную диаграмму, выполняем проекты теплообменных сетей в каждой из подсистем. 90
Как обычно начинаем с процессного пинча и движемся в стороны от него. 91
Как обычно начинаем с процессного пинча и движемся в стороны от него. Начнем с подсистемы, находящейся ниже пинча. 92
Как обычно начинаем с процессного пинча и движемся в стороны от него. Начнем с подсистемы, находящейся ниже пинча. Критерий числа потоков ниже процессного пинча выполняется Nout Nin, но критерий, т. е. СРout CPin не выполняется, поэтому холодный поток в этой подсистеме разделяем на два потока. 93
Как обычно начинаем с процессного пинча и движемся в стороны от него. Начнем с подсистемы, находящейся ниже пинча. Критерий числа потоков ниже процессного пинча выполняется Nout Nin, но критерий, т. е. СРout CPin не выполняется, поэтому холодный поток в этой подсистеме разделяем на два потока. Далее размещаем теплообменники, как показано на рисунке, и рассчитываем тепловую нагрузку на них. 94
Нагрузка на теплообменник 1: 95
Нагрузка на теплообменник 1: (ТS 2 – TT 2)CP 2 = (ТT 3 – TS 3)CP 3; 96
Нагрузка на теплообменник 1: (ТS 2 – TT 2)CP 2 = (ТT 3 – TS 3)CP 3; (90 – 60) 2, 5 = (70 – 20) 1, 5; 97
Нагрузка на теплообменник 1: (ТS 2 – TT 2)CP 2 = (ТT 3 – TS 3)CP 3; (90 – 60) 2, 5 = (70 – 20) 1, 5; 75 к. Вт = 75 к. Вт, 98
Нагрузка на теплообменник 1: (ТS 2 – TT 2)CP 2 = (ТT 3 – TS 3)CP 3; (90 – 60) 2, 5 = (70 – 20) 1, 5; 75 к. Вт = 75 к. Вт, на второй теплообменник: 99
Нагрузка на теплообменник 1: (ТS 2 – TT 2)CP 2 = (ТT 3 – TS 3)CP 3; (90 – 60) 2, 5 = (70 – 20) 1, 5; 75 к. Вт = 75 к. Вт, на второй теплообменник: (90 – 40) 2 = (70 – 20) 1, 5; 100
Нагрузка на теплообменник 1: (ТS 2 – TT 2)CP 2 = (ТT 3 – TS 3)CP 3; (90 – 60) 2, 5 = (70 – 20) 1, 5; 75 к. Вт = 75 к. Вт, на второй теплообменник: (90 – 40) 2 = (70 – 20) 1, 5; 100 к. Вт 75 к. Вт. 101
Следовательно, от технологического потока 1 необходимо дополнительно отводить тепловой поток мощностью 25 к. Вт. 102
Следовательно, от технологического потока 1 необходимо дополнительно отводить тепловой поток мощностью 25 к. Вт. Поэтому размещаем на нем охладитель (утилитный теплообменник). 103
Следовательно, от технологического потока 1 необходимо дополнительно отводить тепловой поток мощностью 25 к. Вт. Поэтому размещаем на нем охладитель (утилитный теплообменник). В подсистеме 2 начинаем размещение теплообменников со второго потока как потока, входящего в пинч и имеющего наибольшее значение СР. 104
Следовательно, от технологического потока 1 необходимо дополнительно отводить тепловой поток мощностью 25 к. Вт. Поэтому размещаем на нем охладитель (утилитный теплообменник). В подсистеме 2 начинаем размещение теплообменников со второго потока как потока, входящего в пинч и имеющего наибольшее значение СР. Размещаем теплообменник между потоком 2 и 4 и максимизируем нагрузку. 105
Следовательно, от технологического потока 1 необходимо дополнительно отводить тепловой поток мощностью 25 к. Вт. Поэтому размещаем на нем охладитель (утилитный теплообменник). В подсистеме 2 начинаем размещение теплообменников со второго потока как потока, входящего в пинч и имеющего наибольшее значение СР. Размещаем теплообменник между потоком 2 и 4 и максимизируем нагрузку. Здесь Н 2 = 75 к. Вт, а Н 4 = 120 к. Вт, поэтому на потоке 4 слева от теплообменника 3 необходимо поставить нагреватель мощностью 45 к. Вт. 106
