Компактные теплообменники - часть 3: Модернизация сети рекуперации тепла с пластинчатыми теплообменниками
Пинч-анализа модифицированной процедуры может быть расширен для обработки компактных теплообменников.
Первые две статьи из этой серии демонстрирует преимущества, в том числе альтернативные технологии теплообменник с самого начала проектирования новых заводов. В этой статье рассказывается, как такое рассмотрение может быть выполнен в реконструкции проектов.
Рекомендуемый подход к реорганизации heatrecovery сетей (1) состоит из трех этапов:
1. Применение экономического анализа общей проблемы рекуперации тепла, в отдельные составные части растения, а также комбинации этих частей с целью выявления потенциальных выгод от связей составных частей и связи (если таковые имеются), имеющие наилучшие экономические показатели .
2. Определение лучших средств достижения определили связь (например, фактические изменения, которые необходимо внести завод структуры).
3. Сочетание дизайна оборудования и экономического анализа, чтобы определить детальный дизайн, который позволяет добиться желаемых экономики.
В этой статье мы рассмотрим, как процедура была применена например, с помощью кожухотрубный теплообменники (1), а затем повторите анализ с использованием пластин и рамки обменников.
Традиционная экономика модифицированной
Традиционный подход к модифицированной экономического анализа была разработана и Tjoe Linnhoff (2). Она начинается с сравнения производительности существующих установок с тем, что теоретически это возможно. Это делается путем наложения производительность завода (с точки зрения потребляемой горячей полезность и рекуперации тепла площадь, используемая) на сюжет о взаимоотношениях между горячей потребления коммунальных и теоретические минимальная площадь рекуперации тепла (рис. 1).
Такой график обычно показывает, что потребление энергии на завод является высоким для количества тепла, площадь восстановления используется. Например, в примере, показанном на рисунке 1, минимальное количество горячей утилиты требуется установка является то, что связано с точкой, а не точка X.
Чтобы получить экономию энергии, необходимо вкладывать средства. Инвестиций поступает в виде дополнительных поверхности рекуперации тепла стратегическое положение для того, чтобы улучшить то, каким образом существующие поверхности используется. Следовательно, модифицированной следующим отношений, аналогичный показанному на рисунке 1.
Это не представляется возможным определить эти отношения, не предпринимая очень большой объем детального исследования дизайна, но можно поставить границу о его местонахождении. Tjoe Linnhoff и предложил, что, каким образом использовать существующие завод рекуперации тепла области можно охарактеризовать "области эффективности", определяется как соотношение "идеального" рекуперации тепла области, необходимых для текущего потребления горячей утилиты разделены "фактический" количество поверхности рекуперации тепла используется. Затем они предложили, что граница местонахождение отношения будут кривой, связанные с установкой новой области, что проектах по модернизации имел такой же эффективностью, как площадь существующего предприятия (рис. 2).
С учетом этой оценки, то становится возможным связать ожидается горячая утилита экономии дополнительные области рекуперации тепла (рис. 3). Это, в свою очередь, могут быть преобразованы в участок денежной экономии от финансовых инвестиций (рис. 4). При сравнении экономических критериев (простой или дифференциальный доход, и инвестиции потолка) с этого участка, масштаб (например, утилита экономии) проект перестройки могут быть определены.
Альтернативный подход к модифицированной экономики
Silangwa (4) показало, что предположение о неизменности области
эффективности, как правило, консервативны. Он предположил, что улучшение отношений могут быть получены в предположении, что новые области добавили "в идеале". Это приводит к кривой параллельна области против энергии участка.
Вопросы в настоящее время являются: Можем ли мы оправдать такой подход? Означает ли это открывает путь для обработки альтернативных технологий?
Рассмотрим простую систему рекуперации тепла показано на рисунке 5. Если производительность этой системы расположены на площади против энергии участок, он упадет на самом сюжете. Это происходит потому, тепла матчи вертикально ориентированных и восстановление достигается в чистом образом противотока. Если дополнительные поверхности рекуперации тепла был добавлен в эту систему, в результате исполнения также приходятся на участок себя, для новой области добавляется идеально. Модифицированной кривой будет следить за сюжетом.
