具有兩級水道的循環冷卻水網絡結構及設計方法
2023-05-08 01:36:31
專利名稱：具有兩級水道的循環冷卻水網絡結構及設計方法
技術領域：
本發明屬於過程系統集成技術，特別涉及一種具有兩級水道的循環冷卻水網絡結構及設計方法。
背景技術：
目前常規的循環水網絡結構是一次利用循環水的並聯結構，這種結構循環水用量大。為了減少循環水用量，提高冷卻塔效率，英國UMIST的Kim和Smith於2001年提出了串聯結構，即循環水經多個冷卻器串聯利用，雖能減少循環水用量，但水網絡過於複雜、不便於運行和控制，當生產中一個冷卻器的水量、水溫狀況發生變化時，將影響其它冷卻器的運行。
發明內容
本發明的目的在於提供一種既能夠減少循環水用量，又能夠簡化循環冷卻水網絡的設計與控制且使網絡具有較大的彈性(即工藝參數在一定範圍內的變動及增減一定數量的單元不會改變整個網絡)的基於兩級水道的循環冷卻水網絡結構及其設計方法。
為達到上述目的本發明是按照以下方法構建水網絡的1)確定各冷卻器冷卻水的極限溫焓線根據最小傳熱推動力、冷卻塔對水溫的要求、腐蝕、結垢因素確定每個冷卻器冷卻水的極限進、出口溫度，根據極限進、出口溫度和傳熱量在溫焓圖上作出各冷卻器冷卻水的極限溫焓線；2)確定被冷卻物質的極限複合溫焓線根據各冷卻器冷卻水的極限進、出口溫度劃分溫區，在各溫區中的總傳熱量為Hi=jCPj(Ti-Ti+1),]]>由此確定被冷卻物質的極限複合溫焓線式中ΔH-焓差；CP-熱容流率；T-溫度；j-第i溫區的物流數；3)確定第二級循環水道的溫度在有著被冷卻物質的極限複合溫焓線的溫焓圖上畫出最小循環水供水線，其起始溫度等於循環水供水溫度，其終了溫度為下面兩者之較小者(1)冷卻塔最大回水溫度；(2)當供水線斜率增大過程中，供水線與極限複合溫焓線在某點相遇時的斜率所確定的終了溫度；兩條曲線溫差最小處供水線的溫度即為第二級循環水道溫度；4)按照各冷卻器冷卻水極限進口溫度確定從第一級還是第二級循環水道引水，其所引水的循環水道溫度應小於或等於冷卻器冷卻水的極限進口溫度；5)按照各冷卻器進口溫度和極限出口溫度和傳熱量由熱量衡算即循環水量＝熱量/(極限出口溫度-進口溫度)確定所用循環水量，。
6)對第二級循環水道進行水量衡算即對進水量與出水量比較，若水量多餘時，多餘水量直接排到循環回水道；若水量不足時，從第一級循環水道補水；7)建立整個循環冷卻水網絡。
按照本發明的方法構建的水網絡其結構為冷卻塔的出口與第一級循環水道Pin相連，第一級循環水道Pin與相互並聯的需水溫度較低的冷卻器HE相連，相互並聯的冷卻器HE中排水溫度較低的冷卻器的出口與第二級循環水道Pm相連，排水溫度較高的冷卻器的出口與循環回水道Pout相連，第二級循環水道Pm還與相互並聯的需水溫度較高的冷卻器相連，其出口也與循環回水道Pout相連，循環回水道Pout的出口與冷卻塔的入口相連；第一級循環水道Pin還可通過單向閥與第二級循環水道Pm相連接；第二級循環水道Pm與循環回水道Pout之間還聯接有冷卻器HE。
由於本發明採用了兩級循環水道結構，又確定了溫度較高的循環水道的最優溫度，既能夠減少循環水用量，又能夠簡化循環冷卻水網絡的設計與控制，得到具有較大彈性的網絡結構。
四
附圖是本發明基於兩級水道的循環冷卻水網絡示意圖。
五具體實施例方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
本發明是按照以下方法構建水網絡的根據最小傳熱推動力、冷卻塔對水溫的要求、腐蝕、結垢因素確定每個冷卻器冷卻水的極限進、出口溫度。根據極限進、出口溫度和傳熱量在溫焓圖上作出各冷卻器冷卻水的極限溫焓線；根據各冷卻器冷卻水的極限進、出口溫度劃分溫區，在各溫區中的總傳熱量為Hi=jCPj(Ti-Ti+1)]]>由此確定被冷卻物質的極限複合溫焓線式中ΔH-焓差；
CP-熱容流率；T-溫度；j-第i溫區的物流數；第二級循環水道溫度的確定在有著被冷卻物質的極限複合溫焓線的溫焓圖上畫出最小循環水供水線。其起始溫度等於循環水供水溫度，其終了溫度為下面兩者之較小者(1)冷卻塔最大回水溫度；(2)當供水線斜率增大過程中，供水線與極限複合溫焓線在某點相遇時的斜率所確定的終了溫度。
兩條曲線溫差最小處供水線的溫度即為第二級循環水道溫度；按照各冷卻器冷卻水極限進口溫度確定從哪級循環水道引水；按照各冷卻器極限進、出口溫度和傳熱量由熱量衡算確定所用循環水量；對第二級循環水道進行水量衡算，若不足時，從第一級循環水道補水；建立整個循環冷卻水網絡。
