GB/T 14909-2021 能量系统火用分析技术导则 含2023年第1号修改单

　　ICS 27 . 010 CCS F 0 1

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 14909—2021代替 GB/T 14909—2005

　　能量系统烟分析技术导则

　　Technicalguidelinesforexergyanalysisinenergysystems

　　2021-04-30 发布 2021-1 1-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 14909—202 1

　　GB/T 14909—202 1

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　本文件代替 GB/T 14909—2005《能量系统分析技术导则》，与 GB/T 14909—2005 相比，除编辑性改动外，主要技术变化如下：

　　— 修改了标准的适用范围(见第 1 章，2005 年版的第 1 章)。

　　— 增加了“规范性引用文件”(见第 2 章)。

　　— 修改了“系统”“环境参考态”“”“损失”和“分析”定义(见 3. 1~3.5、3. 9 , 2005 年版的 2. 1 ~2.5);增加了“标准和标准焓”“能量品位”“效率”的定义(见 3.6~3.8)。

　　— 修改了环境参考态的大气组成，并完善了元素的基准物体系(见 4 . 1、表 1 和表 2 , 2005 年版的表 1 和表 2) 。

　　— 修改并完善了的计算方法(见第 4 章，2005 年版的第 3 章)。在分析的评价指标中，增加了新指标“能量品位”(见 6 . 4) 。

　　— 修改并完善了“分析的步骤”。增加了“能量衡算”“能的品位计算”等内容，细化了“评价与分析”的说明(见第 7 章，2005 年版的第 6 章)。

　　— 修改了附录 A(规范性)值和焓值、平衡与损失的计算。 增加了“物质的值和焓值”的计算方法，以及“压力低于 100 kPa 条件下的值与焓值”的计算方法;补充了“基本过程的 平衡、损失、效率与过程品位”(见附录 A, 2005 年版的附录 A) 。

　　— 修改了附录 B(资料性)能量系统分析实例。 以“四种建筑供热方式分析及品位分析”替代 “锅炉的分析”，以“甲醇合成与分离工艺分析”替代了“苯加氢制取环己烷工艺的分析” (见附录 B, 2005 年版的附录 B) 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由全国能源基础与管理标准化技术委员会(SAC/TC 20)提出并归口 。

　　本文件起草单位：清华大学、中国科学院工程热物理研究所、华北电力大学、中国标准化研究院、北京化工大学、中国石油和化学工业联合会、中国电力企业联合会、中国城镇供热协会、华电电力科学研究院有限公司、北京市热力集团有限责任公司、同方人工环境有限公司、天津水泥工业设计研究院有限公司、中国石油规划总院、中国石化工程建设有限公司、北京首钢国际工程技术有限公司。

　　本文件主要起草人：郑丹星、史琳、张娜、段立强、刘猛、陈小辉、黄维佳、戴晓业、冯乐军、姜曦灼、周俊华、常云岭、牛小化、阮炯明、汉京晓、高沛沣、狄东仁、王广河、蹇江海、王代军。

　　本文件于 1994 年首次发布，2005 年第一次修订，本次为第二次修订。

　　GB/T 14909—202 1

　　能量系统分析技术导则

　　1 范围

　　本文件规定了能量系统分析中的计算、衡算(平衡)、分析的评价指标，以及分析的步骤。

　　本文件适用于涉及能量利用或能量转换的单元设备、过程、工艺流程或系统的分析;也适用于综合考虑经济性能或者生态环境影响的能量系统分析，以及供能方案规划、能源审计等能源管理工作。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中，注 日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 2587 用能设备能量平衡通则

　　GB/T 3102 . 4 热学的量和单位

　　GB/T 3484 企业能量平衡通则

　　GB/T 17781 技术能量系统 基本概念

　　GB/T 35071 能量系统优化导则

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3 . 1

　　系统 system

　　根据研究目的而确定的具有明确边界的分析对象。

　　注：理论分析时亦称为体系，可以根据一定的研究 目的和边界划分原则，将其内部分割成多个子系统(subsystem)。

　　3.2

　　环境参考态 environmentalreferencestate

　　一个具有限定条件的理想化的外界，由处于完全平衡状态下的大气、地表和海洋等地球范畴中的选

　　定基准物质体系(见 4.1)所组成，同时具有 298.15 K(25 ℃ )的环境参考态温度和 100 kPa 的环境参考

　　态压力(见 7 . 2) ,是分析计算的数值基准。

　　3.3

　　exergy

　　体系从所处的任意状态(具有一定的温度、压力与化学组成)达到与环境参考态相平衡状态的可逆过程中对外界做出的功。

　　3.4

　　内部损失 internalexergyloss

　　由于体系内部过程不可逆性所造成的体系做功能力的减少。

　　GB/T 14909—202 1

　　3.5

　　外部烟损失 externalexergyloss

　　由于体系发生的摩擦生热、绝热不良、废气排热等导致的做功能力减少，以及环境污染物和废弃物等外部废弃造成的做功能力减少。

　　3.6

　　标准烟和标准焓 standardexergyandstandardenthalpy

　　处于环境参考态温度、环境参考态压力下单质或化合物的值和焓值(见 A. 3) 。

　　3.7

　　能量品位 energygrade

　　单位能量中含有的做功能力，即处于给定状态下体系的值与焓值之比(物质的能量品位)和用能过程中体系发生的值变化与焓值变化之比(过程的能量品位)。

　　注：物质的能量品位和过程的能量品位又分别简称为物质品位和过程品位。

　　3.8

　　烟效率 exergyefficiency

　　基于过程或系统的衡算，表征过程或系统的热力学完善度的数值;为输出与输入之比，或为收益与支付之比。

　　注：效率通常以百分数表示(见 6 . 1) 。

　　3.9

　　烟分析 exergyanalysis

　　以状态函数为量化工具的热力学第二定律过程能量分析方法，该方法以能量不仅具有“数量”，而且具有“质量”的概念，借助效率、损失及其在系统中的分布、能的品位等指标，剖析和评估系统中能的贬值情况及其能量利用的热力学完善度，提出高质量用能的改进措施。

　　4 的计算

　　4 . 1 的计算基准

　　值以环境参考态作为计算基准。

　　环境参考态基准物质体系的基准物质为表 1 中所列的纯物质。 其中特别规定，大气物质所含元素的基准物质取大气中的对应成分，其组成如表 2 所示，即在上述环境参考态温度和压力条件下的干空气;氢的基准物质设为液态纯水。

　　表 1 元素的基准物质

　　GB/T 14909—202 1

　　表 1(续)

　　表 2 环境参考态下的大气组成

　　4 . 2 的数值计算

　　功和热量的、物质的、稳定流动体系与封闭体系(状态)的按附录 A 的方法计算。 其中使用的物理量及符号按照 GB/T 3102 . 4 编制。

　　5 衡算(烟平衡)

