有效能分析方法及其应用(三)

<正> 三、传热过程的有效能计算及换热器网络的合成化工生产中,普遍存在换热的问题,即需将系统中的某些物流加热或冷却,使之达到所要求的温度。为了经济地利用热能,常需在需加热物流和需冷却物流之间进行换热,同时一般还需设置一些辅助的加热器和冷却器。因此,就有一个换热器网络的设计问题,要求有系统地合成最优换热器网络,以使能耗最低,网络的总投资最小。     

常减压装置灵活加工换热网络的优化设计

针对原油供应情况的不确定性,应用化工过程模拟优化软件和换热网络系统软件,对某常减压装置进行了灵活加工换热网络的优化设计。通过装置的过程模拟、换热网络的合成、分析、模拟及换热器的核算与优化设计等工作,提出了切实可行的研究策略和改造方案。改进后的换热网络对现有换热设备全部利用,只需新增5台换热器,改造工程量小,且提高了装置的灵活加工性,只需经过简单切换即可实现加工高硫高酸重质原油和沙特阿拉伯轻质原油的能力,前者原油换热后温度可达315℃左右,后者原油换热后温度可达300℃左右。     

运用夹点设计法对一实际换热网络的改造

随着能源价格的不断提升,化工企业的节能降耗成为紧迫必行的任务。通过在对一实际过程的换热网络结构分析的基础上提取热、冷工艺物流,在给定的最小传热温差（20℃）限制下运用夹点设计法合成具有最大热回收的新换热网络;采用断开热负荷回路、取消热负荷较小的换热器达到减少换热器个数、简化网络的目的;由于热负荷转移造成了某些换热器传热温差违反最小传热温差限制、甚至出现传热温差为负值（违反热力学第二定律）的情况,采用能量松弛法恢复这些换热器的传热温差至给定的最小传热温差。经过调优后换热器网络总换热设备个数与原实际网络的相同,但与原实际网络相比,热、冷公用工程均节省1220kW。     

地源热泵桩基与钻孔埋管换热器换热性能比较

相对于钻孔埋管换热器,桩基埋管换热器在换热性能和经济性方面均具有较大优势,目前越来越广泛的应用于地源热泵工程中。围绕钻孔与桩基埋管换热器的结构特点和换热机理进行对比分析,针对南京某项目桩基埋管换热器开展了换热性能实测及数值模拟分析,并采用数值模拟手段对比分析了钻孔与桩基埋管换热器的换热性能差异。研究结果进一步证明了桩基埋管换热器具有良好的换热性能。提出的传热性能数值模拟方法可较准确地计算出桩基和钻孔埋管换热器的传热效率。     

考虑控制性能的换热网络合成研究

将换热网络的合成与控制性能有机的结合起来,针对复杂换热网络优化中存在的可操作性、计算效率及优化质量的矛盾,建立了基于智能合成法的数学模型,以满足具有可操控性的换热网络最优结构。对无分流换热网络和有分流换热网络都能达到很好的设计效果,真正实现了考虑控制要求的最优换热网络的自动合成。通过实例证明了本方法的可靠性和实用前景。     

渗流条件下地埋管换热器热短路现象的数值研究

针对渗流条件下地埋管换热器受到热短路影响,导致夏季埋管出口水温上升以及换热量减少的现象,采取在进出水支管间加装隔热板的措施进行优化。通过对单U型地埋管换热性能的数值模拟,对比分析了加装隔热板前后的传热过程,并深入研究了隔热板的几何尺寸和安装位置对换热量的影响。结果表明：加装隔热板可有效抑制地埋管换热器的热短路现象,提高换热能力;隔热板宽度为120 mm时,U型地埋管换热器换热性能最优;隔热板高度取50 m时,换热器单位井深换热量最大,达到44.703 W/m;将隔热板安装在两支管中心向出水管侧偏移2 mm处,换热效果最佳。     

