节能和能源效率的提升已成为世界各国的能源战略重点,高耗能化学工业被国家列为重点节能行业。对化工过程系统的换热网络和单体设备进行用能诊断、应用高效换热设备和先进的余热回收节能技术、优化换热网络是化工过程系统节能行之有效的途径。本文进行了基于能级分析的化工系统用能分析与瓶颈诊断,开展基于场协同理论的换热设备强化机理分析、板型优化及结构设计方法研究,并将研究成果应用于某大型芳烃歧化装置。主要研究内容及创新成果如下：(1)综合夹点技术与(?)分析法优点,提出了可适用于多股流复杂换热网络能级分析的改进型Ω—H图法,导出了多组分混合物料能级计算公式,应用于大型芳烃歧化生产装置进行系统用能和单体设备用能诊断,指明了系统流程再造和单体设备高效化研究的途径。确定装置中反应系统和分离系统各存在两个主要用能瓶颈,该四台设备的(?)损失占装置换热子系统(?)损失的72%。其中,反应进出料换热器EA-502不可逆换热损失最大,为系统用能最薄弱环节,且由它导致后置空冷器EC-503与加热炉BA-501负荷过大。(2)采用场协同分析法,首次以温度场、速度场、涡量及场协同角等参量阐述了板式换热器的强化传热机理,波纹通道内流场纵向涡的存在减薄了流动的边界层厚度,改善了主流区域内流场的协同性。基于场协同理论,提出表征换热结构的强化效果的无因次综合性能评价因子,并进行了数值计算验证。(3)采用数值分析方法研究了波纹板结构参数对传热与流阻特性的影响规律。通过三维稳态湍流流场数值模拟,定量计算了不同流动速度下,波纹夹角β和波纹深度h对顺人字板组合及软硬板组合波纹通道的传热特性和阻力降的影响。采用无因次综合性能评价因子,对常用波纹深度和波纹夹角组合的十八种板型进行数值模拟对比分析,并与实验结果相结合,优化获得了波纹板片的最佳结构参数为：波深3.5-4.0mm且波纹角为30-32.5°的顺人字板。(4)根据芳烃歧化生产工艺参数,分析了反应进出料板壳式换热器内的相变传热状态。采用Aspen Plus模拟软件对混合介质的物性和冷热侧露点温度进行计算。根据换热形式的不同将换热器分为双侧相变换热段、单侧相变换热段和无相变换热段等进行热力计算,进行热量衡算得出各分段进出口温度及总换热量。采用均相流模型简化方法,建立含高比例不凝气体多相流介质的热力计算模型,计算获得不同板片数量和板宽所对应的板长及总传热面积。(5)理论与实验相结合,研究双相进料组合分布器气液流动规律。发现在实验夹带高度度范围内,相同气体表观速度下,气体分布板开孔率对临界火带分率有明显影响,且随着火带空间降低,现有不考虑开孔率的计算公式的误差急剧增加。根据实验结果进行芳烃歧化换热器液体进料分布管与气体进料分布板结构参数设计,工程应用证明设计方法合理。(6)从系统流程再造和单体设备高效化两方面,将研究成果应用于芳烃歧化装置,节能效果显著。EA-502由普通列管式换热器改进为板壳式高效换热器后,换热系数提高了90%,冷、热端温差减小76℃和42℃,且有效地降低了加热炉BA-501和空冷器EC-503的热负荷,回收热量增加1.53MW。甲苯塔采用烧结型表面多孔管再沸器后,再沸比和塔顶回流量分别增加了4.5%和29.3%。采用增加热高分设备进行反应系统流程再造后,系统热损失减少了3.7MW。实施将汽提塔塔釜液作为甲苯塔再沸器热源的热联合后,节省3.1MPa的高压蒸汽约36000t/a。