參見附圖，按照本發明的設計方法構建的水網絡包括第一級循環水道Pin、第二級循環水道Pm和循環水回水道Pout，其溫度分別為Tin、Tm、Tout。冷卻塔1的出口通過第一級循環水道Pin與並聯的需水溫度較低的冷卻器HE相連接，這些冷卻器中排水溫度較低的冷卻器將其排水供入第二級循環水道Pm，另一些排水溫度較高的冷卻器將其排水排入循環回水道Pout，第二級循環水道Pm向需水溫度較高的相互並聯的冷卻器供水，然後其排水也排入循環回水道Pout，循環回水道Pout的出口與冷卻塔1的入口相連。第一級循環水道Pin還可通過單向閥2與第二級循環水道Pm相連接。
冷卻器HE的極限進口溫度大於或等於其左邊水道的溫度，低於其右邊水道的溫度，用箭頭代表冷卻器的進、出口水流。第二級循環水道Pm的水來源於一些冷卻器的具有較低溫度的排水，又用於另一些可用較高溫的水的冷卻器。各冷卻器根據所需冷卻水的極限進口溫度確定由哪級水道進水；根據各冷卻器的極限出口溫度確定哪些冷卻器的出水進入第二級水道。極限進、出口溫度通常由一系列的可能因素共同決定最小傳熱推動力，冷卻塔對水溫的要求，腐蝕，結垢等。可見，具有兩級水道的循環冷卻水網絡，既能夠減少循環水用量，能夠簡化循環冷卻水網絡的設計與控制且使網絡具有較大的彈性。
在工業企業中採用具有兩級水道的循環冷卻水網絡，其關鍵在於確定第二級循環水道的溫度。只有正確確定第二級循環水道的溫度，就能使循環水量達到最小。
權利要求
1.一種具有兩級水道的循環冷卻水網絡的設計方法，其特徵在於1)確定各冷卻器冷卻水的極限溫焓線根據最小傳熱推動力、冷卻塔對水溫的要求、腐蝕、結垢因素確定每個冷卻器冷卻水的極限進、出口溫度，根據極限進、出口溫度和傳熱量在溫焓圖上作出各冷卻器冷卻水的極限溫焓線；2)確定被冷卻物質的極限複合溫焓線根據各冷卻器冷卻水的極限進、出口溫度劃分溫區，在各溫區中的總傳熱量為Hi=jCPj(Ti-Ti+1),]]>由此確定被冷卻物質的極限複合溫焓線式中ΔH-焓差；CP-熱容流率；T-溫度；j-第i溫區的物流數；3)確定第二級循環水道的溫度在有著被冷卻物質的極限複合溫焓線的溫焓圖上畫出最小循環水供水線，其起始溫度等於循環水供水溫度，其終了溫度為下面兩者之較小者(1)冷卻塔最大回水溫度；(2)當供水線斜率增大過程中，供水線與極限複合溫焓線在某點相遇時的斜率所確定的終了溫度；兩條曲線溫差最小處供水線的溫度即為第二級循環水道溫度；4)按照各冷卻器冷卻水極限進口溫度確定從第一級還是第二級循環水道引水，其所引水的循環水道溫度應小於或等於冷卻器冷卻水的極限進口溫度；5)按照各冷卻器進口溫度和極限出口溫度和傳熱量由熱量衡算即循環水量＝熱量/(極限出口溫度-進口溫度)確定所用循環水量；6)對第二級循環水道進行水量衡算即對進水量與出水量比較，若水量多餘時，多餘水量直接排到循環回水道；若水量不足時，從第一級循環水道補水；7)建立整個循環冷卻水網絡。
2.按照權利要求1所述的具有兩級水道的循環冷卻水網絡的設計方法構建的水網絡，其特徵在於冷卻塔[1]的出口與第一級循環水道Pin相連，第一級循環水道Pin與相互並聯的需水溫度較低的冷卻器HE相連，相互並聯的冷卻器HE中排水溫度較低的冷卻器的出口與第二級循環水道Pm相連，排水溫度較高的冷卻器的出口與循環回水道Pout相連，第二級循環水道Pm還與相互並聯的需水溫度較高的冷卻器相連，其出口也與循環回水道Pout相連，循環回水道Pout的出口與冷卻塔[1]的入口相連。
3.根據權利要求2所述的水網絡，其特徵在於所說的第一級循環水道Pin還可通過單向閥[2]與第二級循環水道Pm相連接。
4.根據權利要求2所述的水網絡，其特徵在於所說的第二級循環水道Pm與循環回水道Pout之間還聯接有冷卻器HE。
全文摘要
具有兩級水道的循環冷卻水網絡結構及設計方法，首先確定各冷卻器冷卻水的極限溫焓線，根據各冷卻器冷卻水的極限進、出口溫度劃分溫區確定被冷卻物質的極限複合溫焓線，確定第二級循環水道的溫度，按照各冷卻器冷卻水極限進口溫度確定從哪一級循環水道引水，按照各冷卻器進口溫度和極限出口溫度和傳熱量由熱量衡算確定所用循環水量，對第二級循環水道進行水量衡算即對進水量與出水量比較，若水量多餘，多餘水量直接排到循環回水道；若水量不足，從第一級循環水道補水；建立整個循環冷卻水網絡。本發明採用兩級循環水道，確定溫度較高的循環水道的最優溫度，能夠減少循環水用量，簡化循環冷卻水網絡的設計與控制，得到具有較大彈性的網絡結構。
文檔編號F28C1/00GK1570533SQ20041002610
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月10日 優先權日2004年5月10日
發明者馮霄, 沈人傑, 王斌 申請人:西安交通大學