Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена
Представлен разработанный обобщенный алгоритм решения задачи по повышению эффективности энергоиспользования на промышленном предприятии нефтехимического комплекса. В рамках данного алгоритма проведена оценка эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения производс...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60491 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена / С.И. Исламова, Э.В. Шамсутдинов // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 81-89. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60491 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Исламова, С.И. Шамсутдинов, Э.В. 2014-04-15T18:33:36Z 2014-04-15T18:33:36Z 2010 Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена / С.И. Исламова, Э.В. Шамсутдинов // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 81-89. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60491 629.7.536.27+662.987 Представлен разработанный обобщенный алгоритм решения задачи по повышению эффективности энергоиспользования на промышленном предприятии нефтехимического комплекса. В рамках данного алгоритма проведена оценка эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения производства этилена, разработана система утилизации низкопотенциальных ВЭР, выбран и обоснован способ интенсификации теплообмена для теплообменных аппаратов схемы. Представлено розроблений узагальнений алгоритм розв’язання задачі по підвищенню ефективності використання енергії на промисловому підприємстві нафтохімічного комплексу. В рамках даного алгоритму проведена оцінка енергетичної ефективності теплотехнологічної схеми стадії газорозділення виробництва етилену, розроблена система утилізації низькопотенційних ВЕР, вибрано та обґрунтовано спосіб інтенсифікації теплообміну для теплообмінних апаратів схеми. In work developed generalized problem algorithm to increase of effectiveness of energy usage of petrochemical plant is presented. In the limit of this algorithm the effectiveness of energy usage of thermo-technological gas separation scheme in manufacture ethylene is estimated, system the low-potential secondary energy resources utilization is developed, a way of intensification heat exchange for heat exchangers is selected and substantiated. Работа выполнена при финансовой поддержке Фонда содействия отечественной науки, ФАНИ (госконтракты №№ 02.740.11.0062, 02.740.11.0071) и РФФИ (грант № 08-08-12109 – офи). ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Энергосбережение Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена Applications of increase effectiveness of energy usage of thermo-technological gas separation scheme in manufacture ethylene Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена |
| spellingShingle |
Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена Исламова, С.И. Шамсутдинов, Э.В. Энергосбережение |
| title_short |
Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена |
| title_full |
Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена |
| title_fullStr |
Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена |
| title_full_unstemmed |
Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена |
| title_sort |
мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена |
| author |
Исламова, С.И. Шамсутдинов, Э.В. |
| author_facet |
Исламова, С.И. Шамсутдинов, Э.В. |
| topic |
Энергосбережение |
| topic_facet |
Энергосбережение |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Applications of increase effectiveness of energy usage of thermo-technological gas separation scheme in manufacture ethylene |
| description |
Представлен разработанный обобщенный алгоритм решения задачи по повышению эффективности энергоиспользования на промышленном предприятии нефтехимического комплекса. В рамках данного алгоритма проведена оценка эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения производства этилена, разработана система утилизации низкопотенциальных ВЭР, выбран и обоснован способ интенсификации теплообмена для теплообменных аппаратов схемы.
Представлено розроблений узагальнений алгоритм розв’язання задачі по підвищенню ефективності використання енергії на промисловому підприємстві нафтохімічного комплексу. В рамках даного алгоритму проведена оцінка енергетичної ефективності теплотехнологічної схеми стадії газорозділення виробництва етилену, розроблена система утилізації низькопотенційних ВЕР, вибрано та обґрунтовано спосіб інтенсифікації теплообміну для теплообмінних апаратів схеми.