　　5 . 1 损失

　　总损失按公式(1)计算：

　　I=Iint + Iext …………………………( 1 )

　　式中：

　　I — 总损失，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h ) ;

　　GB/T 14909—202 1

　　Iint , Iext — 分别为内部损失与外部损失，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h )。

　　各类基本过程(单元设备)的损失计算式见 A. 5 。

　　5 . 2 输入与输出之间的衡算

　　输入与输出之间的衡算按公式(2)计算：

　　Ein=Eout+Iint+ΔEsys …………………………( 2 )

　　式中：

　　Ein — 输入，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h ) ;

　　Eout — 输出，包括收益(产品的值)和外部损失，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h) ; ΔEsys — 在系统内部的积存量，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h )。

　　绝热设备，以及管路、阀门、孔板、弯头与管件等单元部件内的绝热 自 发过程的衡算按公式(3)计算。

　　5 . 3 供给侧与接受侧之间的衡算

　　供给侧过程的支付与接受侧过程的收益之间的衡算按公式(4)计算：

　　ΔEd =ΔEa + I …………………………( 4 )

　　式中：

　　ΔEd — 支付，供给侧过程的变化值，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h) ;

　　ΔEa — 收益，接受侧过程的变化值，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h)。

　　各类基本过程(单元设备)的衡算计算式见 A. 5 。

　　6 分析的评价指标

　　6 . 1 效率

　　6 . 1 . 1 普遍效率

　　普遍效率按公式(5)计算：

　　式中：

　　ηgen — 普遍效率。

　　一般情况下，对于构成复杂的系统，或者为了考察系统的内部损失，效率采用公式(5)计算。

　　6 . 1 . 2 目的烟效率

　　目 的效率按公式(6)计算：

　　式中：

　　ηobj — 目的效率。

　　一般情况下，能量转换目的明确的单元设备的效率采用公式(6)计算;但是，绝热设备，以及管路、阀门、孔板、弯头与管件单元部件的效率采用公式(5)计算。 公式(6)考察的是总损失。

　　GB/T 14909—202 1

　　各类基本过程(单元设备)的效率见 A. 5 。

　　6 . 2 损失在系统中的分布

　　6 . 2 . 1 局部损失率

　　局部损失率按公式(7)计算：

　　…………………………( 7 )

　　式中：

　　ξi — 单元设备或子系统 i的局部损失率;

　　Σ Ii — 子系统(对应单元设备)或系统(对应子系统)的损失合计，单位为千焦或千焦每时(kJ或 kJ/ h ) 。

　　6 . 2 . 2 局部损失系数

　　局部损失系数按公式(8)计算：

　　…………………………( 8 )

　　式中：

　　Ωi — 单元设备或子系统 i的局部损失系数;

　　Econs — 子系统(对应单元设备)或系统(对应子系统)的消耗，可设为原料输入与公用工程消

　　耗两者或仅为后者所含有的，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h )。

　　6 . 3 单位产品的消耗

　　单位产品的消耗按公式(9)计算：

　　…………………………( 9 )

　　式中：

　　ω — 系统的单位产品的消耗，单位为千焦每千克(kJ/kg) ;

　　M — 系统产品的总产量，单位为千克或千克每时(kg 或 kg/h)。

　　6 . 4 能量品位

　　6 . 4 . 1 物质品位

　　物质品位按公式(10)计算：

　　…………………………( 10 )

　　-

　　式中：

　　α(T，p，r)— 处于温度为 T、压力为 p 和组成为r下体系的物质品位;

　　-

　　E(T，p，)— 处于温度为 T、压力为 p 和组成为 r 下体系的状态值，单位为千焦每摩尔

　　( kJ/ mol) ;

　　H(T，p，)— 处 于温度为 T、压力为 p 和组成 为 r 下体 系的状态焓值，单位 为千焦每摩

　　尔(kJ/ mol) 。

　　此焓值的计算采用了与值相同的环境参考态，见 A. 3 。

　　GB/T 14909—202 1

　　注：数学上，变量的下划横线，表示此变量为“一维数组”。这里表示 r 有 N 个组分，分别有摩尔分数：r1 、r2 … ri …rN 。

　　6 . 4 . 2 过程品位

　　过程品位按公式(11)计算：

　　A …………………………( 11 )

　　式中：

　　A — 过程品位;

　　ΔE，ΔH — 分别为体系从状态 1(初始状态)变化到状态 2(终了状态)时的过程值变化与过程焓

　　值变化，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ;

　　E1 , E2 — 分别为处于状态 1 和状态 2 下体系的状态值，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ;

　　H1 , H2 — 分别为处于状态 1 和状态 2 下体系的状态焓值，单位为千焦每摩尔(kJ/mol)。

　　各类基本过程(单元设备)的品位分析见 A. 5 。

　　7 分析的步骤

　　7 . 1 确定对象系统

　　按照 GB/T 17781 界定评价对象系统的边界、子系统的分割方式，以及穿过边界的所有物质和能量(例如功或热量)，并以示意图说明。 选择适宜形式表格，列表说明系统的参数，例如各个工艺物流节点的温度、压力、流量与物质组成等。

　　7 . 2 明确环境参考态的选择

　　一般情况下宜采用本文件的环境参考态(见 4 . 1) ;涉及化学反应和物质品位等物质组成的分析，应采用本文件的环境参考态;如需酌情选择其他的环境参考态温度与(或)环境参考态压力，应予以特别说明(参见附录 B 的 B. 1) ;相互比较的分析，应采用相同的环境参考态。

　　7 . 3 说明计算依据

　　说明特殊的设定、简化和省略条件。 说明所使用的热力学基础数据(如物质的热容、焓和熵等)的来源 。列出直接应用本文件的计算公式或由本文件定义外延得到的数学关系式，并说明使用条件。 必要时，宜说明采用的数值计算软件。

　　7 . 4 进行焓值与值的计算

　　根据选定的环境参考态条件、计算依据和方法，计算出分析和能量品位分析所需要的系统各个物流的焓值、值和物质品位;或计算出各个用能单元设备内部过程的焓值变化、值变化和过程品位。然后，列表整理计算结果。 表格形式和内容宜与 7 . 1 的系统条件参数对应。

　　7 . 5 进行能量衡算

　　宜首先核实系统的质量衡算;建立系统的能量衡算关系，进行能量衡算。 用能单元设备的能量衡算应符合 GB/T 2587 的规定，企业的能量衡算应符合 GB/T 3484 的规定。 列表整理计算结果。 表格形式和内容宜与 7 . 4 的表格对应。 同时，宜体现输入与输出(包括损失)之间的能量平衡关系。 亦可计算系统和用能单元设备的能效，绘制能流图，以备分析比较。

