温焓图（T-H图）要想了解夹点技术，最重要的是一个图，温焓图（T-H图），也称为“夹点图”，横轴的值△H是热容量（kW，也称为焓），一条流股升降温（△T），其需要输入（或者输出）的能量△H=m·Cp·△T（m为质量流率，Cp为定压比热容），m·Cp使用一个新的名词：热容流率（CP）来取代，上述公式即可变为△H=CP·△T,如果放入图中来看，1/CP代表的就是线的斜率（因为CP=△H/△T）。 上面这一段话告诉我们：工艺流程当中的每一条需要换热的流股，不管是升温还是降温，都可以用T-H图上的一条直线来表示。如下图所示，红线和蓝线分别代表一条需要降温和升温的流股（注意箭头方向），从中我们可以很轻易的获取流股换热数据，比如红线流股，温度需要从230℃降温至150℃，释放△H1的热量（大家可以照着获取蓝线流股的数据）。
 T-H图有一个特点，那就是H的数值没有意义，只有△H的数值是有意义的，因此，代表每一条流股的线条在T-H图中是可以左右平移而不影响其含义的。（这个特点很重要！）
红线向右平移，其代表的流股数据完全不变那么，如何得到整个工艺物流所有需要换热的流股的组合T-H图呢？我们将所有的冷热物流（需要升温/降温的物流）全部画到T-H图当中后，按照下面的方法，将所有的冷物流和所有的热物流分别组合得到两条折线，分别称为冷/热复合曲线。  如上图画圈部分所示，对于温度存在重叠的冷/热物流，第一步，左右平移一条流股使得△H首尾相接完全并列，然后将重叠温度部分连接对角线，最终即可得到右侧的冷/热复合曲线。当然上图是将冷热流股而分开来说明的，实际上冷/热复合曲线是在一个T-H图中，如下图所示。 
冷/热复合曲线接下来还需要知道一点，那就是换热在T-H图当中是如何体现的， 我们以两条顺利完成换热的工艺流股为例（也就是一个换热器），看看T-H图的样子。假如两条工艺流股换热完成，那么冷/热流股输入/输出的热量值（△H）一定是相等的，那么代表流股的直线经过平移操作，一定能得到下面这个图，△T1和△T2为换热器两端的换热温差。热流股在上，冷流股在下，二者重叠部分就是交换的热量（△H）。换句话说，如果两条工艺物流实现了△H热量交换，那么冷流股不需要公用工程进行升温，热流股也不需要公用工程进行降温，冷热公用工程就分别节约了△H。
 将对上述两条流股T-H图的理解应用到整个流程的T-H图当中，也就是说，冷/热复合曲线重叠的部分理论上只需要工艺流股内部换热即可，不需要消耗冷热公用工程。重叠部分代表着理论上可节约的能量（△H），重叠部分越大，可节约的能量就越多。
重叠部分代表理论上可节约的能量之前也说过，线条在T-H图当中是可以平移的，那么对于上图而言，我的组合曲线靠得越近，重叠的部分不就越大么？（如下图所示）那么极限在哪里呢？
冷复合曲线向左平移后，重叠部分变大（△H2＞△H1）物流进行热交换，除了能量匹配以外，还有很重要的一点，那就是换热温差，换热温差越大，传热推动力也就越大，传热速率越快，这体现在换热面积（或者换热器大小）上那就是换热温差越大，传递相同的热量所需的换热面积就越小（换热器也就越小）。冷热复合曲线在左右平移过程中，有一个靠得最近的位置（如下图画圈位置），它代表了整个工艺冷热流股的最小换热温差（△Tmin）。  为了控制换热器的总换热面积（也即降低设备固定投资），这个换热温差不能太小；而为了保证换热网络节约的能量尽量大（重叠部分尽量大，也即降低操作费用），这个换热温差又不能太大，于是为了平衡二者，得到最低的总费用（设备固定投资+操作费用），就存在一个合适的最小换热温差（△Tmin）。当最小换热温差确定后（△Tmin），这个位置，便称为夹点！而所谓的夹点温度T，T=(T1+T2)/2。夹点是非常特殊的，它在后续换热网络设计中有重要作用。
 得到了上面这个最终的T-H图之后，我们就可以分析得到整个工艺流程进行换热网络设计后理论上能够实现的最大节能量以及冷热公用工程最少需求量。如下图，左侧未重叠部分是需要降温的工艺流股，需消耗冷公用工程，右侧未重叠部分是需要升温的工艺流股，需消耗热公用工程。
 以上就是夹点的介绍了，这是换热网络的第一步，也是非常重要的一步。T-H图提供的数据是极限数据（理论节能极限），事实上我们进行换热网络设计后是不可能达到上述效果的。
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发表于 2023-5-19 02:47:02
