化工节能技术之AEA换热网络设计
换热网络是化工工业过程能量回收的重要手段，对化工生产降低能耗有着重要的意义。合理的把冷热物流匹配在一起，充分地利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收能力，尽可能地减少公用工程（如蒸汽、冷却水等）辅助加热和冷却负荷，无疑将提高整个过程系统的能量利用率和经济性。
化工设计比赛中要求的换热网络设计软件是Aspen Energy Analyzer，下面随小编简要了解此软件的功能及使用方法。
软件简介
Aspen Energy Analyzer（简称AEA）是AspenTech公司旗下产品，是进行换热网络设计与优化的一个功能强大的概念设计包，提供了夹点分析与换热网络设计优化的环境，是Aspen在工程应用上的一个重要工具。
夹点技术简介
温-焓图以温度T为纵轴，以热焓H为横轴，将冷热物流分别合并为冷、热物流复合曲线后，进行横向平移的交点称为夹点。
夹点把网络系统分成两个在热力学上相互分离的两个子系统。夹点上方的子系统是热阱系统, 热公用工程向其输入热能, 而没有任何热能流出, 夹点下方的子系统是热源系统, 由冷公用工程从系统带走热能, 而没有任何热能从外界流入。T-H图中冷热物流符合曲线所构成的重叠区即为能量回收的基础。
为了达到最小公用工程消耗, 实现最大能量回收,利用夹点技术对换热网络进行设计时, 需遵循3 个基本原则：
(1)不应有跨越夹点的传热；
(2)夹点之上不应设置任何公用工程冷却器；
(3)夹点之下不应设置任何公用工程加热器。
AEA直接置于Aspen安装包中，一般情况下在程序目录下即可打开。篇幅所限，小编将跳过设置单位、文件命名等准备步骤,仅选取不同设计方案下均需涉及到的步骤进行简介。
1.新建案例
打开AEA软件进入主界面，点击下图“Features”或红框图示，可建立新的Case文件。
2.文件导入
对于需要换热的物流数据而言，一般可以由各类软件导入或手动输入数据。AEA可导入Hysys数据、Aspen数据与Excel数据等。以导入Aspen数据为例。在队员已经构建Aspen Plus流程完毕且运行收敛之后，可直接将文件导入AEA进行换热网络设计。
点击导入Aspen文件的图标，选择文件所在位置，AEA识别Aspen文件类型为bkp。
在导入过程中会出现加载迟缓并卡机现象，此时切勿进行其他操作，易导致软件闪崩。同时，在公用工程选项时可以根据实际厂区情况进行修改。（此步可置于Case输入界面完成）
3.查看分析
导入Aspen物流后，可在Case文件中查看组合曲线、总负荷曲线等相关内容，进而以此进行优化设计。
4.考察换热温差
换热网络设计自由度较大，设计方法众多。对于不同的设计方法，选取合适最小换热温差的顺序也有所差别，但均需要根据操作费用、能源费用所构成的总费用最小化来进行设计，故需要谨慎审视最小换热温差的影响。
下图为例，当最小换热温差为12℃时，流程操作总费用最低，也在较为理想的理论换热温差之内。（一般理论上认为10-20℃为适宜换热温差）
5.文件转化
在优化设计时，需要将Case文件转化为Project文件，以便后续优化操作。
6.自动推荐
一般AEA可以根据现有换热物流进行程序自动推荐，但推荐的换热设计实际存在较大的问题，仍需要手动修改。
推荐后的方案切记保存，评委会以此为评判标准之一判定是否进行过详细优化。
7.手动优化
进入改造模式进行详细优化，此时需要根据队伍设计方法进行删减、替换换热器，物流换热优化等一系列操作。
优化原则
生成的换热网络方案未考虑部分换热器换热面积不合理、设备之间长距离输送换热导致设备费用巨大等实际生产问题，选取自动推荐中的较优方案，进行实际厂区的手动优化，此时需要自己根据优化规则，在节能降耗同时，减少换热器数目，以达到投资费用最少的目的。
设计过程中主要本着以下原则：
（1）与精馏塔冷凝器、再沸器关联的换热流股不分流；
（2）避免长距离换热流股输送；
（3）避免流股大量分割；
（4）完全消除loop回路；
（5）减少path通路影响；
（6）减少换热设备数量。
写在最后
文章以最简设计方案为例对AEA进行入门介绍，若同学们需要对换热网络进行复杂设计时（如对背景换热网络单独设计、塔系热集成、工段换热与厂界集成结合等），所涉及到的步骤与操作方案将会有较大变化。换热网络设计是一个自由度相当大的设计工作，其方案设计差别很大，能量回收与操作费用的平衡点也存在一定裕量，但不论操作人员如何进行设计，均需遵循前文所涉及的三项原则进行。
小编能力有限，文内存在的错误之处也请各位进行批评指正！
本期编辑：曾伟