　　GB/T 14909—202 1

　　7 . 6 进行衡算

　　建立与系统的能量衡算关系所对应的衡算关系。 计算出效率、局部损失率或局部损失系数，以及单位产品的消耗等评价指标。 列表整理计算结果。 表格形式和内容宜与 7 . 5 的表格对应。同时，宜体现输入与输出以及损失之间的平衡关系，或支付、收益以及损失之间的平衡关系 。亦可绘制流图，以备分析比较。

　　7 . 7 开展评价与分析

　　根据上述计算结果，分析系统在能量利用过程中的传递和利用情况，以减少过程的损失，探明系统改进方向与节能潜力，按照 GB/T 35071 研究系统进一步合理用能的可能性。 主要的分析和能量品位分析工作包括：

　　a) 以过程或系统的效率和单位产品的消耗等数据，评价过程或系统能量转化与利用特性。

　　b ) 考察系统的损失分布，揭示系统中损失的主要部位、损失的大小与产生原因。

　　c) 根据能量的授受关系，将过程分为的供给侧与接受侧。通过比较供给侧与接受侧能的品位匹配情形，评价能量在两个过程间传递的合理性，并结合技术和经济可行性，针对性地采用适宜节能技术适度把握过程之间推动力(温度差、压力差，或浓度差等热力学势差)。

　　d) 根据物质品位数值的大小，认识其品位的高低水平。比较物质在能量转化与利用过程前后或相关状态能的品位变化，选择系统合理用能、高品质用能的技术途径与决策。

　　分析步骤与方法的计算实例(四种建筑供热方式分析及品位分析、甲醇合成与分离工艺的分析)参见附录 B。

　　GB/T 14909—202 1

　　附 录 A

　　(规范性)

　　值和焓值、平衡与损失的计算方法

　　A.1 功和热量的

　　A.1 . 1 功的

　　功全部为，其值按照公式(A. 1)计算：

　　ΔEw =W …………………………( A.1 )

　　式中：

　　ΔEw — 值变化(以下简称变)，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h) ;

　　W — 功(包括体积功、机械功、电功、重力功、表面功等)，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h)。

　　A.1 . 2 热量的

　　热量或冷量所含的按照公式(A. 2)计算：

　　Q …………………………( A.2 )

　　式中：

　　ΔEq — 热量或冷量所含的，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h) ;

　　T0 — 环境参考态温度，单位为开(K) ;

　　T — 体系的温度，T可以高于 T0 ,也可以低于 T0 ,单位为开(K) ;

　　Q — 过程中传输的热或冷，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h)。

　　若热源温度恒定，其热量所含的见公式(A. 3) :

　　ΔEq=Q …………………………( A.3 )

　　若体系温度是变化的，其热量或冷量所含的按照公式(A. 4)计算：

　　ΔEq =mcp T …………………………

　　式中：

　　m — 物质质量，单位为千克或千克每时(kg 或 kg/h) ;

　　cp — 定压比热容，是随温度而变化的函数，单位为千焦每千克开[kJ/(kg · K)]。

　　A.2 稳定流动体系与封闭体系的烟

　　A.2 . 1 稳定流动体系

　　在不计动能与位能时，处于给定状态下稳定流动体系的按照公式(A. 5)计算：

　　E=(H-T0 S)-(H0-T0 S0) …………………………( A.5 )

　　式中：

　　H，H0 — 分别为给定状态和环境参考态下体系的焓，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h) ;

　　S，S0 — 分别为给定状态和环境参考态下体系的熵，单位为千焦每开或千焦每开时[kJ/K 或kJ/(K · h )] 。

　　从状态 1 变化到状态 2 稳定流动体系的变按照公式(A. 6)计算：

　　GB/T 14909—202 1

　　E2-E1=( H2-T0 S2) -( H1-T0 S1) …………………………( A. 6 )

　　式中：

　　E1 , E2 — 分别为状态 1 和状态 2 下体系的，单位为千焦或千焦每时(kJ 或 kJ/h)。

　　A.2 . 2 封闭体系的烟

　　处于给定状态下封闭体系的按照公式(A. 7)计算：

　　E=(U-T0 S+PθV)-(U0-T0 S0+PθV0) ……………………( A.7 )

　　式中：

　　Pθ — 环境参考态压力，单位为千帕(kPa) ;

　　V，V0 — 分别为给定状态和环境参考态下体系的体积，单位为立方米(m3 ) ;

　　U，U0 — 分别为给定状态和环境参考态下体系的热力学能，单位为千焦(kJ)。

　　从状态 1 变化到状态 2 封闭体系的变按照公式(A. 8)计算：

　　E2-E1=(U2-T0 S2+PθV2) -(U1-T0 S1+PθV1) ………………( A. 8 )

　　式中：

　　U1 ,U2 — 分别为状态 1 和状态 2 下体系的热力学能，单位为千焦(kJ) ;

　　V1 ,V2 — 分别为状态 1 和状态 2 下体系的体积，单位为立方米(m3 ) ;

　　S1 , S2 — 分别为状态 1 和状态 2 下体系的熵，单位为千焦每开(kJ/K)。

　　A.3 物质的值和焓值

　　A.3 . 1 物质的标准烟和标准焓

　　A.3 . 1 . 1 化学元素的标准和标准焓

　　化学元素的标准和标准焓见表 A. 1 。

　　表 A.1 化学元素的标准和标准焓

　　GB/T 14909—202 1

　　表 A.1(续)

　　A.3 . 1 . 2 化合物的标准和标准焓

　　化合物( AaBb Cc ) 的标准按照公式(A. 9)计算：

　　Eθ (AaBb Cc ) =ΔfGθ (AaBb Cc ) +aEθ (A) +bEθ (B) +CEθ (C) …………( A. 9 )

　　式中：

　　ΔfGθ (AaBb Cc ) — 化合物 AaBbCc 的标准生成吉布斯自由能，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ;

　　a，b，C — 分别为元素 A、B 和 C 的化学计量数;

　　Eθ (A) , Eθ (B) , Eθ (C) — 分别为元素 A、B 和 C 的标准，单位为千焦每摩尔(kJ/mol)。

　　化合物( AaBb Cc ) 的标准焓按照公式( A. 10) 计算：

　　Hθ (AaBb Cc ) =ΔfHθ (AaBb Cc ) +aHθ (A) +bHθ (B) +CHθ (C) …………( A. 10 )式中：

　　Δf Hθ (AaBb Cc ) — 化合物 AaBb Cc 的标准生成焓，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ;

　　Hθ (A) , Hθ (B) , Hθ (C) — 分别为元素 A、B 和 C 的标准焓，单位为千焦每摩尔(kJ/mol)。

　　由此计算，表 A. 2 列出了部分常见单质和无机化合物(102 种)的标准和标准焓数值，表 A. 3 列出了部分常见有机化合物(45 种)的标准和标准焓数值。

　　GB/T 14909—202 1

　　表 A.2 部分单质和无机化合物的标准和标准焓

　　GB/T 14909—202 1

　　表 A.2(续)

