Горячий и холодный потоки, принимающие участие в теплообмене могут быть представлены в виде температурно - энтальпийной диаграммы.

Перекрытие этих потоков на диаграмме соответствует количеству теплоты рекуперации между этими потоками Qp , а Qp и Qp - количеству теплоты, которое необходимо отвести от горячего потока и подвести к холодному для достижения их конечных температур. Количество теплоты рекуперации может быть увеличено при уменьшении минимально допустимой движущей силы процесса теплопередачи tmin (рисунок 1.9, б).

Все горячие и холодные потоки на температурно - энтальпийной диаграмме могут быть объединены в составные или композитные кривые. Для этого ось ординат делится на температурные интервалы, соответствующие начальным и конечным температурам потоков (рисунок 1.10, а). В каждом интервале энтальпия постоянна. Затем необходимо просуммировать энтальпию потоков, попавших в общий температурный интервал (рисунок 1.10, б). В итоге получается композитная кривая (рисунок 1.10, в).

Композитные кривые горячих и холодных потоков размещаются вместе на одной диаграмме (рисунок 1.11). Перекрытие композитных кривых соответствует количеству рекуперированной теплоты, переданной от горячих к холодным потокам.

Рисунок 1.10 - Построение композитной кривой для горячих потоков (а - в - этапы построения).

Точка наибольшего сближения композитных кривых называется точкой пинча или просто пинчом, Точка пинча делит композитные кривые на две области. Выше точки пинча вся теплота, соответствующая композитной кривой горячих потоков, передается композитной кривой холодных потоков. Недостаток теплоты горячих потоков компенсируется нагревом холодных потоков вспомогательными теплоносителями. Ниже точки пинча избыток теплоты горячих потоков компенсируется охлаждением вспомогательными теплоносителями.

Рисунок 1.11 - Композитные кривые для горячих и холодные потоков: а - t > tmin ; б - t = tmin.

Иногда удобнее использовать транспонированную температурно - энтальпийную диаграмму, т.е. энтальпийно - температурную диаграмму (ЭТД) (рисунок 1.12).

Уравнения композитных кривых могут быть получены следующим образом.

Для удобства построений температуры всех потоков сдвигаются на половину tmin:

;

Все начальные и конечные температуры всех потоков выстраиваются в порядке возрастания:

, ;

Композитная кривая холодных потоков строится следующим образом:

где Jxi - подмножество холодных потоков, удовлетворяющих неравенствам

Рисунок 1.12 - Энтальпийно - температурная диаграмма.

Композитная кривая горячих потоков строится следующим образом:

где Jxi - подмножество холодных потоков, удовлетворяющих неравенствам

Положение пинч-точки вычисляется следующим образом. Если ЭТД определяется уравнениями (1.11) и (1.13), тогда обратно транспонированные композитные кривые температурно - энтальпийной диаграммы определяются как обратные функции:

,

Теплота может быть передана, когда

;

Так как функции (1.15) - монотонно возрастающие функции, то в терминах ЭТД условие передачи тепла может быть представлено в виде:

Это неравенство и определяет положение пинч-точки:

Тогда максимальное суммарное количество теплоты Qp , которое может быть передано между потоками, определяется следующим образом:

Данный метод, как и предыдущие, базируется на температурно - энтальпийных кривых потоков, что позволяет быстро оценить термодинамический потенциал схемы теплообмена. Существенным преимуществом является то, как эти кривые группируются в композитные кривые. Такая группировка наглядно показывает нам распределение нагрузок между интервалами температур.

Также данный метод довольно легко реализуется вручную для небольших схем, для более сложных схем необходимо привлечение расчетных программ, вследствие большего количества рутинных расчетов.

Однако, метод дает нам всего лишь базовые данные, а именно: теплоту рекуперации и точку пинча, условно делящую все потоки на две части. Обвязка схемы в дальнейшем осуществляется при помощи уже известных нам методов, например с применением эвристик.

2.Цель и задачи работы

Сырая нефть прокачивается тремя параллельными потоками через теплообменники, где нагревается до температуры не более 160оС.

