专利名称：具有两级水道的循环冷却水网络结构及设计方法
技术领域：
本发明属于过程系统集成技术，特别涉及一种具有两级水道的循环冷却水网络结构及设计方法。
背景技术：
目前常规的循环水网络结构是一次利用循环水的并联结构，这种结构循环水用量大。为了减少循环水用量，提高冷却塔效率，英国UMIST的Kim和Smith于2001年提出了串联结构，即循环水经多个冷却器串联利用，虽能减少循环水用量，但水网络过于复杂、不便于运行和控制，当生产中一个冷却器的水量、水温状况发生变化时，将影响其它冷却器的运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种既能够减少循环水用量，又能够简化循环冷却水网络的设计与控制且使网络具有较大的弹性(即工艺参数在一定范围内的变动及增减一定数量的单元不会改变整个网络)的基于两级水道的循环冷却水网络结构及其设计方法。
为达到上述目的本发明是按照以下方法构建水网络的1)确定各冷却器冷却水的极限温焓线根据最小传热推动力、冷却塔对水温的要求、腐蚀、结垢因素确定每个冷却器冷却水的极限进、出口温度，根据极限进、出口温度和传热量在温焓图上作出各冷却器冷却水的极限温焓线；2)确定被冷却物质的极限复合温焓线根据各冷却器冷却水的极限进、出口温度划分温区，在各温区中的总传热量为ΔHi=ΣjCPj(Ti-Ti+1),]]>由此确定被冷却物质的极限复合温焓线式中ΔH-焓差；CP-热容流率；T-温度；j-第i温区的物流数；3)确定第二级循环水道的温度在有着被冷却物质的极限复合温焓线的温焓图上画出最小循环水供水线，其起始温度等于循环水供水温度，其终了温度为下面两者之较小者(1)冷却塔最大回水温度；(2)当供水线斜率增大过程中，供水线与极限复合温焓线在某点相遇时的斜率所确定的终了温度；两条曲线温差最小处供水线的温度即为第二级循环水道温度；4)按照各冷却器冷却水极限进口温度确定从第一级还是第二级循环水道引水，其所引水的循环水道温度应小于或等于冷却器冷却水的极限进口温度；5)按照各冷却器进口温度和极限出口温度和传热量由热量衡算即循环水量＝热量/(极限出口温度-进口温度)确定所用循环水量，。
6)对第二级循环水道进行水量衡算即对进水量与出水量比较，若水量多余时，多余水量直接排到循环回水道；若水量不足时，从第一级循环水道补水；7)建立整个循环冷却水网络。
按照本发明的方法构建的水网络其结构为冷却塔的出口与第一级循环水道Pin相连，第一级循环水道Pin与相互并联的需水温度较低的冷却器HE相连，相互并联的冷却器HE中排水温度较低的冷却器的出口与第二级循环水道Pm相连，排水温度较高的冷却器的出口与循环回水道Pout相连，第二级循环水道Pm还与相互并联的需水温度较高的冷却器相连，其出口也与循环回水道Pout相连，循环回水道Pout的出口与冷却塔的入口相连；第一级循环水道Pin还可通过单向阀与第二级循环水道Pm相连接；第二级循环水道Pm与循环回水道Pout之间还联接有冷却器HE。
由于本发明采用了两级循环水道结构，又确定了温度较高的循环水道的最优温度，既能够减少循环水用量，又能够简化循环冷却水网络的设计与控制，得到具有较大弹性的网络结构。
四
附图是本发明基于两级水道的循环冷却水网络示意图。
五具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明是按照以下方法构建水网络的根据最小传热推动力、冷却塔对水温的要求、腐蚀、结垢因素确定每个冷却器冷却水的极限进、出口温度。根据极限进、出口温度和传热量在温焓图上作出各冷却器冷却水的极限温焓线；根据各冷却器冷却水的极限进、出口温度划分温区，在各温区中的总传热量为ΔHi=ΣjCPj(Ti-Ti+1)]]>由此确定被冷却物质的极限复合温焓线式中ΔH-焓差；
CP-热容流率；T-温度；j-第i温区的物流数；第二级循环水道温度的确定在有着被冷却物质的极限复合温焓线的温焓图上画出最小循环水供水线。其起始温度等于循环水供水温度，其终了温度为下面两者之较小者(1)冷却塔最大回水温度；(2)当供水线斜率增大过程中，供水线与极限复合温焓线在某点相遇时的斜率所确定的终了温度。
两条曲线温差最小处供水线的温度即为第二级循环水道温度；按照各冷却器冷却水极限进口温度确定从哪级循环水道引水；按照各冷却器极限进、出口温度和传热量由热量衡算确定所用循环水量；对第二级循环水道进行水量衡算，若不足时，从第一级循环水道补水；建立整个循环冷却水网络。