In work developed generalized problem algorithm to increase of effectiveness of energy usage of petrochemical plant is presented. In the limit of this algorithm the effectiveness of energy usage of thermo-technological gas separation scheme in manufacture ethylene is estimated, system the low-potential secondary energy resources utilization is developed, a way of intensification heat exchange for heat exchangers is selected and substantiated.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60491 |
| citation_txt |
Мероприятия по повышению эффективности энергоиспользования теплотехнологической схемы стадии газоразделения крупнотоннажного производства этилена / С.И. Исламова, Э.В. Шамсутдинов // Промышленная теплотехника. — 2010. — Т. 32, № 1. — С. 81-89. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT islamovasi meropriâtiâpopovyšeniûéffektivnostiénergoispolʹzovaniâteplotehnologičeskoishemystadiigazorazdeleniâkrupnotonnažnogoproizvodstvaétilena AT šamsutdinovév meropriâtiâpopovyšeniûéffektivnostiénergoispolʹzovaniâteplotehnologičeskoishemystadiigazorazdeleniâkrupnotonnažnogoproizvodstvaétilena AT islamovasi applicationsofincreaseeffectivenessofenergyusageofthermotechnologicalgasseparationschemeinmanufactureethylene AT šamsutdinovév applicationsofincreaseeffectivenessofenergyusageofthermotechnologicalgasseparationschemeinmanufactureethylene |
| first_indexed |
2025-11-25T11:32:49Z |
| last_indexed |
2025-11-25T11:32:49Z |
| _version_ |
1850513810531549184 |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 81
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
УДК 629.7.536.27+662.987
Исламова С.И., Шамсутдинов Э.В.
Исследовательский центр проблем энергетики Казанского научного центра РАН
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СТАДИИ ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ
КРУПНОТОННАЖНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭТИЛЕНА
Представлено розроблений
узагальнений алгоритм розв’язан-
ня задачі по підвищенню ефек-
тивності використання енергії
на промисловому підприємстві
нафтохімічного комплексу. В рам-
ках даного алгоритму проведена
оцінка енергетичної ефективності
теплотехнологічної схеми стадії
газорозділення виробництва ети-
лену, розроблена система утиліза-
ції низькопотенційних ВЕР, ви-
брано та обґрунтовано спосіб
інтенсифікації теплообміну для
теплообмінних апаратів схеми.
Представлен разработанный
обобщенный алгоритм решения за-
дачи по повышению эффективности
энергоиспользования на промыш-
ленном предприятии нефтехимиче-
ского комплекса. В рамках данного
алгоритма проведена оценка эффек-
тивности энергоиспользования те-
плотехнологической схемы стадии
газоразделения производства этиле-
на, разработана система утилизации
низкопотенциальных ВЭР, выбран и
обоснован способ интенсификации
теплообмена для теплообменных
аппаратов схемы.
In work developed generalized
problem algorithm to increase of
effectiveness of energy usage of
petrochemical plant is presented.
In the limit of this algorithm the
effectiveness of energy usage of
thermo-technological gas separation
scheme in manufacture ethylene is
estimated, system the low-potential
secondary energy resources utilization
is developed, a way of intensification
heat exchange for heat exchangers is
selected and substantiated.
b – ширина треугольного интенсификатора;
d – внутренний диаметр трубы;
h – высота интенсификатора;
Nu – число Нуссельта;
Re – число Рейнольдса;
s – шаг накатки;
α – коэффициент теплоотдачи;
η – теплогидродинамическая эффективность;
ξ – гидравлическое сопротивление;
АСУТП – автоматизированная система
управления технологическими процессами;
ВЭР – вторичные энергоресурсы;
ГВС – горячее водоснабжение;
N.D and Atamanyuk M.P. On the efficiency of
centrifugal phase separation method in pectin
production // 13 th Intern. Congr. CHISA-98. Praha.
– 1998. – prepr. 0803.
12. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии.
Поверхностные явления и дисперсные системы.
– М.: Химия, 1989. – 463 с.
13. Борбат А.М., Горбань И.С. и др. Опти-
ческие измерения. – Киев: Техніка, – 1967. –
419 с.
14. Джапаридзе Л.И. Практикум по ми-
кроскопической химии растений. – М. изд.
«Советская наука», 1953. – 168 с.
15. Серенсон И, Кемпбел Т. Препаратив-
ные методы химии полимеров. – М: Химия,
пер. с англ., 1963. – 264 с.