Рассмотрим теперь, как две компоненты растений связаны через новый матч рекуперации тепла. Рисунок 6 показывает, как из двух компонентов (А и D, которые являются частью пример ниже и изображены на рисунке 7) будут связаны между собой. Положение нового матча диктуется температурного поля. Новых пар матч горячего потока 4 из компонента D, которая имеет запас температуры 160 йе с потоком 5 из компонента А. Цель заключается в том, чтобы снизить нагрузку на нагревателе в эксплуатацию 5, которая поставку температуре 100 ° С и в настоящее время нагревают теплообменник E1. Температура на выходе из горячего потока E1 оставив теплообменника является 174 ° С (что выше температуры приточного потока горячего 4). Очевидно, что новый матч должен быть установлен до E1, на холодном конце потока 5. Поскольку температура области диктует матч позицию, матч будет близок к идеалу. Таким образом, мы можем ожидать, модифицированной экономика вновь следовать области против энергии участка.
Использования предположения о идеальное размещение действительный приближении, и понятие области эффективности не является необходимым. Ориентации кривой определяется площадь участка против энергии, начиная с текущего потребления энергии.
Самое главное, в модифицированной упор делается на новые обменники. Таким образом, площадь участка против энергии, полученные на основе новых технологий теплообменника могут быть использованы для развития отношений для модернизации экономики.
Пример
Этот пример был разработан компанией Tjoe и Linnhoff (2) и впоследствии использовалась Полли и Amidpour (1), чтобы продемонстрировать дизайн модифицированной методики. Здесь обновлена до текущей цены на энергоносители ($ 3/MBtu) и капитальные затраты (с помощью уравнений в предыдущих статьях). Изменения в полезности и капитальные затраты не изменяются результате модифицированной для проектирования корпуса и трубы. Существующая сеть показана на рисунке 7. Проектов с 2-летнего окупаемости (1) приведены в таблице 1.
На основании новой экономики, количество сэкономленной энергии (на 2-год-окупаемости проектов), остается на уровне около 4,7 МВт, а по реорганизации требует новых матч между поток и поток 4 5. Увеличение рекуперации тепла и изменения температуры движущая сила также требует изменений в обменники E1, E3 и E5. Капитальные затраты на оборудование рекуперации тепла, по оценкам, составит $ 0,7 млн. Осуществляя двух проектов, один с участием связь компонентов А и D, и один с участием связь компонентов B и C, то можно сэкономить 5,18 МВт со сроком окупаемости 2-год, в то время как традиционный анализ показал, что только можно сохранить 4,88 МВт.
Когда пластинка и рамки обменники рассмотрел другие варианты появления (табл. 2).
Один выбор проекта с участием структурных изменений связи зон и D, что позволит сэкономить 4,7 МВт со сроком окупаемости 0,2-летнего, а также изменения с участием связи зонах B и C, что позволит сэкономить дополнительные 2,6 МВт, срок окупаемости 0,4 в год. Первая часть этого проекта совпадает с раствором, полученным для кожухотрубный обменников. Вторая часть только экономически оправдано, если плита и рамки единицами измерения.
Горячей экономии утилиты, связанные с этими проектами, будут 7,3 МВт. Тем не менее, мы видим, что за счет интеграции всех компонентов, экономия 10,6 МВт, со сроком окупаемости 0,6-летнего возможно.
Выявление структурных изменений, с участием двух независимых компонентов, как правило, легко достигается путем проведения инспекций. Ситуация, в которой четыре компоненты должны быть связаны труднее решать - это может быть сделано путем проверки, или поток каскада таблицы представлен Amidpour (5) может быть использован для систематического повышения решение. Здесь мы будем выявлять структурные изменения, инспекции, руководствуясь при этом процесс композитных кривых и (может быть, более четко) на drivingforce участка (рис. 8). Движущая сила сюжет отображает температуру разделения двух композиционных материалов в зависимости от температуры. Оба представления свидетельствуют о том, что имеющиеся температуры движущей силы малы на протяжении всего процесса. Это, очевидно, сильно влияет на структуру завода.