太阳能土壤源热泵蓄热过程中的数值模拟

建立了太阳能土壤源热泵系统蓄热过程的数学模型,在求解模型时考虑了换热器管壁和土壤的接触热阻,定义了一个综合换热系数;在蓄热量的计算上,把换热器沿深度方向上离散成M份,算出每段的蓄热量相价后得出总换热量。文中采用了有限单元法对地下垂直埋管周围土壤的非稳态温度场进行了数值模拟,分析了换热器周围土壤温度变化的规律。     

物流匹配分类与公用工程关系

物流的匹配是换热器网络合成中极为重要的内容。合理地划分物流匹配可以简化换热器网络的设计,易于形成最优的换热方案。全部物流匹配问题概括为３种类型,即单纯窄点之下物流匹配、单纯窄点之上物流匹配、存在窄点的物流匹配。３种不同类型的物流匹配对冷、热公用工程要求不同。采用解题表方法可以判定物流匹配所属类型。     

换热器及换热网络优化设计的专家系统

论述了运用所建立的换热器设计的数据库、知识库和推理机所组成的专家系统,为完成一定换热任务而设计最优组合的换热器和换热网络,且使所需换热面积为最小的设计方法。用于炼油厂换热网络技术改造优化设计,实践证明是很有效的。     

简讯

<正> 欧阳福承教授课题组又一项重大节能技术通过省级鉴定欧阳福承教授、高维平副研究员的“换热网络优化节能技术研究与应用”,从1984年初确定选题以来,经过六年的工作,在吉化公司炼油厂技术人员的协作下,1989年应用于吉化公司炼油厂常减压装置换热网络的节能技术改造,取得了满意的节能效果,1990年12月25日通过了省级技术鉴定。“换热网络优化节能技术研究与应用”,在换热网络的最优化合成、分析、换热器结构     

环形换热翅片的理论研究及设计

换热器传热效率的大小与翅片管的排列方式和翅片的结构参数有关。运用电脑软件对换热器中环形翅片管束的实物模型进行了仿真模拟,研究了顺排管束和错排管束的换热效果,并通过固定参数法对加热器模型进行理论计算。研究结果表明,错排管束的换热效果优于顺排管束,加热器翅片的最优间距为5.5 mm,与无翅片的换热器管道相比,有翅片的换热器管道的传热效率提高了387.35%。     

套管换热器湍流对流换热的数值模拟

为了获得换热器中强化换热管对换热性能的综合影响,笔者运用FLUENT软件,采用二维轴对称方法和k-ε模型对套管换热器的整体进行了数值模拟.分别模拟了光管和波纹管套管换热器在湍流情况下的换热性能.数值计算结果表明:光管套管换热器的总传热系数K的数值计算结果与经验公式计算结果吻合很好;与光管相比,在相同流动条件下波纹管可提高总传热系数120%,但随着Re增大,其影响逐渐减小.     

脱碳工艺中管壳式换热器的模拟及优化

运用Aspen Plus对脱碳工艺中管壳式换热器进行模拟和优化,设计出符合国家标准的管壳式换热器.设计和模拟过程中,充分考虑各股物流的相态变化,利用Property Analysis模块生成物料相图,分析换热过程中的相变情况.结合手工计算,采用HEATER和HEATX模块简捷计算所需换热面积,初选出符合国家标准的管壳式换热器.在换热面积裕量及压力降许可范围内,调整参数变量,优化换热器.模拟优化结果表明:经过调整优化后,相同热负荷条件下,换热器实际换热面积节省21.4%.模拟和优化过程降低了实验费用,提高了工作效率.     