Первый поток сырая нефть прокачивается последовательно по трубному пространству теплообменников Т-1/1, Т-1/2, Т-16/1, в которых нагревается за счет теплоносителей (в зависимости от работы вакуумного блока):

а) без работы вакуумного блока: первый поток нефти обогревается мазутом после;

б) при работе вакуумного блока: первый поток сырой нефти нагревается теплом I (II циркуляционного орошения К-10) циркуляционного орошения колонны К-10; затем - теплом II циркуляционного орошения колонны К-10.

Далее нефть с температурой не более 160оС поступает в коллектор перед I ступенью блока ЭЛОУ.

Второй поток сырая нефть проходит последовательно по трубному пространству теплообменников: Т-2/2, где нагревается за счет тепла фракции 220-280оС, Т-2/1, где нагревается за счет тепла I (или II циркуляционного орошения К-2) циркуляционного орошения колонны К-2; Т-17/1, где нагревается за счет тепла II циркуляционного орошения К-2.

Далее нефть с температурой не более 160оС поступает в коллектор перед I ступенью блока ЭЛОУ.

Третий поток сырая нефть проходит последовательно по трубному пространству теплообменников Т-51/1, Т-51/2, Т-52/1, Т-52/2, где нагревается за счет тепла теплоносителей (в зависимости от работы вакуумного блока):

а) без работы вакуумного блока: сырая нефть III поток нагревается за счет тепла I циркуляционного орошения колонны К-2; затем за счет тепла фракции 280-350оС (или за счет тепла I циркуляционного орошения колонны К-2); затем за счет тепла фракции 280-350оС (или за счет тепла мазута, гудрона - при работе вакуумного блока); далее - за счет тепла мазута.

б) при работе вакуумного блока: сырая нефть III поток нагревается за счет тепла I циркуляционного орошения колонны К-2; затем - за счет тепла фракции 280-350оС (или за счет тепла I циркуляционного орошения колонны К-2); затем - за счет тепла фракции 280-350оС (или за счет гудрона); далее - за счет тепла мазута.

После Т-52/2 нефть с температурой не более 160оС поступает в коллектор перед I ступенью блока ЭЛОУ.

После электродегидраторов II ступени обессоленная нефть с температурой распределяется на 3 параллельных потока.

Первый поток обессоленной нефти.

а) без работы вакуумного блока: нефть обессоленная нагревается за счет тепла мазута с низа колонны К-2.

б) при работе вакуумного блока: нефть обессоленная нагревается в теплообменнике за счет тепла II циркуляционного орошения колонны К-10, затем - за счет тепла гудрона с низа колонны К-10.

Второй поток обессоленной нефти проходит последовательно: по трубному пространству теплообменника Т-17/2, затем по межтрубному пространству теплообменника Т-18, где нагревается за счет тепла II циркуляционного орошения колонны К-2, затем проходит межтрубное пространство теплообменников Т-81/1, Т-81/2, где нагревается за счет тепла мазута колонны К-2 (или за счет тепла III циркуляционного орошения колонны К-10 при работающем вакуумном блоке) и с температурой TIR 145 поступает под 24 тарелку колонны К-1. Температура нефти после теплообменника Т-17/2 контролируется по TIR 153.

Третий поток обессоленной нефти проходит параллельно: по трубному пространству Т-53/1, где нагревается за счёт тепла фракции 280-350оС, и по трубному пространству Т-61, где нагревается за счёт тепла III вакуумного погона колонны К-10 при работе вакуумного блока; затем последовательно нефть проходит по межтрубному пространству Т-53/2, где нагревается за счет тепла мазута, и по трубному пространству Т-53/3, где нагревается за счет тепла мазута и поступает под 24 тарелку колонны К-1.

Температура в электродегидраторах при необходимости может регулироваться за счет перераспределения тепла фр.280-350оС и мазута в теплообменниках Т-52/1,2 и Т-53/1,2,3 (до и после ЭЛОУ).

3.2 Исходные данные