参见附图，按照本发明的设计方法构建的水网络包括第一级循环水道Pin、第二级循环水道Pm和循环水回水道Pout，其温度分别为Tin、Tm、Tout。冷却塔1的出口通过第一级循环水道Pin与并联的需水温度较低的冷却器HE相连接，这些冷却器中排水温度较低的冷却器将其排水供入第二级循环水道Pm，另一些排水温度较高的冷却器将其排水排入循环回水道Pout，第二级循环水道Pm向需水温度较高的相互并联的冷却器供水，然后其排水也排入循环回水道Pout，循环回水道Pout的出口与冷却塔1的入口相连。第一级循环水道Pin还可通过单向阀2与第二级循环水道Pm相连接。
冷却器HE的极限进口温度大于或等于其左边水道的温度，低于其右边水道的温度，用箭头代表冷却器的进、出口水流。第二级循环水道Pm的水来源于一些冷却器的具有较低温度的排水，又用于另一些可用较高温的水的冷却器。各冷却器根据所需冷却水的极限进口温度确定由哪级水道进水；根据各冷却器的极限出口温度确定哪些冷却器的出水进入第二级水道。极限进、出口温度通常由一系列的可能因素共同决定最小传热推动力，冷却塔对水温的要求，腐蚀，结垢等。可见，具有两级水道的循环冷却水网络，既能够减少循环水用量，能够简化循环冷却水网络的设计与控制且使网络具有较大的弹性。
在工业企业中采用具有两级水道的循环冷却水网络，其关键在于确定第二级循环水道的温度。只有正确确定第二级循环水道的温度，就能使循环水量达到最小。
权利要求
1.一种具有两级水道的循环冷却水网络的设计方法，其特征在于1)确定各冷却器冷却水的极限温焓线根据最小传热推动力、冷却塔对水温的要求、腐蚀、结垢因素确定每个冷却器冷却水的极限进、出口温度，根据极限进、出口温度和传热量在温焓图上作出各冷却器冷却水的极限温焓线；2)确定被冷却物质的极限复合温焓线根据各冷却器冷却水的极限进、出口温度划分温区，在各温区中的总传热量为ΔHi=ΣjCPj(Ti-Ti+1),]]>由此确定被冷却物质的极限复合温焓线式中ΔH-焓差；CP-热容流率；T-温度；j-第i温区的物流数；3)确定第二级循环水道的温度在有着被冷却物质的极限复合温焓线的温焓图上画出最小循环水供水线，其起始温度等于循环水供水温度，其终了温度为下面两者之较小者(1)冷却塔最大回水温度；(2)当供水线斜率增大过程中，供水线与极限复合温焓线在某点相遇时的斜率所确定的终了温度；两条曲线温差最小处供水线的温度即为第二级循环水道温度；4)按照各冷却器冷却水极限进口温度确定从第一级还是第二级循环水道引水，其所引水的循环水道温度应小于或等于冷却器冷却水的极限进口温度；5)按照各冷却器进口温度和极限出口温度和传热量由热量衡算即循环水量＝热量/(极限出口温度-进口温度)确定所用循环水量；6)对第二级循环水道进行水量衡算即对进水量与出水量比较，若水量多余时，多余水量直接排到循环回水道；若水量不足时，从第一级循环水道补水；7)建立整个循环冷却水网络。
2.按照权利要求1所述的具有两级水道的循环冷却水网络的设计方法构建的水网络，其特征在于冷却塔[1]的出口与第一级循环水道Pin相连，第一级循环水道Pin与相互并联的需水温度较低的冷却器HE相连，相互并联的冷却器HE中排水温度较低的冷却器的出口与第二级循环水道Pm相连，排水温度较高的冷却器的出口与循环回水道Pout相连，第二级循环水道Pm还与相互并联的需水温度较高的冷却器相连，其出口也与循环回水道Pout相连，循环回水道Pout的出口与冷却塔[1]的入口相连。
3.根据权利要求2所述的水网络，其特征在于所说的第一级循环水道Pin还可通过单向阀[2]与第二级循环水道Pm相连接。
4.根据权利要求2所述的水网络，其特征在于所说的第二级循环水道Pm与循环回水道Pout之间还联接有冷却器HE。
全文摘要
具有两级水道的循环冷却水网络结构及设计方法，首先确定各冷却器冷却水的极限温焓线，根据各冷却器冷却水的极限进、出口温度划分温区确定被冷却物质的极限复合温焓线，确定第二级循环水道的温度，按照各冷却器冷却水极限进口温度确定从哪一级循环水道引水，按照各冷却器进口温度和极限出口温度和传热量由热量衡算确定所用循环水量，对第二级循环水道进行水量衡算即对进水量与出水量比较，若水量多余，多余水量直接排到循环回水道；若水量不足，从第一级循环水道补水；建立整个循环冷却水网络。本发明采用两级循环水道，确定温度较高的循环水道的最优温度，能够减少循环水用量，简化循环冷却水网络的设计与控制，得到具有较大弹性的网络结构。
文档编号F28C1/00GK1570533SQ20041002610
公开日2005年1月26日 申请日期2004年5月10日 优先权日2004年5月10日
发明者冯霄, 沈人杰, 王斌 申请人:西安交通大学