Следовательно, от технологического потока 1 необходимо дополнительно отводить тепловой поток мощностью 25 к. Вт. Поэтому размещаем на нем охладитель (утилитный теплообменник). В подсистеме 2 начинаем размещение теплообменников со второго потока как потока, входящего в пинч и имеющего наибольшее значение СР. Размещаем теплообменник между потоком 2 и 4 и максимизируем нагрузку. Здесь Н 2 = 75 к. Вт, а Н 4 = 120 к. Вт, поэтому на потоке 4 слева от теплообменника 3 необходимо поставить нагреватель мощностью 45 к. Вт. Размещаем теплообменник 4 между потоками 1 и 3 и максимизируем нагрузку на нем. 107
Следовательно, от технологического потока 1 необходимо дополнительно отводить тепловой поток мощностью 25 к. Вт. Поэтому размещаем на нем охладитель (утилитный теплообменник). В подсистеме 2 начинаем размещение теплообменников со второго потока как потока, входящего в пинч и имеющего наибольшее значение СР. Размещаем теплообменник между потоком 2 и 4 и максимизируем нагрузку. Здесь Н 2 = 75 к. Вт, а Н 4 = 120 к. Вт, поэтому на потоке 4 слева от теплообменника 3 необходимо поставить нагреватель мощностью 45 к. Вт. Размещаем теплообменник 4 между потоками 1 и 3 и максимизируем нагрузку на нем. Здесь Н 1 = 60 к. Вт, а Н 3 = 70 к. Вт, поэтому для приведения потока 3 к пинч температуре, слева от теплообменника 4, дополнительно требуется еще 30 к. Вт. 108
Следовательно, от технологического потока 1 необходимо дополнительно отводить тепловой поток мощностью 25 к. Вт. Поэтому размещаем на нем охладитель (утилитный теплообменник). В подсистеме 2 начинаем размещение теплообменников со второго потока как потока, входящего в пинч и имеющего наибольшее значение СР. Размещаем теплообменник между потоком 2 и 4 и максимизируем нагрузку. Здесь Н 2 = 75 к. Вт, а Н 4 = 120 к. Вт, поэтому на потоке 4 слева от теплообменника 3 необходимо поставить нагреватель мощностью 45 к. Вт. Размещаем теплообменник 4 между потоками 1 и 3 и максимизируем нагрузку на нем. Здесь Н 1 = 60 к. Вт, а Н 3 = 90 к. Вт, поэтому для приведения потока 3 к пинч температуре, слева от теплообменника 4, дополнительно требуется еще 30 к. Вт. Остатки нагрузки у потоков 3 и 4 удовлетворяем с помощью теплообменников 5 и 6, связывающих эти потоки с паром низкого давления. 109
В подсистеме 1 выше утилитного пинча для любых потоков выполняется соотношение СРout CPin. 110
В подсистеме 1 выше утилитного пинча для любых потоков выполняется соотношение СРout CPin. Поэтому размещаем теплообменник 3 на потоках 1 и 3 и максимизируем нагрузку. 111
В подсистеме 1 выше утилитного пинча для любых потоков выполняется соотношение СРout CPin. Поэтому размещаем теплообменник 3 на потоках 1 и 3 и максимизируем нагрузку. Н 3 здесь равно 45 к. Вт, а Н 1 = 200 к. Вт, и тогда слева от теплообменника 7 на потоке 1 еще необходимо снять 155 к. Вт. 112
В подсистеме 1 выше утилитного пинча для любых потоков выполняется соотношение СРout CPin. Поэтому размещаем теплообменник 3 на потоках 1 и 3 и максимизируем нагрузку. Н 3 здесь равно 45 к. Вт, а Н 1 = 200 к. Вт, и тогда слева от теплообменника 7 на потоке 1 еще необходимо снять 155 к. Вт. Рассчитываем температуру перед теплообменником 7 на потоке 1 из соотношения 113
В подсистеме 1 выше утилитного пинча для любых потоков выполняется соотношение СРout CPin. Поэтому размещаем теплообменник 3 на потоках 1 и 3 и максимизируем нагрузку. Н 3 здесь равно 45 к. Вт, а Н 1 = 200 к. Вт, и тогда слева от теплообменника 7 на потоке 1 еще необходимо снять 155 к. Вт. Рассчитываем температуру перед теплообменником 7 на потоке 1 из соотношения (Т - 120 ) 2 = 45, т. е. Т =142, 5 С. 114