　　表 A.3 部分有机化合物的标准和标准焓

　　GB/T 14909—202 1

　　表 A.3(续)

　　A.3 . 1 . 3 燃料标准和标准焓的估算

　　对于未知化学组成的燃料(例如，低阶煤、页岩油以及各种可再生燃料等)，基于燃料的高热值或低热值，可由以下方法估算其标准和标准焓。

　　燃料的标准按照公式(A. 11)、公式(A. 12)和公式(A. 13)计算：

　　E=ag (Δc H g )2 +bgΔc H g+cg (12 400<ΔcHg<55 200) …………( A.11 )

　　E=al (Δc Hl )2 +blΔc Hl+cl (5 500<ΔcHl<48 600) …………( A.12 )

　　E=as (Δc H s )2 +bsΔc H s+cs (2 800<ΔcHs<44 400) …………( A.13 )

　　式中：

　　E, E, E — 分别为气态、液态和固态燃料标准的估算值，单位为千焦每千克

　　(kJ/kg) ;

　　Δc H g , Δc Hl , Δc H s — 分别为气态、液态和固态燃料的高热值或低热值，单位为千焦每千

　　克(kJ/kg) ;

　　ag ,bg ,cg;al ,bl ,cl;as ,bs ,cs — 分别为燃料高热值或低热值的对应项系数，从表 A.4 中选取。

　　表 A.4 采用高热值或低热值时公式(A.11 )、公式(A.12)和公式(A.13)的系数

　　燃料的标准焓按照公式(A. 14)、公式(A. 15)和公式(A. 16)计算：

　　H =eg (Δc H g )2 +fgΔc H g+gg (12 400<ΔcHg<55 200) …………( A.14 )

　　H =el (Δc Hl )2 +flΔc Hl+gl (5 500<ΔcHl<48 600) …………( A.15 )

　　H =es (Δc H s )2 +fsΔc H s+gs (2 800<ΔcHs<44 400) …………( A.16 )

　　GB/T 14909—202 1

　　式中：

　　H , H , H — 分别为气态、液态和固态燃料标准焓的估算值，单位为千焦每千

　　克(kJ/kg) ;

　　eg ,fg ,gg;el ,fl ,gl;es ,fs ,gs — 分别为燃料高热值或低热值的对应项系数，从表 A.5 中选取。

　　表 A.5 采用高热值或低热值时公式(A.14)、公式(A.15)和公式(A.16)的系数

　　A.3 . 2 纯物质的值和焓值

　　纯物质的值和焓值分别按如下方法计算。

　　纯物质的值按照公式(A. 17)计算：

　　Ei(T，p)=E+ΔEi(T0 ,pθ→ T，p)…………………………( A.17 )

　　式中：

　　Ei(T，p) — 给定温度 T 和压力 p下，纯物质i的摩尔，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ;

　　Eiθ — 纯物质 i的标准，单位为千焦每摩尔(kJ/mol);参见 A.3 .1 .2 ;

　　ΔEi(T0 ,pθ→ T，p)— 纯物质 i从环境参考态温度 T0 与环境参考态压力 pθ 变化到给定温度 T

　　和压力p 时的变，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ,其值按照公式(A. 18)

　　计算：

　　ΔEi(T0 ,pθ→ T，p)=ΔHi(T0 ,pθ→ T，p)-T0 Δsi(T0 ,pθ→ T，p) ……( A.18 )

　　式中：

　　ΔHi(T0 , pθ→ T，p)— 纯物质i从环境参考态温度T0 与环境参考态压力 pθ 变化到给定温度 T和压力p 时的焓值变化(以下简称焓变)，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ;

　　Δsi(T0 , pθ→ T，p)— 纯物质i从环境参考态温度 T0 与环境参考态压力 pθ 变化到给定温度 T 和压力 p时的熵值变化(以下简称熵变)，单位为千焦每摩尔开[kJ/(mol ·K)]。

　　公式(A.18)中的焓变ΔHi 与熵变Δsi 可以选择体系适宜的热力学性质模型计算，也可以从适宜的

　　热力学性质图或表查取。

　　纯物质的焓值按照公式(A. 19)计算：

　　Hi(T，p)=H+ΔHi(T0 ,pθ→ T，p) ……………………( A.19 )

　　式中：

　　Hi(T，p)— 给定温度 T 和压力p下，纯物质 i的摩尔焓，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ;

　　Hiθ — 纯物质 i的标准焓，单位为千焦每摩尔(kJ/mol);参见 A.3 .1 .2 。

　　A.3 . 3 混合物的值和焓值

　　混合物的值和焓值分别按如下方法计算。

　　混合物的值按照公式(A. 20)计算：

　　GB/T 14909—202 1

　　E(T，p，r)=Σri{Ei(T，p)+RT0ln(i/f)-RTln(1-T0/T)[∂ln(i/f)∂lnT]p，r｝……( A.20 )

　　-

　　式中：

　　E(T，p，)— 给定温度 T、压力 p 和组成r下，混合物的摩尔，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ;i — 给定温度 T 和压力p下，组分 i的逸度，单位为千帕(kPa) ;

　　fiθ — 压力 100 kPa下，组分 i的标准态逸度，单位为千帕(kPa)。

　　公式(A.20)中的组分 i的逸度i 与标准态逸度fiθ 可以选择体系适宜的热力学性质模型计算。

　　理想混合物的摩尔按照公式(A. 21)计算：

　　Eid(T，p，) =Σri[Ei(T，p)+RT0lnri]……………………( A.21 )

　　混合物的焓值按照公式(A. 22)计算：

　　H(T，p，) =Σri{Hi(T，p)-RT2 [∂ln(i/f)∂lnT]p，r｝ …………( A.22 )

　　式中：

　　H(T，p，)— 给定温度 T、压力 p 和组成r下，混合物的摩尔焓，单位为千焦每摩尔(kJ/mol)。

　　理想混合物的摩尔焓按照公式(A. 23)计算：

　　Hid(T，p，r)=ΣriHi(T，p) …………………………( A.23 )

　　-

　　A.4 压力低于 100 kpa条件下的值和焓值

　　A.4 . 1 无化学反应，一个或多个状态的压力低于 100 kpa

　　不计环境参考态基准物体系的影响，将环境参考态压力 p0 规定为 1 × 10- 9 kPa,环境参考态温度

　　T0 依然维持 298 . 15 K。

　　此时，纯物质的按照公式(A. 24)计算：

　　Ei(T，p)=ΔEi(T0 ,p0→ T，p) …………………………( A.24 )

　　式中：

　　Ei(T，p) — 给定温度 T 和压力 p下，纯物质i的摩尔，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ;