16. Качалай Д.П., Любенко А.А., Вайнберг
Р.Ш. и др. Методические указания по исполь-
зованию в лечебно-профилактических целях
пектина и пектиносодержащих продуктов №
5049-89. – Киев, Урожай, 1990. – 15 с.
Получено 15.12.2009 г.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №182
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Введение
На сегодняшний день большинство пред-
приятий не обладают значительным объемом
оборотных средств, необходимых для своевре-
менной модернизации производства и приоб-
ретения принципиально нового вида оборудо-
вания. В таких условиях наиболее вероятными
тенденциями поступательного развития пред-
приятий различных отраслей промышленности,
в особенности нефтехимического комплекса, с
точки зрения их практической реализации, яв-
ляются обеспечение принципа экономии энер-
гетических ресурсов, опережающее увеличение
объемов выработки продукции по сравнению с
ростом производственных затрат.
Для нефтехимических производств ха-
рактерны большие, занимаемые оборудовани-
ем территории, разнообразие номенклатуры
технологического оборудования и арматуры.
Режимные параметры каждого оборудования
определяются требованиями технологического
регламента и влияют на энергоиспользование
и выход вторичных энергоресурсов в произ-
водственном процессе. Нефтехимические пред-
приятия также оказывают значительное влияние
на экологическое состояние регионов, в котором
они расположены [1,2].
Особый интерес при оценке эффективно-
сти энергоиспользования на нефтехимических
предприятиях представляют решения, направ-
ленные на эффективное вовлечение вторичных
энергоресурсов в систему энергообеспечения
и проектирование нового высокоэффективного
теплотехнологического оборудования или мо-
дификацию уже существующего. При этом воз-
никают вопросы поиска оптимального варианта
технологии утилизации ВЭР и методов повы-
шения эффективности отдельных аппаратов и
устройств.
Наиболее эффективные решения при реа-
лизации данных мероприятий могут быть
получены только при системном анализе,
рассматривающим единую технологически
связанную систему энергоснабжения и энер-
гоиспользования, причем наибольшие резервы
имеются в области энергопотребления.
Алгоритм решения задачи
по повышению эффективности
энергоиспользования на нефтехимическом
предприятии и выбор объекта исследования
С целью использования комплексного
подхода при решении задачи разработки си-
стемных энергосберегающих мероприятий
разработан обобщенный алгоритм (рис. 1). Ко-
нечной целью исследований в рамках данного
алгоритма является разработка мероприятий
по повышению эффективности энергоисполь-
зования схемы, включающие схемные решения
по утилизации ВЭР и решения по повышению
энергоэффективности единичных аппаратов
схемы [3]. Алгоритм методики условно разде-
лен на семь взаимосвязанных блоков.
Блок I. Осуществляется выбор объекта
исследования – конкретное нефтехимическое
производство (или его отдельная стадия), ха-
рактеризующееся сложной многоуровневой
структурой, на функционирование которой не-
обходимы значительные затраты энергии и ре-
сурсов.
Блок II. Сбор данных по исследуемому
производству осуществляется на основе тех-
нологических регламентов, режимных карт
АСУТП. В результате обработки полученной
информации формируется целевая функция
исследования – основная цель решения по-
ставленной задачи с определенными ограниче-
ниями.
Блок III. Выбор метода исследования осу-
ществляется в зависимости от следующих
ПЭУ – пароэжекционная установка;
СКУ – система комплексной утилизации;
ТОА – теплообменный аппарат.
Индексы:
0 – гладкий канал;
инт – интенсификатор теплообмена.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 83
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 1. Обобщенный алгоритм решения задачи по повышению эффективности
энергоиспользования на нефтехимическом предприятии.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №184
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
критериев: уровень и сложность иерархиче-
ской структуры производства; структура энер-
гопотребления; виды и объемы используемых
топливно-энергетических ресурсов; номенкла-
тура эксплуатируемого технологического, те-
плотехнического и теплоэнергетического обору-
дования; целевая функция исследования.
