一种识别石化企业的换水换热网络优化潜力的方法技术

本发明专利技术属于工程优化方法技术领域，涉及一种识别石化企业的换水换热网络优化潜力的方法。利用级联分析表法对具体石化企业生产过程工艺辅助系统进行级联分析。首先确定工艺流程并做出工艺流程图；其次收集生产过程的辅助系统数据如水耗、能耗；接下来对石化企业的生产工艺

【技术实现步骤摘要】
一种识别石化企业的换水换热网络优化潜力的方法


[0001]本专利技术属于工程优化方法
，涉及一种识别石化企业的换水换热网络优化潜力的方法。

技术介绍

[0002]工据统计，中国21％的水资源消耗和72％的能源消耗均来自工业部门，从2000年到2021年，中国工业用水从每年1139亿m3增加到1277亿m3，工业用能从每年10.3亿吨标煤增加到32.3亿吨标煤。
[0003]石化行业是中国水、能源消耗和污染强度最大的行业之一。据统计，2021年中国石化行业原油加工量为5.2亿吨，耗水948.0亿吨，耗能2.3亿吨标煤，分别占全国工业总耗的13.5％和7.9％。因此，石化行业被列为节水、节能的重点行业。石化企业是实现万元GDP水耗、能耗下降目标的主力军，在石化企业实施清洁生产技术是实现上述目标的重要保证，而准确评估企业节水、节能潜力，筛选和实施最优节水、节能技术是企业精准施策的关键。
[0004]石化生产具有灵活多变的工艺组合形式，呈现出连续、多工序、多层次的特点，各种生产过程和装置在物质和能量的转换、传递、利用和回收过程中存在着显著的协同和制约关系。石化企业装置投资回报周期长，停产改造成本高，设备连续运行时间长，导致发展过程中辅助系统更新慢，换热换水等辅助系统设计较为落后。缺乏系统性的换水网络优化和换热网络优化，管理较为粗放，易造成能源和淡水资源的浪费。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提出一种识别石化企业的换水换热网络优化潜力的方法，该方法以级联表分析法为基础，引入夹点理论，考虑水交换网络和能量交换网络两套系统，全面评估辅助系统中新鲜水消耗量、能量消耗量的优化潜力，计算理论最优值，为具体工程优化提供指导。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]一种识别石化企业的换水换热网络优化潜力的方法，步骤如下：
[0008](1)工艺流程的确定：确定目标企业的工艺流程，做出工艺流程图。以每种产品所在的装置或车间为单位。
[0009](2)生产数据的收集与整理：收集不同工艺环节中辅助系统数据和物质流动数据；数据包括水耗、能源消耗和污水产生量。
[0010](3)生产过程关系图优化：根据石化企业生产过程特点，建立适合于本方法的生产工艺
‑
水交换网络
‑
能量交换网络的关系图，以便后续分析。水交换网络中，水泵和加热系统需要换热网络供能；反过来，热交换网络需要通过水流和蒸汽完成热量交换；此外，生产工艺单元构成一个大规模的水能联结单元，接收外部投入或能源和水资源。其中：
[0011]E
CAP
(E)＝D
E
+D
S
‑
S
S,E
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0012]E
CAP
(W)＝D
W
+D
W
‑
S
W,E
‑
R
W
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0013]其中，E
CAP
(E)和E
CAP
(W)分别表示能量和水交换网络系统容量，D
E
、D
S
、S
S,E
分别表示总耗电量、蒸汽消耗量、放热过程产生蒸汽量。D
W
、D
W
、S
W,E
、R
W
分别表示工艺耗水量、循环水消耗量、蒸汽产水量、中水回用量。
[0014](4)级联表计算方法：采用的水
‑
能系统级联分析方法以级联表法为基础，利用夹点理论思想，可以同时识别最佳供水量和最佳供能量，即水交换网络和能量交换网络的系统容量。具体如下：对于水交换级联分析过程，分别列出能量交换网络和生产过程的用水需求。对于能量交换级联分析过程，分别列出水处理过程、水泵和生产过程用水需求。并计算出总需求量Dt，S
t