吉化炼油厂第二常减压换热网络的优化节能研究

应用换热网络软件包 ,对吉化炼油厂第二常减压换热网络进行了优化节能研究 ,找出了原有换热网络存在的问题 ,通过换热网络的合成、分析、换热器优化设计及流程模拟 ,提出了对原有换热网络优化改进的方案 ,并进行了优化设计 .改进后换热网络的初底油换后温度由原来的 30 2℃提高到 32 2℃ ,2 0 0 0年 5月大检修期间改造开车一次成功 ,2 0 0 0年 6月对装置进行了技术标定 ,其各项指标均达到了设计值 .每年直接节省燃料油 4918吨 ,年节能效益 6 88万元 ,设备投资 15 0万元 ,改造投资回收期 2 .6个月 ,节能效益可观 .     

不同种类地埋管换热器换热试验与仿真

相比传统钻孔埋管换热器地热采集技术,不断优化的能源桩技术在建筑节能工程应用中更具高效及经济优势.根据深层埋管型能源桩、桩内埋管型能源桩及传统钻孔埋管换热器3种不同地埋管换热器的结构特点,通过现场试验及数值模拟分析3者换热特性.结果表明,相同埋深下,深层埋管型能源桩单桩换热量及换热效率均高于传统钻孔埋管换热器;相同桩长下,深层埋管型能源桩单桩换热量高于桩内埋管型能源桩;桩基的高导热性可显著提高换热器的换热效果,深层埋管型能源桩的井-桩段换热比达到1.95;深井的设置不仅可以降低桩基热堆积引起的热干扰,还可以弥补换热管间距较小对换热量产生的不利影响.研究表明,通过优化换热器施工工艺,降低换热管间的热干扰效应,可有效提高换热器整体换热效果.     

有效能法合成换热器最佳网络

通过对换热器系统的热力学有效能分析,提出了合成换热器最佳网络的调优规则,依据编制的计算机模拟计算程序,计算了三个实例,结果均优于所得文献的最佳值。作者认为本文的方法物理意义明确;算法简捷可靠;可用于合成换热器最佳网络。     

换热器网络的最优设计及其应用

以炼油厂催化裂化装置油料换热系统为对象,应用夹点技术及TI法,形成具有最大能量回收特征的初始网络,并根据能量松驰原理及分枝调整技术,对初始网络进行最优调整,应用实例表明,换热器网络的最优设计具有实用性和经济价值.     

换热器网络的最优设计及其应用

以炼油厂催化裂化装置油料换热系统为对象,应用夹点技术及TI法,形成具有最大能量回收特征的初始网络,并根据能量松驰原理及分枝调整技术,对初始网络进行最优调整,应用实例表明,换热器网络的最优设计具有实用性和经济价值．     

江水源热泵套管式换热器换热效率的实验研究和模拟分析

利用长江水源的江水源热泵系统是重庆市可再生资源利用的重要形式,其换热器的性能对系统能效具有显著的影响,论文研究了使用半圆环形折返管的套管式换热器的换热效率.实验证明折返管曲率的增加可以有效地提高换热器的换热效率,与直管套管式换热器相比,当R/r=5时,其换热效率可提高2.5%.为分析半圆环形折返管的换热机理,论文利用计算流体力学(CFD)进行了流动、温度场和换热模拟.为保证在旋转流和大曲率情况下计算的准确性,模拟分析采用了修正后的RNG k-ε湍流模型,模拟分析的结果表明:折返管内存在者明显的二次流漩涡,它对边界层的扰动是造成换热器换热效率随着折返管曲率增加而提高的主要原因.论文综合实验和模拟分析结果,同时考虑江水的泥沙问题和换热效率,给出了半圆环形折返换管的适宜曲率.     

LNG绕管式换热器壳程两相降膜换热的数值模拟

随着LNG的发展与应用,对绕管式换热器的需求越来越大,而绕管式换热器换热性能的优劣将严重影响着液化工艺的水平。建立了绕管式换热器壳侧两相对流换热模型,利用FLUENT软件模拟分析了不同结构参数对换热器换热性能的影响。研究发现,换热器壳侧换热系数随质量流量的增大而增大,随缠绕角和换热管间距的增大而减小,随换热管管径的增大而增大。