В подсистеме 1 выше утилитного пинча для любых потоков выполняется соотношение СРout CPin. Поэтому размещаем теплообменник 3 на потоках 1 и 3 и максимизируем нагрузку. Н 3 здесь равно 45 к. Вт, а Н 1 = 200 к. Вт, и тогда слева от теплообменника 7 на потоке 1 еще необходимо снять 155 к. Вт. Рассчитываем температуру перед теплообменником 7 на потоке 1 из соотношения (Т - 120 ) 2 = 45, т. е. Т =142, 5 С. Восьмой теплообменник размещаем между потоком 2 и потоком 4 и максимизируем нагрузку. 115
В подсистеме 1 выше утилитного пинча для любых потоков выполняется соотношение СРout CPin. Поэтому размещаем теплообменник 3 на потоках 1 и 3 и максимизируем нагрузку. Н 3 здесь равно 45 к. Вт, а Н 1 = 200 к. Вт, и тогда слева от теплообменника 7 на потоке 1 еще необходимо снять 155 к. Вт. Рассчитываем температуру перед теплообменником 7 на потоке 1 из соотношения (Т - 120 ) 2 = 45, т. е. Т =142, 5 С. Восьмой теплообменник размещаем между потоком 2 и потоком 4 и максимизируем нагрузку. Здесь Н 2 = 75 к. Вт, а Н 4 = 280 к. Вт, т. е. к потоку 4 после теплообменника 8 необходимо подвести тепловой поток мощностью 205 к. Вт. 116
В подсистеме 1 выше утилитного пинча для любых потоков выполняется соотношение СРout CPin. Поэтому размещаем теплообменник 3 на потоках 1 и 3 и максимизируем нагрузку. Н 3 здесь равно 45 к. Вт, а Н 1 = 200 к. Вт, и тогда слева от теплообменника 7 на потоке 1 еще необходимо снять 155 к. Вт. Рассчитываем температуру перед теплообменником 7 на потоке 1 из соотношения (Т - 120 ) 2 = 45, т. е. Т =142, 5 С. Восьмой теплообменник размещаем между потоком 2 и потоком 4 и максимизируем нагрузку. Здесь Н 2 = 75 к. Вт, а Н 4 = 280 к. Вт, т. е. к потоку 4 после теплообменника 8 необходимо подвести тепловой поток мощностью 205 к. Вт. Рассчитываем температуру на потоке 4 после теплообменника 8, она равна 118, 75 С. 117
В подсистеме 1 выше утилитного пинча для любых потоков выполняется соотношение СРout CPin. Поэтому размещаем теплообменник 3 на потоках 1 и 3 и максимизируем нагрузку. Н 3 здесь равно 45 к. Вт, а Н 1 = 200 к. Вт, и тогда слева от теплообменника 7 на потоке 1 еще необходимо снять 155 к. Вт. Рассчитываем температуру перед теплообменником 7 на потоке 1 из соотношения (Т - 120 ) 2 = 45, т. е. Т =142, 5 С. Восьмой теплообменник размещаем между потоком 2 и потоком 4 и максимизируем нагрузку. Здесь Н 2 = 75 к. Вт, а Н 4 = 280 к. Вт, т. е. к потоку 4 после теплообменника 8 необходимо подвести тепловой поток мощностью 205 к. Вт. Рассчитываем температуру на потоке 4 после теплообменника 8, она равна 118, 75 С. Следовательно, без нарушения критерия Тmin мы объединяем теплообменником 9 потоки 1 и 4 и максимизируем на нем нагрузку. 118
В подсистеме 1 выше утилитного пинча для любых потоков выполняется соотношение СРout CPin. Поэтому размещаем теплообменник 3 на потоках 1 и 3 и максимизируем нагрузку. Н 3 здесь равно 45 к. Вт, а Н 1 = 200 к. Вт, и тогда слева от теплообменника 7 на потоке 1 еще необходимо снять 155 к. Вт. Рассчитываем температуру перед теплообменником 7 на потоке 1 из соотношения (Т - 120 ) 2 = 45, т. е. Т =142, 5 С. Восьмой теплообменник размещаем между потоком 2 и потоком 4 и максимизируем нагрузку. Здесь Н 2 = 75 к. Вт, а Н 4 = 280 к. Вт, т. е. к потоку 4 после теплообменника 8 необходимо подвести тепловой поток мощностью 205 к. Вт. Рассчитываем температуру на потоке 4 после теплообменника 8, она равна 118, 75 С. Следовательно, без нарушения критерия Тmin мы объединяем теплообменником 9 потоки 1 и 4 и максимизируем на нем нагрузку. Далее полученная теплообменная схема может быть оптимизирована с помощью анализа петель. 119