　　ΔEi(T0 ,p0→ T，p)— 纯物质i从环境参考态温度 T0 与环境参考态压力 p0 变化到给定温度 T 和

　　压力 p 时的变，单位为千焦每摩尔(kJ/mol),其值按照公式(A.25)计算： ΔEi(T0 ,p0→ T，p)=ΔHi(T0 ,p0→ T，p)-T0 Δsi(T0 ,p0→ T，p) ……( A.25 )

　　式中：

　　ΔHi(T0 ,p0→ T，p)— 纯物质 i从环境参考态温度 T0 与环境参考态压力 p0 变化到给定温度 T和压力p 时的焓变，单位为千焦每摩尔(kJ/mol) ;

　　Δsi(T0 ,p0→ T，p)— 纯物质 i从环境参考态温度 T0 与环境参考态压力 p0 变化到给定温度 T和压力p 时的熵变，单位为千焦每摩尔开[kJ/(mol · K)]。

　　式(A.25)中的焓变ΔHi 与熵变Δsi 可以选择体系适宜的热力学性质模型计算，也可以从适宜的热

　　力学性质图或表查取。

　　此时，纯物质的焓按照公式(A. 26)计算：

　　Hi(T，p)=ΔHi(T0 ,p0→ T，p) …………………………( A.26 )

　　式中：

　　Hi(T，p)— 给定温度 T 和压力p下，纯物质 i的摩尔，单位为千焦每摩尔(kJ/mol)。

　　此时，混合物的和焓见公式 (A. 20) 和公式 (A. 22) ;而理想混合物的和焓见公式 (A. 21) 和公式(A. 23) 。

　　GB/T 14909—202 1

　　A.4 . 2 负环境压力状态下化学反应的变和焓变计算

　　将环境参考态压力 p0 规定为 1 × 10- 9 kPa,环境参考态温度 T0 依然维持 298.15 K,按以下四步路

　　径计算。

　　第一步：以 A.4.1 的方法计算反应物从反应温度 T 和压力 p 改变至 298. 15 K 和 100 kPa 的 变

　　ΔE1 与焓变 ΔH1 ;

　　第二步：分别以公式(A.27)和公式(A.28)计算 298 .15 K 和 100 kPa 下化学反应的变 Δr Eθ 与焓变 Δr H θ ;

　　…………………………( A.27 )

　　式中，P 和 R分别表示化学反应的产物和反应物;

　　第三步：以 A.4.1 的方法计算产物从 298.15 K 和 100 kPa 改变至反应温度 T 和压力p 的变 ΔE3

　　与焓变ΔH3 ;

　　第四步：合计上述三个过程的变或焓变，即为在负环境压力状态下该化学反应的变和焓变，见公式(A. 29)和公式(A. 30) 。

　　Δr E=ΔE1 +ΔrEθ+ΔE3 …………………………( A. 29 )

　　Δr H =ΔH1 +Δr H θ+ΔH3 …………………………( A. 30 )

　　A.5 基本过程的平衡、损失、效率与过程品位

　　针对实际单元设备，表 A. 6 列出了 5 类基本过程的能量衡算、衡算、损失与效率的计算方法，其中的能量衡算均忽略了热损失和机械效率等损失。 每类过程均举例说明了几种具有不同特征的情况 。 同时，还列出了过程品位的分析方法。

　　表 A.6 几种基本过程的损失、效率与过程品位的计算方法

　　GB/T 14909—202 1

　　表 A.6(续)

　　GB/T 14909—202 1

　　表 A.6(续)

　　GB/T 14909—202 1

　　附 录 B

　　(资料性)

　　能量系统分析实例

　　B.1 四种建筑供热方式烟分析及品位分析

　　B.1 . 1 确定对象系统

　　本案例选取四种建筑供热方案作为分析对象，包括天然气燃气锅炉供热、直接电加热供热、电热泵供热以及太阳能供热。 图 B. 1 的上部是四种供热系统的简化示意图;图中的虚线表示系统边界，方案1 、2 和 4 的供热侧与用户侧构成基本相同;方案 3 则包含了热泵的内部换热表示。 热泵先从水热源(进

　　口温度为 50 ℃ ,出口温度为 35 ℃)汲取热量，升温后再借助热泵出口加热管(进口温度为 115 ℃ ,出口温度为 95 ℃)向用户侧热水加热管供热。图 B.1 的下部是四种供热方式的供热侧与用户侧概念化图形

　　表示。

　　供热侧的各个设备效率与性能参数分别设定为：方案 1 的燃气锅炉的热效率是 95%;方案 2 的电加热器的加热效率是 97%;方案 3 的热泵的性能系数 COP 是 3.5;方案 4 中太阳能集热器的表面平均集热温度是 200 ℃;集热效率是 80%。

　　供热侧的能源输入各不相同，而用户侧的输出热水负荷与参数均相同。 用户侧热水加热管的供水

　　(设备出口)温度为 95 ℃ ,回水(设备进口)温度为 75 ℃;热水供应量为每天 3 t。

　　图 B.1 四种建筑供热系统的示意图

　　B.1 . 2 明确环境基准

　　本案例未采用本文件的环境参考态温度，而是根据所在地区情况设环境温度 T0 为 20 ℃ (293 .15 K)。

　　B.1 . 3 说明计算依据

　　计算依据如下：

　　a) 燃气锅炉的燃料天然气设为纯甲烷，并以其为主进行分析;

　　b) 忽略电热泵供热系统的热损失;并假设电热泵内部换热的工质比热容为 1.22 kJ/(kg · K) ;

　　c) 假设设备表面平均温度为 50 ℃ (323.15 K),以此计算各个设备因散热导致的外部损失。

　　GB/T 14909—202 1

　　B.1 . 4 能量衡算和衡算

　　B.1 . 4 . 1 能量衡算

　　基于四种供热系统的给定参数可以计算出各个系统的供热侧输入能量(供能负荷)、用户侧接受能量(热负荷)和热损失等数据，如表 B. 1 。显然，外界的输入与用户侧的接受是对图 B. 1 的虚线边界而言。

　　其中，热泵的输入能量有两部分，电耗 2.989 MJ/h 和从水热源汲取的热 7.471 MJ/h。

　　表 B.1 四种供热系统的能量衡算结果

　　根据系统能量衡算的原理，表 B. 1 中热负荷为四种供热系统的供热侧装置(燃气锅炉、电加热器、热泵、太阳能集热器)向用户侧的热水加热管提供的热量。

　　供热侧装置的供能负荷，即燃气锅炉的燃料热负荷、电加热器的用电负荷、热泵的用电负荷、太阳能集热器的集热负荷，分别基于热水加热管的热负荷和各自的设备效率与性能参数推算。

