PINCH TECHNOLOGY
1. 개 요
■ Systematic Thermodynamic principles for Energy Saving in Process
(Optimization of Heat Exchanger Network)
■ Quickly Identifying Energy Saving Potential(Energy Target – Theoretical Minimum Energy Demand)
2. 목 적
■ 투자 및 운전비용 절감 (10 ~ 30%)
■ Heat & Power System 최적화
■ Increase Production
■ Emission Reduction
3. 절 차
■ Process Thermal Data 산정
■ Composition Curve
■ Energy Target 선정 (최소 에너지 사용량 계산)
■ New Design
■ 경제성 검토
■ Process Modification
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1. Thermal Data
Data Extraction for Pinch Analysis
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Thermal Data Required for Pinch Analysis
Stream No. / Stream Type / Start Temp(℃) / Target Temp(℃) / Cp(KW/℃) / ΔH(KW)1 / Hot / 180 / 80 / 20 / 2000
2 / Hot / 130 / 40 / 40 / 3600
3 / Cold / 60 / 100 / 80 / 3200
4 / Cold / 30 / 120 / 36 / 3240
2. Composite Curves
Construction of Composite Curves(Hot Stream)
3. Energy Target
Energy Target (Using the Hot & Cold Composite Curves)
※ Pinch Temperature(Process Pinch)
Hot Composite Curve와 cold Composite Curve가 만나는 온도(ΔTmin 고려)
※ Potential for Energy Saving
Heating(Steam) / 1200 – 960 = 240 / 240 절감 가능Cooling(C/W) / 360 – 120 = 240 / “
※ ΔTmin 결정
Heat Exchanger inlet/outlet 온도 차이(T2-T3, T1-T4)
o Δ tmin 적을수록 열교환 면적 증가 → 설비 설치 비용 증가
o Δ tmin 클수록 운전비용(에너지 비용) 증가
※ Process별 Typical Δ tmin
Process / Typical Δtmin(경험적)Oil Refining
- CDU
- VDU
- NCC
- FCC
- HP / 20 ~ 40
30 ~ 40
20 ~30
30 ~ 40
30 ~ 40
20 ~30
Petrochemical / 10 ~ 20
Chemical / 10 ~ 20
4. Pinch Principle
Pinch Principle
※ 3 Golden Rules
가. Cross-Pinch(Pinch Temp위/아래간 열교환) 하지 말것
나. Pinch Temp 이상에서는 Cooling 하지 말것
다. Pinch Temp 이하에서는 Heating 하지 말것
가. Pinch Temp위에서 아래로 열이 이동(α)할 경우 ;
Pinch Temp 위(heat Sink)에서는 α만큼의 열손실이 생기며(전체 필요한 열 ; QHmin + α), 반대로 Pinch Temp 아래(heat Source)에서도 α만큼의 열손실 발생(QCmin + α)
나. Pinch Temp위에서 Cooling(γ)할 경우 ;
Cooling한 만큼 Heating Source 증가하며, Coolant도 증가(QHmin + γ, QCmin + γ)
나. Pinch Temp아래에서 Heating(β) 할 경우 ;
Heating한 만큼 Cooling Source 증가하며, Heating도 증가(QHmin + β, QCmin + β)
따라서 전체적으로는 Sink 및 Source에서 α + β + γ 만큼의 Loss 발생
5. Targeting for Multiple Utilities
Heating 및 Cooling의 여러 종류의 Source가 가능한 경우, 비싼 Utilities는 최소로 사용하고 값싼 Utilities를 최대로 사용 ▶ 에너지 Saving
Using Composite Curve for Multiple Utilities Targeting
저압 Steam를 최대로 사용할 수 있는 양 계산 가능(using Grand Composite Curve)
※ Grand Composite Curve
Multiple Utilities Target에 이용
Construction of the Grand Composite Curve
Using Grand Composite Curve for Multiple Utilities Targeting
Utility Cost 절감을 위해 저압단의 온도를 연결하여 최대 사용 가능량 계산.
Heating Source 전량을 HP Steam으로 사용(a) → MP Steam을 최대 사용(b)
※ Process Pinch vs Utility Pinch
Utility Pinch를 잘못 산정할 경우에는 비싼 Utility(HP Steam)의 사용량이 증가
Process Pinch ; 에너지 사용의 최소값(Minimum Target) 결정
6. New Design
가. New Design Method
※ Cross-pinch 하지 말것(No Process Heat Exchanger)
※ Above Pinch Temperature
- Cooling하지 말것
- Cp Rule ; Cold Stream의 Cp가 Hot Stream의 Cp보다 커야 함.
※ Below Pinch Temperature
- Heating하지 말것
- Cp Rule ; Hot Stream의 Cp가 Cold Stream의 Cp보다 커야 함.
나. Case 1.
다. Case 2.
라. Case 3.
7. 경제성 검토
Steam / Cooling Water / No. of Units / 비 고Case 1
/ 1200 / 360 / 4 / 장치 비용 최소Case 2 / 960 / 120 / 6 / 운전 비용 최소
Case 3 / 978 / 138 / 5 / 중간
※ Heating 증가(240) → Cooling 증가(240) ; Double Penalty(480)
(3 Golden Rule 위반)
8. Process Modification
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