为系统持续地供应量，二者之差为装置t储存资源地Nt：主要数据计算过程如下：
[0015]N
t
＝S
t
‑
D
t
ꢀꢀ
(3)
[0016][0017]如果净资源N
t
是正数，那么多余的资源将被储存于系统，即R
t
；如果净资源N
t
为负数，系统储存的资源DC
t
将被排出以满足需求。累计的资源C
t
由下式给出：
[0018]C
t
＝C
t
‑1+R
t
+DC
t
ꢀꢀ
(4)
[0019]根据上述过程完成第一次迭代，然后，如公式(5)所示，比较新旧值之间的百分比差异PD。如果差值小于0.1％，则将新值作为工厂最佳产能。如果差值大于0.1％，则重复上述流程，直到差值小于0.1％。
[0020][0021]本专利技术的有益效果：
[0022](1)从全厂总体情况进行分析，可以整体地评价一个换热网络或换水网络，具有全过程、系统性的特点，可以越过经验曲线，准确识别系统的节能、节水瓶颈，找到理论最优点。
[0023](2)综合了数学规划方法和夹点分析方法的优点，既能同时找到水交换网络和能量交换网络的最优点，又能通过具体模型将计算结果可视化，便于后续工程优化分析。
附图说明
[0024]图1为优化后的石化企业换水、换热网络关系图。
[0025]图2为实施例中的石化企业工艺流程图。
具体实施方案
[0026]结合技术方案和附图，进一步说明本专利技术的具体实施方式。
[0027]能量交换系统发电和产热并供应给生产过程、水交换网络，同时也供其自己使用。多余的电力将被储存起来，在高需求装置使用。同样地，河水与污水将被处理并供应给发电厂和生产过程，而多余的水将被储存起来。本专利技术选择这种过程配置是因为它能够代表本实施例的水
‑
能源关系系统，与理论相适应。
[0028]本实施例，背景数据如电力、水耗、排放、产量等均来自实例企业提供。能量消耗、水耗、污水产生量和回用量均取日平均值。污水回用量取企业现有回用系统能力。优化后的
石化企业换水、换热网络模关系如图1所示，石化企业工艺流程如图2所示。
[0029]假设一个初始系统容量，该假设值通过初次迭代计算得出，记为C0，该步骤目的是赋予计算表中每一列物理意义，如果第7列C
t
小于0，即系统容量小于零，该系统在实际中无法运行。因此，当装置编号t＝0时，手动添加额外的资源到分析的开始。所需的初始资源量由第7列中最大的负值的绝对值决定。然后计算新的资源累积存储量C
Newt
。如果第7列中的数值都是正数，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种识别石化企业的换水换热网络优化潜力的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)工艺流程的确定：确定目标企业的工艺流程，做出工艺流程图；以每种产品所在的装置或车间为单位；(2)生产数据的收集与整理：收集不同工艺环节中辅助系统数据和物质流动数据；数据包括水耗、能源消耗和污水产生量；(3)生产过程关系图优化：根据石化企业生产过程特点，建立生产工艺
‑
水交换网络
‑
能量交换网络的关系图；水交换网络中，水泵和加热系统需要换热网络供能；反过来，热交换网络需要通过水流和蒸汽完成热量交换；此外，生产工艺单元构成一个大规模的水能联结单元，接收外部投入或能源和水资源；其中：E
CAP
(E)＝D
E
+D
S
‑
S
S,E
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(1)E
CAP
(W)＝D
W
+D
W
‑
S
W,E
‑
R
W
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其中，E
CAP
(E)和E
CAP
(W)分别表示能量和水交换网络系统容量，D
E
、D
S
、S
S,E
分别表示总耗电量、蒸汽消耗量、放热过程产生蒸汽量；D
W...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玮，张芸，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：