　　供能负荷与热负荷之差为各个设备的热损失。 然而，热泵供热系统比较特殊，其能效指标 COP 不是效率概念，无法据其确定其系统的热损失量。

　　另外，根据 COP,热泵的水热源负荷可根据热泵热负荷与用电负荷算出;进而根据设定的热泵性能

　　参数可推算出水热源流量为 119.048 kg/h;类似地，还可推算出热泵内部工质流量为 428.689 kg/h,两

　　者的计算式见公式(B. 1) :

　　m=Q/[CP(Th-Tl)] …………………………( B.1 )

　　式中：

　　m — 流体质量流量，单位为千克每时(kg/h) ;

　　Q — 流体吸热量或放热量，单位为千焦每时(kJ/h) ;

　　CP — 流体定压比热容，单位为千焦每千克开[kJ/(kg · K)] ;

　　Th , Tl — 分别为高温流体温度和低温流体温度，单位为开(K )。

　　B.1 . 4 . 2 衡算

　　如表 B. 2 所示，基于四种供热系统的给定参数和本案例设定的环境温度(293 . 15 K)和设备表面平均温度为(323 . 15 K) ,根据第 5 章和第 6 章的方法和公式，可以计算出各个方案的供热侧与用户侧的 值变化和过程品位、损失和效率。 例如：

　　方案 1 的燃气锅炉支付(9.190 MJ/h)基于其供能负荷(燃烧负荷)与燃烧温度(1 773 K) ,按公式

　　(B. 2)计算：

　　ΔEB=ΔHB(1-T0/TB) …………………………( B.2 )

　　式中：

　　ΔEB — 燃气锅炉支付，单位为兆焦每时(MJ/h) ;

　　GB/T 14909—202 1

　　ΔHB — 燃气锅炉供能负荷，单位为兆焦每时(MJ/h) ;

　　TB — 燃气锅炉燃烧温度，单位为开(K) 。

　　另外，方案 4 的太阳能集热器的支付(4. 974 MJ/h) , 以及各个供热系统的外部损失(见基于

　　表 B. 1 的系统热损失和设备表面平均温度 323 . 15 K)也由此公式算出。

　　方案 2 的电加热器支付(10.784 MJ/h)为其供能负荷(用电负荷)。

　　方案 3 的热泵支付有两个值，热泵用电负荷(2.989 MJ/h)与水热源取热负荷的变(0.531 MJ/h)。

　　2.349 MJ/h是热泵出口加热管(进口温度为 115 ℃ ,出口温度为 95 ℃)供热负荷的变;并由此变计

　　算出热泵供热系统的供热过程品位。 该数值按公式(B. 3)计算：

　　ΔEH=mcp[(Th-Tl) -T0ln(Th /Tl )] …………………………( B.3 )

　　式中：

　　ΔEH — 热泵取热变，单位为兆焦每时(MJ/h)。

　　另外，用户侧热水加热管的收益(1.896 MJ/h)、方案 3 的热泵的水热源支付(0.531 MJ/h)也是

　　利用此公式算出的。 可以看到，与表 B. 1 的用户侧热负荷相似，各个方案用户侧收益的数值都相同;而供热侧的支付差异很大，因而各个方案的损失和效率也完全不同。 与表 B. 1 同样，表 B. 2 中的“支付”与“收益”同样是对图 B. 1 虚线边界而言。

　　表 B.2 四种供热系统的衡算结果

　　B.1 . 5 评价与分析

　　B.1 . 5 . 1 效率

　　方案 1 和方案 2 两个系统的效率最低，分别为 20.632%和 17.584%。原因是这两个系统的内部 损失最大，分别为 7.294 MJ/h 和 8.887 MJ/h,即绝大部分输入的都被消耗了。反观其能效却是四个方案中最高的，分别为 95%和 97% ,表明数量评价与质量评价在视角上的巨大差异。

　　比较而言，方案 3 和方案 4 两个系统的效率明显高出很多，体现了相对优良的热力学完善度。

　　B.1 . 5 . 2 能量负荷特性

　　基于表 B. 1 和表 B. 2 的数据，可以示意性地绘制各个系统的能流图(图 B. 2)与流图(图 B. 3) 。 比较两幅图，可以发现该系统的一些能量负荷特性。

　　总体数值上，图 B. 2 与图 B. 3 相同部位的能流幅宽与流幅宽不同，流幅宽不同程度要窄。 图 B. 2或图 B. 3 中，各个系统的热水(用户)流幅宽均相同，其他则各不相同。

　　在图 B. 2 中，四个系统的输入(支付)与输出(收益)大体情况相同，都表现出相当好的能量数量转换

　　GB/T 14909—202 1

　　行为。 除了方案 3 没能表示出热损失，其他三个系统的热损失非常有限。

　　然而，在图 B. 3 中的四个系统的情况却截然不同，虽然可以粗略地认为，方案 1 与方案 2 归作一类，方案 3 与方案 4 归作另一类。 前者存在很大内部损失，支付与收益流变化很大，表明过程存在巨大的能量贬值。 后者的变化有限，表现出相对适度的过程热力学代价。 特别是比较方案 2 和方案 3,同样是基于网电供热，电热泵大约以电加热器 1/3 的电耗提取水热源的能量，达到与电加热器相同的供热负荷(见图 B. 2),尽管水热源所含的非常少(见图 B. 3) 。

　　图 B.2 四种建筑供热系统的能流图

　　图 B.3 四种建筑供热系统的流图

　　B.1 . 5 . 3 能的品位分析

　　基于表 B. 2 和表 B. 3 的过程品位和热负荷数据，还可以绘制各个系统的 A-ΔH 图(图 B. 4) 。 这个图分别以过程品位(A)和过程焓变(即热负荷，ΔH)为纵坐标和横坐标;图中的红色线和绿色线分别表

　　示提供能量(热)和接受能量(热)的过程。四个方案系统的过程焓变(10.460 MJ/h)都相同，但过程品位

　　匹配关系却有很大差异，因为各个系统的能量转换方式不一样。

　　图 B.4 中，过程线与环境参考态线(A=0)所围的面积表示该过程的变。各个方案的红色线下的

　　面积表示供给侧的支付，绿色线下的面积表示接受侧得到的效益。 其间的差或者说两根线所围的面积即过程的内部损失。 显然，方案 2 的损失最大，方案 4 的最小。

　　GB/T 14909—202 1

　　图 B.4 四种建筑供热系统的 A-ΔH 图

　　如图 B. 4 所示，方案 3 的 A-ΔH 图构成比较复杂。 其中描述了两组线。 一组线表示电热泵内的泵热过程的匹配关系);另一组线表示电热泵和热水加热管的匹配关系。 前者表示在电热泵中，热泵输入

　　电(A= 1.0 , ΔH = 2. 989 MJ/h) 汲取水热源的(A= 0. 071 , ΔH = 7. 471 MJ/h),升温后输出热量 (A=0.225 , ΔH= 10.460 MJ/h);后者表示在热泵内部换热的传递(A=0.225 ,ΔH= 10.460 MJ/h 对 A=0.181 ,ΔH= 10.460 MJ/h)情况。很明显，比较前后两者，电热泵的损失主要发生在前者。