Первый шаг в получении новой структуры состоит в выявлении источников и поглотителей тепла, которые должны быть согласованы. Инспекция Таблица 2 приводит к следующим выводам:
Новый матч между поток 4 (зона D) и поток 5 (зона А) значительно уменьшило бы нагрузку на обогреватель на поток 5.
Матч между потоком 3 (зона С), а поток 9 (зона B) приведет к сокращению нагрузки на прибор на поток 9 примерно 2,6 МВт.
Нагрузка на нагревателе в эксплуатацию 9 должна быть снижена еще больше, около 3 МВт должны быть переданы либо из зоны или зоны D. Учитывая небольшой температуре движущие силы, вполне вероятно, что и переводы будут необходимы.
Рассмотрим теперь переводы из потока 4 (зона D). Любые новые матчи должны быть сделаны на поставку конец потока (поставки температуре 160 ° С). Совпадает с потоком 5 (зона А) будет сделан на поставки конце этого холодного потока (при температуре 100 ° С). Совпадает с потоком 9 будет также сделана на поставку конца (при температуре 140 ° С). С учетом этих температурах, работающие от источника конец потока 4, совпадает с потоком 9 должны предстать перед матчем с потоком 5.
Теперь давайте рассмотрим передачу потока между 3 (зона С), а поток 9 (зона B). Этот матч должен быть произведен не поставлять конец потока 3. Диапазон температур в матче аналогично существующей матч между поток и поток 2 9. Учитывая тесную температура движущих сил на протяжении всего процесса, это означает, что игра должна быть сделана путем разделения потока 9.
Матч между потоками 4 и 9 будет также включать расщепление потока 9.
Наконец, рассмотрим связь между зонами (поток 1) и B (поток 9). Из-за тесных сближений температуры, то это должно быть сделано в горячем конце потоков.
Новая структура завода представлен на рисунке 9. Существующие матчи показали в зеленый цвет. Новые матчи показали оранжевым цветом.
В структуре определяется, следующим шагом является размер новых теплообменников включены в этой структуре. Ссылка 1 излагается процедура для этого. В теплового баланса условия, дополнительные рекуперации тепла равна сокращения количества тепла отклонил в охладители (который можно считать источником тепла) и количество потребляемого в нагревателей (которые можно рассматривать раковина). Это может быть достигнуто только, где есть "путь" между источником и стоком. Пути доступны в новой сети показано на рисунке 10.
Изменения в сети являются:
новый матч рекуперации тепла между потоками 1 и 9
повышение блок рекуперации тепла E1 (в связи с повышение уровня возмещения и / или пониженной температуры движущей силой)
повышение рекуперации тепла блок E5 (за счет снижения температуры движущей силой)
новый матч рекуперации тепла между потоками 4 и 5 новых матч рекуперации тепла между потоками 4 и 9
повышение рекуперации тепла блок E3 (за счет снижения температуры движущей силой)
новый матч рекуперации тепла между потоками 3 и 9
повышение рекуперации тепла блок E4 (за счет снижения температуры движущей силой).
Расширение существующих единицы могут, в зависимости от изменений, быть достигнуты в различных формах:
использование теплообменников замены теплообменников
замены теплообменников
установка дополнительных единиц рядом с существующими. На первый взгляд, эти изменения выглядят весьма сложным. Тем не менее, сложности могут быть существенно сокращены путем использования 3-поток пластины и рамки обменников. Одним из возможных решений показано на рисунке 11. Multi-Stream единиц показал, прикоснувшись матчей; расширенной единиц приведены в зеленый цвет. Обратите внимание, что использование многопоточного снизил сложности поток разделить на поток 9.
Заключительные мысли
Понимая обменника технологии и, зная, как правильно определить размер и компактный, теплообменники, можно добиться значительной экономии энергии. Тем не менее, преимущества этой технологии не ограничиваются экономией энергии и экономию на стоимости оборудования капитала. Они включают в себя сокращение трубы сложности, быстрая и, возможно, значительную экономию в стоимости установки. Таким образом, мы в конце, как мы начали, подчеркивая, что для того, чтобы в полной мере использовать преимущества технологии компактного теплообменника, важно, что применение этой технологии рассматривается с самого начала проектирования. Именно поэтому включение этой технологии в процессе интеграции / методов синтеза важен.
