Gioi thieu pinch technology

GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

CÁC VẤN ĐỀ CẦN QUAN TÂM CỦA NHÀ MÁY CÔNG NGHIỆP

5/25/18


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

5/25/18


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

5/25/18


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Ý nghĩa của kỹ thuật Pinch Technology
Kỹ thuật Pinch Technology kỹ thuật phân tích hệ thống để giảm
thiểu tiêu thụ năng lượng của các quá trình công nghệ bằng cách
tính toán tối ưu hóa hệ thống trao đổi nhiệt, phương pháp cung
cấp năng lượng và điều kiện vận hành quá trình công nghệ.

Mục tiêu

Tiết kiệm

Năng lượng
tiêu thụ

10 – 35%

Lượng nước
tiêu thụ

25 – 40%

Lượng H2 tiêu
thụ

≈ 20%

5/25/18

Hóa dầu

Lọc dầu

Luyện kim

Bột giấy

Pinch

Hóa học

Thực phẩm
4

GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Pinch năng lượng
Khái niệm: Pinch năng lượng là kỹ thuật phân tích hệ thống nhằm
tiết kiệm năng lượng sử dụng trong quá trình.
Cơ sở xây dựng phương pháp: Cân bằng vật chất và năng lượng.
Ứng dụng kỹ thuật Pinch trong thực tế đã tiết kiệm năng lượng đáng
kể
 Lọc dầu : 10-25%
 Hóa dầu: 15-25%
 Sắt và thép: 10-30%
 Hóa học: 15-35%
 Thực phẩm và đồ uống: 20-35%
 Bột giấy và giấy: 15-30%
5/25/18


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Các khái niệm sử dụng trong kĩ thuật phân tích Pinch
 Đường tổ hợp (Composite curve)
Là đường tổng hợp của tất cả các đường đặc tính T - ∆H của các
dòng công nghệ trong quá trình.
Có hai dạng đường tổ hợp:
- Đường tổ hợp nóng
- Đường tổ hợp nguội
 DTmin (∆Tmin)
Là chênh lệch nhiệt độ nhỏ
nhất giữa hai đường tổ hợp.

Pinch Point

Đường tổ hợp nóng

∆Tmin

Đường tổ hợp nguội
 Điểm Pinch (Pinch point)
Là điểm ứng với giá trị DTmin
6


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Các khái niệm sử dụng trong kĩ thuật phân tích Pinch
Xây dựng đường tổ hợp

Lượng trao đổi được tính theo công thức:
∆H = m.Cp.(Tcuối – Tđầu) = CP.(Tcuối – Tđầu)
Trong đó: ∆H : Lượng nhiệt trao đổi (KW)
m : Lưu lượng khối lượng (kg/s)
Cp : Nhiệt dung riêng khối lượng (Kj/kg oC)
CP : Nhiệt dung riêng lưu lượng (KW/oC)
Tđầu (cuối) : Nhiệt độ đầu (cuối) của các dòng
Đường tổ hợp được xây dựng trên giản đồ T – H theo nguyên tắc
n
tổng CP:

CPΣ  CPi

i 1


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Các khái niệm sử dụng trong kĩ thuật phân tích Pinch
Xây dựng đường tổ hợp

T

T

(1)

(1)

CP1

(2)
CP2
+
CP1

(2)

CP1

∆H

∆H

GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Các khái niệm sử dụng trong kĩ thuật phân tích Pinch
Xây dựng đường tổ hợp

Đường tổ hợp

Qh min
A1

A3

A2

Số lượng HX

A4
A5
A6
Qc min

A∑ = A 1 + A 2 + A 3 + A 4 + A 5 + A 6 =

1 ΔH i
 ΔT K
i
i

∆Hi : Lượng nhiệt trao đổi trên từng đoạn
∆Ti: Chênh lệch nhiệt độ trung bình logarit của từng
đoạn

Bề mặt truyền nhiệt


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Các khái niệm sử dụng trong kĩ thuật phân tích Pinch
Giản đồ các đường cong tổ hợp
Nhiệt độ vào, ra

Các thông số của các dòng công nghệ

Biến thiên
enthalpy

Đường tổ hợp nóng:
- Tổng của các dòng
công nghệ nóng
trong quá trình

Điểm Pinch

5/25/18

Nhu cầu gia nhiệt
tối thiểu

Đường tổ hợp lạnh:
- Tổng của các dòng
công nghệ lạnh
trong quá trình

Nhu cầu làm lạnh tối
thiểu


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Các khái niệm sử dụng trong kĩ thuật phân tích Pinch
Giản đồ các đường cong tổ hợp
Điểm Pinch:
 Điểm gần nhất giữa hai đường cong tổ hợp tương ứng với sự chênh
lệch nhiệt độ tối thiểu ∆Tmin giữa chúng.
 Chia các đường tổ hợp thành hai vùng: Trên Pinch  Sink (Tiêu thụ),
Dưới Pinch  Source (Nguồn)


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Các khái niệm sử dụng trong kĩ thuật phân tích Pinch
Giản đồ các đường cong tổ hợp
Quy tắc Pinch:
 Nhiệt không được truyền qua Pinch
 Không có sự làm lạnh bên ngoài phía trên Pinch
 Không có sự gia nhiệt bên ngoài phía dưới Pinch

GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Các khái niệm sử dụng trong kĩ thuật phân tích Pinch
Ảnh hưởng của ∆Tmin đến chi phí sản xuất
T