　　图 B. 4 直观地揭示了方案 1 和方案 2 的效率低、损失大的原因，即过程推动力设置过度，过程品位很不匹配;而方案 3 和方案 4 则比较好地把握了这一点。

　　B.1 . 5 . 4 改进机会与节能措施考虑

　　在本案例是四种供热方式的比较分析中，强调的是科学用能。 实际上，选择合理、可行的用能方式取决于多种因素。 例如，四种供热系统中，方案 1 与方案 2 目前在实际中用的比较多，而方案 3 与方案4 方还存在一些技术性和经济性的问题，可以作为方案 1 与方案 2 的改进方式考虑。

　　例如，在城市小区的天然气锅炉供热系统中(类似方案 1)就是采用喷淋水进一步回收烟气余热;然后将回收的热水作为热泵系统的热源，提升温度后替代部分供热负荷;也就是说以部分电耗的增加换取部分燃烧负荷的减少。 这可以看作是组合方案 1 与方案 3 而构成的新型供热系统。

　　B.2 甲醇合成与分离工艺的分析

　　B.2 . 1 确定对象系统

　　本案例为示意于图 B. 5 的简化甲醇合成与分离工艺系统。 在图 B. 5 中，该系统被分成了两个子系统，反应子系统和分离子系统。 前者包括甲醇合成反应器和循环气压缩机等单元设备;后者包括甲醇精馏塔和气液分离器等单元设备。

　　在该系统工艺流程中，新鲜原料合成气(S1)进入反应子系统，经原料换热器后(S2) ,进入混合器与循环气(S13)混合;该循环气最初(S11)经循环气压缩机增压后(S12)进入产物换热器升温，然后送至混合器。 混合原料气(S3)进入甲醇合成反应器生成的反应产物气(S4);再经过两次换热后(S5, S6) ,经冷却器降温(S7),进入闪蒸分离器，分出的气相物流(S9)被分流器分成两股物流，一股为驰放气(S10)排出反应子系统，另一股作为循环气(S11)返回至循环气压缩机。 闪蒸分离器的液相物流(S8)离开反应

　　GB/T 14909—202 1

　　子系统，进入分离子系统，经精馏塔换热器(S14)进入甲醇精馏塔;轻组分(S15) 由塔顶排出分离子系统;离开塔底的粗甲醇产品(S16)经精馏塔换热器后(S17) ,送出分离子系统。

　　图 B.5 甲醇合成工艺流程示意图

　　对应图 B. 5 的物流编号，表 B. 3 给出了各个物流的温度、压力、流量与组成等数据。 表 B. 4 给出了各个单元设备的操作温度与公用工程负荷数据。

　　表 B.3 物流的温度、压力、流量与组成

　　GB/T 14909—202 1

　　表 B.3(续)

　　表 B.4 部分单元设备操作参数与公用工程负荷

　　B.2 . 2 明确环境参考态的选择

　　本案例采用本文件的环境参考态计算物流热物性。

　　B.2 . 3 说明计算依据

　　本案例的计算采取下列设定和数据来源：

　　a) 忽略各个单元设备与管路的热损失;

　　b) 忽略流体管路阻力，忽略流体输送功耗;

　　c) 采用数据检索与计算软件 ExergyCalculator计算本案例所需的物流热物性数据。

　　GB/T 14909—202 1

　　B.2 . 4 能量衡算与衡算

　　B.2 . 4 . 1 物料衡算

　　基于表 B. 3 的物流条件，可以计算出表 B. 5 所列的系统输入与输出物流的元素衡算表。 四种元素

　　的平均偏差为 0.003 2%。以类似方法核算各个单元设备，输入与输出物流的元素偏差也极小，说明

　　表 B. 3的数据满足物料守恒关系。

　　表 B.5 系统输入与输出物流的元素衡算

　　B.2 . 4 . 2 焓和的计算

　　基于表 B.3 的物流条件，利用软件 ExergyCalculator 得到表 B.6 所列各工艺物流的焓值、值和物

　　质品位数据结果。

　　表 B.6 物流的焓值、烟值和物质品位

　　GB/T 14909—202 1

　　B.2 . 4 . 3 能量衡算

　　基于图 B. 5 的表示，以及表 B. 5 和表 B. 6 的数据，可以计算出各个单元设备的供给侧焓变、接受侧焓变、公用工程的动力与加热负荷、冷却负荷，结果示于表 B. 7 。 可见，各个单元设备计算数值分别都满足能量守恒关系。

　　表 B.7 单元设备供给侧与接受侧的能量衡算

　　B.2 . 4 . 4 衡算

　　同样，基于本案例的设定条件，按照 5 . 3 和第 6 章的方法和公式，可以计算出各个单元设备供给侧与接受侧的衡算情况，结果如表 B. 8 所示;以及各个子系统和整个系统输入与输出的衡算情况，结果如表 B. 9 所示。

　　表 B.8 单元设备供给侧与接受侧的衡算

　　GB/T 14909—202 1

　　表 B.9 子系统与系统输入与输出的衡算

　　表 B. 8 中的甲醇合成反应器(E3)、冷却器(E6)、甲醇精馏塔(E10)的再沸器和冷凝器的换热过程 变按式(B. 4)计算：

　　ΔEq=ΔHq ( 1-298 . 15/ T) …………………………( B. 4 )

　　式中：

　　ΔEq — 设备换热过程变，单位为兆焦每时(MJ/h) ;

　　ΔHq — 设备的换热负荷，单位为兆焦每时(MJ/h) ;

　　T — 设备温度，单位为开(K) 。

　　本文件将外部损失界定为“由于体系发生的摩擦生热、绝热不良、废气排热等导致的做功能力减少，以及环境污染物和废弃物等外部废弃造成的做功能力减少”。首先因本例设定条件为“忽略各个单元设备与管路的热损失”，所以由此产生的外部损失为零。 另外，本例没有将驰放气(S10)和离开精馏

　　塔的轻组分(S15)作为外部损失，原因是其值比较高，分别为 10.237 GJ/h 和 0.044 GJ/h,特别是驰

　　放气，不宜将它们作为系统的“环境污染物和废弃物等外部废弃”。

　　表 B. 8 和表 B. 9 的局部损失率(1)和局部损失率(2)分别为基于子系统的损失合计值和基于系统的损失合计值所得到的结果。

　　表 B. 8 的单元设备效率和表 B. 9 的系统效率，分别按照 6 . 1 . 1 和 6 . 1 . 2 的方法和公式计算。 为此，表 B. 9 列出了子系统和系统的输入与输出项 目 。例如，反应子系统的输入计入了物流 S1 的 和循环气压缩机(E4)消耗的动力电。

