基于VB+access开发的换热网络夹点技术软件设计

吴 伟， 叶 枫

（新疆大学化学化工学院，新疆 乌鲁木齐 830046）

当今社会,能源的节约、回收、合理利用，日益被人们关注，节能减排已成为我国的基本国策。在各生产行业中，化工行业是耗能大户，是我国实行节能减排的重中之重，而热交换是化工生产中的基本过程，所以换热网络是能量循环利用的重要子过程[1-3],因此，对换热网络进行分析、调优就显得非常重要。

换热网络分析、优化的方法有很多，其中以linnhoff等为代表的夹点技术[4,5]最能反映问题的实质，并在实际应用中取得令人满意的结果。夹点技术的困难在于对于实际工艺过程，需要匹配换热的工艺物流可能非常多，此时夹点的求取就会非常繁琐、运算量很大、计算需要大量时间，而采取夹点技术的工程应用软件如Aspen pinch、Hextran等专业性较强、上手困难、且技术授权费用不菲、不易推广[6]，因此开发出界面友好、操作简单、免费的夹点技术软件是十分必要地。

本文将Visual Basic 6.0图形化界面与access数据库结合，利用VB开发出用户操作界面，后台调用access数据库处理数据，得出换热网络夹点位置、最小公用工程用量，绘制出总组合曲线，并对实例进行夹点分析、取得满意结果。

1 问题表格法

问题表格法是最常用的夹点技术应用方法，它的求解步骤如下：

第1步：按照热交换最小传热温差△Tmin将热、冷物流进出口温度转换为虚拟温度，转换方式为热物流进出口温度减去△Tmin值的一半，冷物流进出口温度加上△Tmin值的一半。之后将转换后的温度降序排列成k+1行，从而形成k个温度区间 ，每一区间都是1个子网络。

第2步：依次对每1子网用下列公式进行处理。

其中:Dk—第k个子网的赤字(Defict),表示该处满足热平衡需要外部提供的热量。

Dk>0—需要外界提供热量；

Dk<0—该子网有剩余热量可输出。

Ik—提供给第k个子网的热量，I1=0；

Ik+1—提供给第k+1个子网的热量;

Ok—第k个子网向外排出热量；

∑Cpcold和∑Cphot分别代表第k个子网中冷、热物流的热容流率之和；

K—子网总数;

（Tk-Tk+1）—第k个子网的温度间隔。

第 3步：找到子网中 Ok最小的值，取绝对值后即为最小公用工程加热量。然后令I1等于最小公用工程加热量，用公式（2）、公式（3）再次对每一子网进行计算，此时子网中Ik为0的区间和Ok为0的区间相交的温度即为夹点温度，OK的值为最小公用工程冷却量[7]。

2 编程设计

本软件采用“问题表格法”来确定换热网络的夹点位置，需要用户输入冷热物流的进出口温度、热容流率和最小传热温差△Tmin，之后软件会根据输入信息自动划分子网、确定夹点温度、最小公用工程用量、绘制总组合曲线。

2.1 软件的整体设计

本软件通过VB开发出可视化前台用户界面，结合access2000数据库后台运算来实现其功能。

其软件工作流程如图1所示，软件开始运行后，会在软件所在路径（即存放软件的文件夹）下建立名为hen.db的access 2000数据库文件;待用户在前台界面输入完信息后，信息交互给access数据库，软件通过执行SQL语言调用access数据库来进行后台运算得到计算结果；最后access数据库会将结果输出到用户界面向用户反馈。软件运行结束后，会自动删除hen.db文件。

图1 软件工作流程Fig.1 software working process

2.2 VB前台用户界面

本软件用户界面分为两屏，第1屏为欢迎界面，第2屏为操作界面。

用户运行本软件后首先弹出欢迎界面，该界面简述了该软件的功能、操作方法，点击界面下方计算按钮则进入操作界面。否则按退出按钮退出软件。

进入操作界面后，软件会提示用户逐步输入热冷流体数目、各流体进出口温度和热容流率、最小传热温差。全部输入完毕后，点击计算按钮，操作界面会出现结果显示栏，将夹点温度 、最小公用工程加热量、最小公用工程冷却量、总组合曲线反馈给用户。

计算完毕后，可以点击继续计算按钮计算新的数据或者点击退出按钮结束计算。

2.3 access数据库后台运行

当用户点击计算之后，后台程序运行，将用户输入数据存储到access 2000数据库中，数据库按照“问题表格法”的求解方法处理数据，处理完成后，计算结果输出到用户界面，其后台程序计算步骤如图2。

2.4 VB与access数据交互

VB与access进行数据交互有多种方法，本程序采用的是ADO控件、DataGrid控件和MSChart控件来与access数据库交互数据。其交互过程如下：

(1)用户在交互界面输入完冷热流股数后，程序会同时在后台建立该换热网络的数据库，并通过ADO控件进行链接。

(2)按照第2步提示，用户将会在DataGrid表格控件中输入物流信息。

(3)当用户点击计算后，程序通过SQL语言调用access数据库，处理数据。

(4) MSChart控件在结果栏绘制总组合曲线。自此，程序运行结束。

图2 后台程序计算步骤Fig.2 background program working process

3 实例计算

下边举例来验证本软件的准确性。

某一工艺过程包含9股热物流和两股冷物流，指定冷热物流间最小传热温差为 30 ℃，详细数据见表1。

表1 物流信息Table 1 stream information

运行程序，按照每步提示输入物流信息后，界面如图3所示。

图3 用户输入界面Fig.3 User importing interface

点击计算按钮，程序自动运算，并显示计算结果，其界面如图4所示。总组合曲线反映了系统能量在各温度区间的分布关系，其焓值为0对应的温度即为夹点温度，该换热网络的夹点温度为225 ℃。225 ℃是虚拟温度，实际热物流的夹点温度为 240℃，冷物流的夹点温度为210 ℃，最小公用工程加热量为：10 705.35 kW，最小公用工程冷却量为：4 304.299 kW。

图4 计算结果Fig.4 The results

4 结 论

(1) 本文以“问题表格法”为指导方法，通过VB+access混合编程得到的换热网络夹点技术软件。经过实例验证，证明其计算结果准确可靠。

(2) 该软件界面友好直观，操作简便、且软件体积小，能方便快捷确定换热网络的夹点温度、最小公用工程用量，并能绘制出总组合曲线，是很有效的换热网络分析与优化的辅助工具。

［1］冯宵.化工节能原理与技术[M].3版.北京:化学工业出版社,2009.

［2］杨杉杉,罗行,陈德珍,温卿云.较大规模换热网络的一种综合优化方法[J].能源技术,2007,28(1):19-27.

［3］Benoit Aleen,Myriam Savard-Goguen,Louis Gosselin.Optimizing heat exchanger networks with genetic algorithms for designing each heat exchanger including condensers[J].Apploed Thermal Engineering,2009,(29):3437-3444.

［4］Linnhoff, B.,E. Hindmarsh. The Pinch design method for heat exchanger networks[J]. Computers & Chemical Engineering, 1983,38:745.

［5］Linnhof, B. Pinch analysis-A state of the art overview[J]. Transactions of the Institution of Chemical Engineers, 1993, 71:503.

［6］牛秀明,陈宏刚.平衡级分离计算的电子表格[J].计算机与应用化学,2008,25(5):558-560.

［7］姚平经.全过程系统能量优化综合[M].大连:大连理工大学出版社,1995.