Блок IV. Исследование теплотехнологиче-
ской схемы, анализ и оценка эффективности
энергоиспользования основан на использовании
методологии системного анализа, включающего
в себя анализ структуры связей, тепловой и тер-
модинамический анализ [4,5]. Так как элементы
теплотехнологической схемы нефтехимическо-
го производства связаны между собой прямыми
и обратными энергетическими, технологически-
ми потоками с различными параметрами, тре-
буется условное упрощение сложной замкну-
той структуры схемы. Для этого используется
топологический метод анализа, позволяющий
на основе математического моделирования вы-
явить структурные особенности и найти после-
довательность расчета элементов теплотехноло-
гической схемы.
В ходе исследований выбирается критерий
оценки эффективности производства на осно-
ве расходных характеристик, материального
баланса потребляемых сырьевых и топливно-
энергетических ресурсов, термодинамических
показателей технологических и энергетических
процессов. Далее проводится оценка эффектив-
ности энергоиспользования на основе теплово-
го и термодинамического анализов. Источником
информации служит математическая модель
теплотехнологической схемы в виде системы
балансовых уравнений для каждого элемента
схемы. В процессе анализа выявляются потери
энергии от необратимости для отдельных эле-
ментов и всей системы в целом; определяются
потоки ВЭР.
Блок V. Данный блок включает разработку
схемных решений по утилизации ВЭР и меро-
приятий по повышению энергоэффективности
единичных аппаратов теплотехнологической
схемы. Разработка схемных решений включает
анализ возможных способов утилизации выяв-
ленных потоков ВЭР и составление базы дан-
ных по возможным техническим решениям.
Выбор конкретного решения осуществляется в
результате сопоставления всех возможных ва-
риантов для выявленных потоков ВЭР. Далее
производится разработка СКУ ВЭР, базирую-
щаяся на обоснованном способе утилизации,
отвечающем целевой функции исследования.
При разработке мероприятий по повышению
энергоэффективности единичных аппаратов
теплотехнологической схемы возможны тех-
нические решения по повышению производи-
тельности единичных аппаратов и/или по сни-
жению ресурсо- и энергозатрат на единичный
аппарат за счет интенсификации теплообмена.
Основная цель экспериментального и/или чис-
ленного исследования интенсификации тепло-
обмена – это поиск и оценка эффектов интенси-
фикации, нахождение наиболее рационального
способа и выбор эффективных геометрических
и конструктивных параметров интенсификато-
ров в зависимости от гидродинамических ре-
жимов и тепловых нагрузок, теплофизических
и реологических свойств теплоносителей.
Блок VI. При технико-экономическом ана-
лизе интенсифицированных теплообменников
проводится поверочный расчет и осущест-
вляется оценка их эффективности. Технико-
экономическая оценка разработанной СКУ
ВЭР включает подбор и расчет утилизацион-
ного оборудования, определение капитальных
затрат и годовых эксплуатационных расходов,
а также срока окупаемости предлагаемых ре-
шений.
Блок VII. На заключительном этапе иссле-
дований определяются направления исполь-
зования предлагаемых решений и разрабаты-
ваются рекомендации по их практическому
применению.
В качестве объекта исследования выбра-
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 85
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
на стадия газоразделения крупнотоннажного
производства этилена, реализованная на заводе
«Этилен» ОАО «Казаньоргсинтез», являющим-
ся крупнейшим предприятием нефтехимиче-
ской отрасли, на котором производится порядка
400 тыс. т этилена в год. Стадия газоразделе-
ния, являющаяся составной частью производ-
ства этилена, характеризуется значительными
потерями энергии ВЭР низкого потенциала. Те-
плотехнологическая схема исследуемой стадии
газоразделения имеет сложную структуру, объ-
единяющую 96 технологических аппаратов, от-
личающихся различной конструкцией, назначе-
нием, структурой включения в технологическую
линию и термодинамическими параметрами. На
данной стадии до 50 % от основного технологи-
ческого оборудования составляют теплообмен-
ные аппараты.