　　B.2 . 5 评价与分析

　　B.2 . 5 . 1 烟效率和单位产品甲醇的消耗

　　B.2 . 5 . 1 . 1 效率

　　首先，有 3 台单元设备效率为零。 混合器(E2)、闪蒸分离器(E7)和分流器(E10)的接受侧收益 为 0,这是因为此类过程不存在的接受侧，可以理解为支付都被损失于环境了。

　　单元设备效率分布在一个数值不是很高的范围，低至 54. 98%(原料换热器，E1) ,高至 87. 22%

　　GB/T 14909—202 1

　　(精馏塔，E10) ,多数在 80%以下，不同程度地表明了该系统的单元设备用能过程的热力学不完善性。

　　显然，由于计算公式不同，系统与子系统的效率和单元设备效率之间没有可比性。 但是仍然可

　　以发现，反应子系统、分离子系统和系统总体的效率分别为 96.44%、99.85%和 96.36%;数值差异远

　　不及单元设备效率显著。 究其原因，一是如同表 B. 9 对反应子系统、分离子系统和系统的说明，各个输入和输出项 目 中物流化学组分标准的基数相当大;二是系统效率计算公式的分子(输出)并非全是“效益”。例如，如果维持输入不变(见表 B. 9 的说明)，输出仅仅考虑粗甲醇产品(S17) ,这意

　　味着将驰放气作为外部损失，则系统效率值将变为 55.19%。

　　特别需要指出的是，由于本案例忽略了单元设备的热损失和摩擦损失，即假设它们的第一定律效率

　　是 100%,但是上述分析结果却大相径庭，说明它们的用能过程并不完善。

　　B.2 . 5 . 1 . 2 单位产品甲醇的消耗

　　由表 B.3、表 B. 5 和表 B. 6 可知，原料气 (S1) 值为 25. 838 GJ/h,粗甲醇产品 (S17) 的流量为21.134 kmol/h;由表 B.7 和表 B.8 可知，动力负荷和热负荷的值分别为 0.515 GJ/h 和 0.079 GJ/h,合

　　计为 0 .594 GJ/h(公用工程消耗所含有的)，而系统输入原料(S1)与公用工程消耗两者所含有的 为 26 . 432 GJ/ h 。

　　根据上述数据和 6 . 3 的计算方法可以分别计算出，基于原料与公用工程消耗，或仅仅基于公用工程

　　消耗的本系统单位产品甲醇消耗分别为 1 . 251 GJ/ kmol 和 0 . 028 GJ/ kmol。

　　B.2 . 5 . 2 能量负荷特性

　　各个单元设备的操作温度范围为 29 ℃ ~230 ℃ ,压力范围比较高，为 3 MPa~6 MPa。其中，甲醇

　　合成反应器的温度和压力最高。

　　受甲醇合成反应的单程转换率限制，大量的未反应合成气(CO 和 H 2) ,需要通过循环气压缩机增

　　压后，按大约 3 ∶ 1 的摩尔比与新鲜合成气混合，循环再利用;在系统中形成一个巨大的能量流。因此，

　　以甲醇合成反应器为核心的工艺增压需要消耗不少公用工程动力电。 相比之下，系统的冷却负荷与精馏塔的加热负荷都不大。

　　B.2 . 5 . 3 改进机会与节能措施考虑

　　B.2 . 5 . 3 . 1 损失分布

　　在表 B. 8 中，有两个描述系统损失分布的数值，局部损失率(1)和局部损失率(2) ,分别是对子系统和系统而言。 可以看到，反应子系统的损失主要发生在甲醇合成反应器(E3)、闪蒸分离器

　　(E7)和冷却器(E6) ,局部损失率(1)分别为 23. 52%、22. 53%和 21. 58%;循环气压缩机的 占 比也不少，为 13.26%。对比具有全局意义的局部损失率(2) ,可以看到分离子系统两个部件的局部损失率

　　(2)值分别为 2.01%和 0.35%,考察其局部损失率(1)意义不大。正因为如此，凡是反应子系统局部 损失率(1)数值大的单元设备，其局部损失率(2)值依然很大。 分析指明，这些单元设备是应该重点关注的部位，隐含着系统的节能改进机会。

　　B.2 . 5 . 3 . 2 节能措施

　　基于上述分析，可以提出一些减少损失，提高系统用能水平的节能改进技术措施。 例如：

　　a) 开发先进的甲醇合成反应技术和节能反应器。

　　b) 以其他更加节能的分离方式替代现有闪蒸分离器，包括回收产物气(S4)的减压余能。

　　c) 开展全工艺系统的热集成，实现更为合理的梯级换热工艺，包括甲醇合成产物气余热的利用。

　　d) 采用具有级间冷却的两级压缩替代现有循环气压缩机的单级压缩工艺。

　　GB/T 14909—202 1

　　e) 需 要 做 好 驰 放 气 (S10) 的 有 效 回 收 利 用。驰 放 气 中 含 有 大 量 的 碳 氢 元 素，其 流 量

　　(37.604 kmol/h)是粗甲醇产品(S17)流量(21.134 kmol/h)的 1.8 倍，其值(10.237 GJ/h)仅

　　仅比粗甲醇产品值(14.559 GJ/h)约少不到 30%。

　　GB/T 14909—202 1

　　GB/T 14909—2021《能量系统分析技术导则》

　　国家标准第 1 号修改单

　　本修改 单经 国 家 市 场 监 督 管 理 总 局( 国 家 标 准 化 管 理 委 员会)于 2023 年 9 月 7 日 批 准，自2023 年 9 月 7 日起实施。

　　1 . 对附录 A作如下修改：

　　(1)将公式(A. 20)和公式(A. 22)修改为：

　　E(T，p，x)= ∑xi{Ei(T，p)+RT0ln( i/f)-RT(T-T0) [∂ln( i/f)/∂T]p，x｝

　　……………………( A.20 )

　　和

　　H(T，p，x)= ∑xi{Hi(T，p)-RT2 [∂ln( i/f)/∂T]p，x｝

　　…………………… ( A.22 )

　　(2)将表 A. 6 的左侧项目栏的文字“普遍效率”，修改为“效率”(相同修改在第 16 页、第 17 页和第 18 页共有 4 处)。

　　(3)将表 A.6“②换热过程”中“冷量传递”的效率公式(第 17 页)修改为：

　　(4)将表 A. 6“②换热过程”中“冷量传递”的供给侧(供冷过程)的“过程品位”公式(第 17 页)修

　　改为：

　　( E3-E4)/(H4-H3)

　　(5)将表 A. 6“②换热过程”中“冷量传递”的接受侧(受冷过程)的“过程品位”公式(第 17 页)修

　　改为：

　　( E2-E1)/(H1 -H2)

　　2 . 将附录 B 中 B. 2 . 4 . 1 的“0 . 0032%”修改为“0 . 013%”。