В части 1, (сентябрь, стр. 32-37) произошла ошибка в пример расчета, поясняющий, как определить общие коэффициент теплопередачи (U). На шаге 5 (стр. 34), значение х / к для 5-мм из нержавеющей стали должна быть 0,000 189 Н-м ^ SUP 2 ^ - град F / БТЕ а не 0,00189 ч-м ^ SUP 2 ^ - град F / БТЕ сообщили. В противном случае расчет верен, дает общий коэффициент 49 БТЕ / ч-м ^ ^ SUP 2 градусов F. К счастью, опечатку не имеет никакого отношения U-вычисленные в приведенных примерах. Он-лайн версия статьи правильно и может быть загружен с сайта <a target="_blank" href="http://www.cepmagazine.org" rel="nofollow"> www.cepmagazine.org </ A>.
ЛИТЕРАТУРА
1. Полли, GT, М. Amidpour, "Не дайте Модернизация Пинч Пинч You" Chem. Eng. Прогресс, 96 (11), с. 43-48 (ноябрь 2000).
2. Tjoe, Т. и Б. Linnhoff, "Использование Пинч Технология процесса Модернизация", Chem. Eng., 93 (8), с. 47-60 (28 апреля 1986).
3. Tjoe, TN, "Модернизация сетей Теплообменник", диссертация, Univ. "Манчестер институт науки и технологии, Манчестер, Великобритания (1986).
4. Silangwa, М., "Оценка Различные зоны критерии эффективности по тепловым сетям обменный Модернизация", MSc Диссертация, Univ. "Манчестер институт науки и технологии, Манчестер, Великобритания (1986).
5. Amidpour, М., "Применение Проблема декомпозиции в процессе интеграции", диссертация, Univ. "Манчестер институт науки и технологии, Манчестер, Великобритания (1997).
ГРЭМ Полли, WWW.PINCHTECHNOLOGY.COM
CHRISTOPHER HASLEGO, Alfa Laval
Т. ГРЭМ Полли (Тел.: 44-1229-585-330, факс: 44-1229-585-708; Электронная почта: <a <href="mailto:gtpolley@compuserve.com"> gtpolley@compuserve.com / >) на пенсию из Univ. "Манчестер институт науки и технологии, Манчестер, Великобритания, где он был директором Центра по интеграции процессов. В целях содействия применению технологического процесса интеграции, он разработал веб-сайт <a target="_blank" href="http://www.pinchtechnology.com" <rel="nofollow"> www.pinchtechnology.com / A>. Его научные исследования были связаны передачи тепла конденсации, кипения передачи тепла, тепло-восстановительной системы проектирования и развития процесса и методологии проектирования оборудования. Он является нынешний президент Великобритании передачи тепла общества. В 1990 году он был награжден медалью Молтон институт инженеров-химиков за его работу на нефть реконструкции нефтеперерабатывающего завода, а в 1992 году и доктор Наср были награждены Ackrill Трофи в Великобритании передачи тепла общества за их работу по теплообмена аксессуара. Он имеет BTech, MSc и доктора в области химического машиностроения Loughborough Univ.
CHRISTOPHER HASLEGO является инженер-конструктор с Технологический процесс Div. "Альфа Лаваль" (5400 международной торговли д.ф.-м.н., Ричмонд, VA 23236, телефон: (804) 236-1318, факс: (8o4) 236-136o; Электронная почта: <A HREF = "mailto: chris.haslego @ atfalaval. ком "> chris.haslego @ <atfalaval.com />). Его внимание переноса тепла в промышленности неорганических химических веществ базы.
Он получил степень бакалавра наук в области химической инженерии из Западной Вирджинии Univ. Член Айше, он также поддерживает сайт, посвященный химического машиностроения, озаглавленный "инженеров-химиков" Ресурс страницу по адресу <a target="_blank" href="http://www.cheresources.com" rel="nofollow"> www.cheresources.com </ A>.