Целевой функцией исследований является
повышение эффективности энергоиспользова-
ния с учетом минимизации влияния предлагае-
мых решений на технологические процессы.
В рамках разработанного алгоритма про-
ведено исследование теплотехнологической
схемы газоразделения производства этилена.
В результате оценки эффективности энергои-
спользования определены технологические
участки с наименьшей термодинамической эф-
фективностью – участок гидрирования этан-
этиленовой фракции, участок концентриро-
вания пропилена и этиленовый холодильный
цикл, что обуславливает необходимость разра-
ботки мероприятий по повышению эффектив-
ности энергоиспользования для данных рас-
четных блоков.
Также выявлены источники низкопотен-
циальных ВЭР – паровой конденсат после
кипятильников и оборотная вода после холо-
дильников и конденсаторов (табл. 1). Общий
потенциал ВЭР по теплоте составляет 60,5
МВт, по эксергии – 8,2 МВт.
Табл. 1. Потоки низкопотенциальных ВЭР
Теплоноситель G, кг/с Т, °С Р, МПа Q, МВт Е, МВт
Паровой конденсат 2,67 138 0,34 4,61 0,70
Паровой конденсат 0,90 138 0,34 1,55 0,24
Паровой конденсат 4,10 138 0,34 7,08 1,07
Паровой конденсат 0,13 145 0,34 0,23 0,04
Оборотная вода 2,85 30 0,59 3,60 0,66
Оборотная вода 0,73 30 0,29 0,93 0,12
Оборотная вода 0,08 30 0,59 0,1 0,01
Оборотная вода 0,01 36 0,59 0,01 0,002
Оборотная вода 0,05 30 0,59 0,06 0,008
Оборотная вода 0,10 35 0,59 0,13 0,02
Оборотная вода 0,03 30 0,34 0,04 0,005
Оборотная вода 3,10 15 0,59 3,75 0,71
Оборотная вода 23,7 45 0,59 31,67 3,99
Оборотная вода 4,50 30 0,26 5,82 0,74
Оборотная вода 3,67 25 0,59 4,60 0,59
∑ 60,5 8,2
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №186
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Исследование способов интенсификации
теплообмена в отдельных аппаратах
теплотехнологической схемы
газоразделения производства этилена
В соответствии с разработанным алгорит-
мом проведено исследование интенсификации
теплообмена в аппаратах теплотехнологиче-
ской схемы стадии газоразделения в производ-
стве этилена. В качестве объектов исследования
выбраны три теплообменных аппараты: № 1
(Re = 1376), №2 (Re = 1482) и №3 (Re = 661), ин-
тенсификация теплообмена в которых не приво-
дит к изменениям в основной технологической
линии рассматриваемого производства. В ходе
предварительного анализа различных методов
интенсификации для численного исследова-
ния в качестве интенсификаторов теплообмена
в трубных каналах теплообменных аппаратов
выбрана поперечная дискретная шероховатость
двух видов – поперечная кольцевая накатка и
накатка в форме прямоугольного треугольника
первого типа.
Рабочая среда – вода; внутренний диаметр
трубы d = 0,016; 0,021 м, выбор которых обуслов-
лен их широким практическим распространени-
ем. Относительная высота треугольных и коль-
цевых выступов h/d = 0,04...0,1, относительный
шаг накатки s/d = 0,5...3, относительная ширина
треугольных выступов b/d = 0,05...0,25. При чис-
ленном исследовании использована модель,
разработанная коллективом ведущей научной
школы «Тепломассообмен и теплоэнергетика»
имени чл. кор. РАН Ю.Г. Назмеева. При по-
становке задачи система уравнений движения,
неразрывности и переноса энергии жидкости
записана в цилиндрической системе коорди-
нат с учетом следующих допущений: течение
ламинарное, стационарное, осесимметричное,
теплофизические параметры (плотность, те-
плоемкость, теплопроводность) в ходе процес-
са меняются незначительно.