Qhmin

T

Qhmin

∆Tmin

∆Tmin

∆H

Qcmin

Qcmin & Qhmin

∆H

Qcmin

Chi phí vận hành

∆Tmin
Lượng nhiệt

thu hồi

Bề mặt trao
đổi nhiệt

Chi phí
đầu tư

13


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Các khái niệm sử dụng trong kĩ thuật phân tích Pinch
Lựa chọn ∆Tmin:
 Giá trị ∆Tmin quan hệ mật thiết với chi phí đầu tư và vận hành của
một quá trình công nghệ.
Lựa chọn ∆Tmin dựa vào:
Chi phí



Hình dạng đường cong tổ hợp



Kinh nghiệm thực tiễn:
 Lọc dầu: 20-40 0C
 Hóa dầu: 10-20 0C
 Công nghệ hóa học: 10-20 0C

DTmin tối ưu

 Các quá trình ở nhiệt độ thấp: 3-5 0C
DTmin


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Các khái niệm sử dụng trong kĩ thuật phân tích Pinch
Đường cong tổ hợp tổng
T OC

Đường cong tổ hợp
Đường tổ hợp nóng

Đường tổ hợp dịch chuyển

T OC

T OC

Đường cong tổ hợp tổng

+1/2 ΔTmin
Điểm Pinch

-1/2 ΔTmin
ΔTmin

Điểm Pinch

Đường tổ hợp lạnh
ΔH, KW

Đường tổ hợp tổng

T OC

ΔH, KW

ΔH, KW

Đường tổ hợp tổng

T OC

HPS

QH,MIN

LPS
Pinch phụ trợ
Pinch quá trình
QC,MIN

ΔH, KW

CW

ΔH, KW

Lựa chọn mức phụ trợ thích hợp và đặt mục tiêu tải trọng nhiệt tối ưu cho mức
phụ trợ đã chọn
5/25/18


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Một số khái niệm của hệ thống trao đổi nhiêt
Hệ thống trao đổi nhiệt (HEN): Hệ thống trao đổi nhiệt là một tập hợp
các thiết bị trao đổi nhiệt ở đó xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa các dòng
nóng và lạnh để đạt được nhiệt độ mong muốn.
Nhánh

Thiết bị trao đổi nhiệt

Thiết bị làm lạnh

1
2
3
4

Dòng lạnh

Dòng nóng

Thiết bị gia nhiệt
TIÊU THỤ

Điểm Pinch

NGUỒN

Dòng: Trên sơ đồ lưới, dòng được thể hiện là một đường thẳng chạy dài từ
nhiệt độ đầu đến nhiệt độ cuối. Trong đó:
 Các dòng công nghệ (phụ trợ) nóng được biểu diễn bằng màu đỏ.
 Các dòng công nghệ (phụ trợ) lạnh được biểu diễn bằng màu xanh.
Nhánh: Nhánh được chia ra từ một dòng nhất định và được đặt trưng bằng hệ số
chia dòng f:
CPnhánh = f.CPdòng


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Đánh giá hệ thống trao đổi nhiệt:
Xác định các vòng và đường tải nhiệt
E3

E5

Đường tải nhiệt hở
E1

E2

Vòng tải nhiệt kín
E4

Vòng tải nhiệt kín: Vòng tải nhiệt kín là một vòng kín nối các thiết bị trao đổi nhiệt.
Đường tải nhiệt hở: Đường tải nhiệt hở là một đường thẳng nối một dãy các
thiết bị trao đổi nhiệt mà ở hai đầu là hai thiết bị có sử dụng tác nhân phụ trợ để
cấp và lấy nhiệt.
Cải thiện thiết kế nhằm giảm chi phí hệ thống

5/25/18


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Dữ liệu cần cho quá trình phân tích Pinch

Nhiệt độ vào, ra
Lưu lượng
Công suất nhiệt
Nhiệt hóa hơi
Khối lượng riêng

Cân bằng vật chất và năng lượng

Các nguyên tắc cần tôn trọng khi trích xuất dữ liệu
1. Không tách các dòng có cùng tính chất nhiệt và hóa học trên sơ đồ hiện có
2. Không tổ hợp các dòng có nhiệt độ khác nhau
3. Khai thác dữ liệu tại các nhiệt độ “có hiệu quả” của các dòng công nghệ
4. Đảm bảo tính chính xác của dữ liệu khi trích xuất
5. Không trích xuất dữ liệu của các dòng phụ trợ thuần túy
6. Nhận dạng dữ liệu “mềm” khi trích xuất

GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Dữ liệu cần thiết cho quá trình phân tích Pinch


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Dữ liệu cần thiết cho quá trình phân tích Pinch


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Ví dụ áp dụng
CP1 = 0.4kW.°C-1
CP2 = 0.5kW.°C-1
CP3 = 0.3kW.°C-1
CP4 = 0.65kW.°C-1

Nhiệt độ


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Tmin = 76,67°C


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Tmin = 10°C


GIỚI THIỆU KỸ THUẬT PINCH TECHNOLOGY

Đường cong tổ hợp tổng - Grand Composite Curve
Tmin = 10°C

CP1 = 0.4kW.°C-1
CP2 = 0.5kW.°C-1
CP3 = 0.3kW.°C-1
CP4 = 0.65kW.°C-1

Nhiệt độ