浅析夹点技术在石油化工中的应用

摘 要：由于世界能源危机越来越严重，石油化工中的过程集成一跃成为焦点话题，而夹点技术作为过程集成方法中最为实用的方法正在广泛使用。夹点节能技术（Pinch technology）作为一种新节能技术，是一种基于现代节能的火用分析理论（Exergy analysis），同时又充分考虑了设备状况、能量利用与回收、经济状况、系统关联的系统综合优化的节能技术。它不仅建立了完备的系统总体节能理论，更突出的是：它形成了一种可行、实用和有效的节能增效技术。

关键词：夹点 石油化工 节能 应用

一、夹点技术的缘起和发展

夹点概念是基于热力学第二定律提出的，从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度曲线的分布，从中发现系统用能的瓶颈点，并找到解决瓶颈的一种方法。以夹点为基础发展的过程能量综合技术，则走出热力学分析的领域，形成了能量回收利用的综合合成技术。夹点技术应用不限于换热网络的分析与合成，也包括过程系统中热能动力系统的优化合成等。但是最为普遍的还是对换热网络合成与优化的应用。

夹点技术，特别强调从系统的角度出发，开展节能省钱的综合系统的诊断与优化，主要通过构造冷、热物流组合曲线，总组合曲线和平衡组合曲线来绣工艺过程进行能量分析，制定节能设计和改造方案。夹点节能技术能够直接应用于能量利用与回收系统的规划、设计，尤其是节能改造，并能明确地指出可取得的节能经济效益，以及采用的具体节能改造方案。夹点技术起源于对换热器网络的研究，由于换热器作为能量传递设备被广泛地应用于化学、电力、制药等行业中，其换热性能好坏直接关系到生产企业的能源利用效率。

在生产实践中，人们发现了这样一个问题：虽然单个的高效换热器，但它将被纳入一个换热器网络大，其传热效率不好。目前，换热器网络的研究主要集中在两个方面，即换热系统的设计和换热系统的改造这两个方面，它的最新发展方向为：压降优化、柔性设计、蒸馏塔目标设定、低温过程设计、间歇过程综合、降低水流率、全局能量系统综合和排放目标设定等。

在一般情况下，夹点技术发展趋势趋现在3D的到来。经过20多年的发展，夹点技术已从热回收的特殊工具发展成为一种卓有成效的过程设计方法，它是过程系统综合的强有力方法，其研究和应用对促进企业技术进步、增加经济效益、提高竞争能力等都有重大意义，夹点技术在我国的工业企业中有着广阔的应用前景。

二、夹点技术的应用领域及特点

能源危机以来，世界各国政府和大企业开始重视节能工作。节能工作的发展经历了这样几个过程：第一阶段，属于捡浮财的阶段，主要表现在回收余热，堵塞“跑、冒、滴、漏”，但在此阶段所着眼的只是单个的余热流，而不是整个热回收系统；第二阶段，考虑单个设备的节能，例如将蒸发设备从双效改为三效，采用热泵装置，减少精馏塔的回流比，强化换热器的传热等；第三阶段，也就是现在所处的阶段，考虑过程系统节能，这是由于九十年代以来过程系统工程学的发展，使人们认识到，要把一个过程工业的工厂设计的能耗最小、费用最小和环境污染最少，就必须把整个系统集成起来作为一个有机结合的整体来看待，达到整体设计最优化。因此，在现今过程系统节能的时代，过程集成已成为热点话题。过程集成方法中目前最实用和最有效的就是夹点节能技术。夹点节能技术在国际上已成功地应用在2500多个项目中，在世界范围内取得了显著的节能效果。

夹点技术具有下列特点：

1.实用

可直接用于新过程设计和改造设计，还可以与系统优化等技术相结合，形成系统的过程设计方法，用以解决相当复杂的过程综合等问题，具有设计结果同实际较为相近的优点；

2.简单

首先是只需要物料衡算和能量衡算的数据，而不需要其它热力学数据；其次是着重于物理现象如夹点的理解，并在此基础上形成各种过程的设计准则；

3.直观

由于利用热流级联模型和组合曲线等图形方法表示过程能量降价的特征，使得现有过程的评价和新过程的综合都十分直观明了。所取得的效益也直观地反映在公用工程用量上，使工程技术人员易于理解和运用；

4.灵活

根据夹点技术编制的程序能指出制约能耗的瓶颈部分，并针对瓶颈部分（如夹点附近）做出具体设计（如物流基本匹配），其余部分可由设计者充分发挥。

三、夹点技术在石油化工中应用方法

化工过程主要是热加工过程中，过程中要满足工艺操作提供热量和功，能量回收系统的一个大比例，对于不考虑能量转换及流动功的能量回收系统，一步加热达到工艺过程参数和能量的要求后进入工艺操作系统（反应、分馏等系统）把原料加工为产品。为减少供入能量，在换热子系统回收产品能量，提高原料温度。换热后产品经冷却达到目标温度。因此换热子系统包括了冷却、换热和加热三个部分。在这三个部分中，显然存在着提高换热、减少加热和冷却的相互依存关系，较全面的反映出能量回收的系统特点和规律。

四、结论

在概念设计阶段的夹点分析法是一种非常成功的，但它不能进一步的基本设计阶段，也不能作为设计优化的可实用方法。从本章的分析中得到以下结论：

1.使用夹点分析得到的结果不理想说明了：该系统在结构匹配可调节性不大，但并不说明该系统没有节能潜力。

2.在夹点分析失效时，应该从系统的工艺流程来分析，尤其是对系统中热负荷大的换热器，寻求在这些大负荷换热器上有没有节能的潜力，并且应该考虑减少系统中的能量损失以及余热的回收。

3.在考虑价格因素的前提下，尽可能的采用高品位的能量，提高利用效率。

4.在对该系统采用夹点分析时，并没有得到理想的结果，我认为主要是因为：由于该系统的仪表不健全，相当一部分换热器的热负荷和进出口温度很难得到，不能进行实际系统运行的分析，只能采用设计数据来进行夹点分析，而该设计在结构匹配方面做的很不错，很难在对其进行改动达到节能效果。

参考文献

[1]冯霄，李勤凌编著.化工节能原理与技术[M]. 化学工业出版社， 1998.

[2]陈安民编著.石油化工过程节能方法和技术[M]. 中国石化出版社， 1995 .

[3]周鸿昌编著.能源与节能技术[M]. 同济大学出版社， 1996.