Для иллюстрации полученных данных на
рис. 2 представлены результаты исследования
интенсификации теплообмена при течении жид-
кости в трубном канале холодильника №1. Из
рисунка видно, что для интенсификаторов полу-
круглой формы (рис. 2, а) наибольшая теплоги-
дродинамическая эффективность
наблюдается при относительной высоте
h/d = 0,05 и относительном шаге s/d = 2 (η = 1,08).
При относительных высотах h/d = 0,04; 0,075 и
0,1 интенсификация не эффективна, значение
не превышает единицы. В случае выступов тре-
угольной формы (рис. 2, б) наибольшее значе-
ние критерия теплогидродинамической эффек-
тивности (η = 1,06) наблюдается при b = 0,15d,
h/d = 0,04 и s/d = 2,25. В остальных случаях η <1.
а) б)
Рис. 2. Зависимости η от s/d и h/d для аппарата №1:
а) кольцевая накатка, б) треугольная накатка b=0,15d.
0 0
Nu
Nu
ξ
η =
ξ
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 87
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Табл. 2. Влияние геометрической формы интенсификаторов на коэффициент теплоотдачи
В табл. 2 приведены результаты сравнитель-
ного анализа влияния геометрической формы
интенсификаторов на рост коэффициента тепло-
отдачи α в ТОА для труб с различными диаме-
трами при наибольших значениях η.
Из таблицы видно, что для теплообменного
аппарата №1 наибольшее значение η = 1,08 до-
стигается при использовании интенсификаторов
полукруглой формы при d = 21мм. Для аппара-
та №2 наибольшее увеличение коэффициента
α дают интенсификаторы треугольной формы,
также при d = 21мм. Для аппарата №3 значения
η или меньше единицы (при d = 16мм) или близ-
ки к ней, вследствие чего интенсифицировать
данный аппарат кольцевой или треугольной на-
каткой нецелесообразно.
Анализ показал, что использование интен-
сифицированных теплообменных аппаратов по-
зволит снизить расход воды в теплообменниках
№1 и №2 на 40 и 46 % и сократить потери тепло-
ты на 3,8 МВт, эксергии на 0,4 МВт. Таким об-
разом, интенсификация теплообмена приводит
к экономии первичных ресурсов, используемых
на стадии газоразделения.
Разработка системы утилизации
низкопотенциальных ВЭР
В результате сравнительного технико-
экономического анализа выбран эффективный
метод использования низкопотенциальных
ВЭР на основе применения пароэжекторной
установки и термосифона, на базе которого
разработана система комплексной утилизации.
Данная система, включающая участок гидри-
рования этан-этиленовой фракции стадии га-
зоразделения с применением термосифона и
ПЭУ (рис. 3), позволяет за счет утилизации па-
рового конденсата, экономить оборотную воду
и осуществлять отпуск теплоты для ГВС.
Порядок работы СКУ следующий: часть
отработанного парового конденсата из кипя-
тильника 5 поступает в водоструйный паровой
эжектор 7, в который также поступает оборот-
ная вода из холодильников 3 и 6. Из парового
эжектора выходит нагретая вода и поступает
затем в испаритель термосифона 8. За счет под-
вода теплоты вскипает промежуточный тепло-
носитель, и пар теплоносителя перемещается
ТОА Гладкий канал
α0
Форма интенсификаторов
полукруг треугольник
η αинт η αинт
№1
d =21 мм
d =16 мм
456
553
1,08
1,03
610
663
1,06
1,00
546
658
№2
d =21 мм
d =16 мм
465
535
1,08
1,03
595
659
1,09
1,00
608
647
№3
d =21 мм
d =16 мм
295
345
1,04
0,96
325
371
1,03
0,97
325
370
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №188
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Рис. 3. СКУ для теплотехнологической схемы стадии газоразделения:
1, 2 – теплообменник обратных потоков; 3, 6 – холодильник; 4 – реактор;
5 – кипятильник; 7 – ПЭУ; 8 – термосифон; 9, 10, 11 – насос.
по теплоизолированной зоне в конденсатор тер-
мосифона, где при его конденсации происходит
передача теплоты холодной воде. Нагретая вода
насосом 9 направляется на горячее водоснабже-
ние завода. Конденсат промежуточного тепло-
носителя под действием сил гравитации пере-
мещается в испаритель термосифона, замыкая
процесс передачи теплоты. Охлажденная вода
из испарительной части термосифона поступает
снова в холодильники 3 и 6.
Для теплотехнологической схемы газораз-
деления с учетом разработанной системы утили-
зации проведен дополнительный анализ струк-
туры связей между элементами, тепловой и
термодинамические расчеты. Расчеты показа-
ли, что при использовании в замкнутом цикле
парового конденсата и оборотной воды тепло-
вой КПД блока гидрирования этан-этиленовой
фракции увеличится на 8 %, а эксергетический
– на 12 %. Количество утилизируемой в СКУ
теплоты оставляет 11,5 МВт, эксергии – 1,5
МВт.
Проведена технико-экономическая оценка
предлагаемых мероприятий, результаты кото-
рой представлены в табл. 3.
Табл. 3. Технико-экономические показатели СКУ
Показатель Величина Размерность
Капитальные затраты 2,046 млн. руб.
Годовые эксплуатационные расходы 0,314 млн. руб./год
Экономия 1,129 млн. руб./год
Срок окупаемости 2,5 лет
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2010, т. 32, №1 89
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Выводы
1. Разработан алгоритм решения задачи по
повышению эффективности энергоиспользова-
ния на промышленном предприятии нефтехи-
мического комплекса, базирующийся на теории
тепло- и массообмена, технической термодина-
мики, методологии системного анализа и мето-
дов математического моделирования.
2. С целью минимизации влияния на тех-
нологический процесс производства этилена
целесообразно использование интенсификации
теплообмена применительно к водяным холо-
дильникам, входящих в пропиленовый и эти-
леновый холодильные циклы. Анализ результа-
тов исследований показал, что использование
интенсификации теплообмена целесообразно
для аппаратов №1 и №2, входящих в указанные
выше технологические участки. При этом вну-
тренний диаметр труб должен составлять 0,021
м, а в качестве интенсификаторов необходимо
использовать кольцевую накатку как наиболее
эффективную и технологичную при изготовле-
нии и обслуживании.
3. Для повышения энергетической эф-
фективности участка гидрирования этан-
этиленовой фракции посредством утилизации
низкопотенциальных ВЭР наиболее эффектив-
но комбинированное использование термоси-
фона и ПЭУ. Разработана оригинальная СКУ
низкопотенциальных ВЭР; срок окупаемости
СКУ – 2,5 года.
Работа выполнена при финансовой
поддержке Фонда содействия отечественной
науки, ФАНИ (госконтракты №№
02.740.11.0062, 02.740.11.0071) и РФФИ (грант
№ 08-08-12109 – офи).
ЛИТЕРАТУРА
1. Багиев Г.Л., Златопольский А.Н. Орга-
низация, планирование и управление промыш-
ленной энергетикой: Учебник для вузов. – М.:
Энергоатомиздат, 1993.
2. Назмеев Ю.Г. Мазутные хозяйства ТЭС.
– М.: Изд-во МЭИ, 2002.
3. Иванова С.И., Шамсутдинов Э.В. Ком-
плексный подход к энерго- и ресурсосбереже-
нию для стадии газоразделения в производстве
этилена // Материалы VI школы-семинара мо-
лодых ученых и специалистов академика РАН
В.Е. Алемасова. Казань, 16-18 сентября 2008г. –
С. 426-428.
Получено 06.10.2009 г.
Технико-экономический анализ показал бы-
струю окупаемость предлагаемых мероприятий
за счет сокращения расходов оборотной воды и
выработки дополнительной теплоты на ГВС и
отопление.
|