换热网络综合中管壳式换热器设计研究进展

管壳式换热器应用广泛尤其是对其设计的研究,回顾了近年来单台管壳式换热器的工艺设计方法,并指出这些方法难以兼顾换热网络的节能降耗。许多研究者,在换热网络最优综合的同时提出了多种面积裕量优化设计方法,虽然考虑了换热网络中各换热器换热面积的优化,但并未考虑换热器的选型与详细设计。近年来,也有研究者基于换热网络综合进行管壳式换热器的详细设计研究,同步优化换热网络和单台换热器的设计,但这些方法均是在给定的工况条件下进行设计,考虑到实际生产中工况条件经常发生变化,单台换热器的设计均采用超余设计难以保证总费用最小。最后,在此基础上,提出一种从灵敏度分析的角度出发以总费用最小为目标基于换热网络综合的管壳式换热器详细设计思路。     

考虑换热器详细设计的换热网络综合的研究进展

随着对工业生产成本控制要求的不断提高,换热网络优化的深入研究已经引起了越来越多研究人员的重视。在换热网络综合过程中考虑换热器的详细设计是换热网络综合细化深入研究的一个重要方面,可以降低换热网络的年度总费用,并且提高换热网络综合结果的实际可行性。本文通过文献中的算例结果分析,考虑换热器详细设计的换热网络综合的总费用明显低于不考虑换热器详细设计的总费用,阐述了换热网络综合中考虑换热器详细设计的必要性,强调了换热器的详细设计对换热网络综合的影响。文献中考虑换热器详细设计进行换热网络综合时主要采用了夹点分析法和数学规划法,夹点分析法综合换热网络虽然使包含换热器设计的换热网络结构变得简化易于求解,但是无法保证结果是最优解,而数学规划法综合换热网络能有效的考虑换热器详细设计对换热网络综合的影响,但是考虑换热器详细设计也大大增加了模型的复杂性,本文对此进行了对比和评述,同时认为深入研究换热网络细化设计研究并利用快速而高效的算法搜索全局最优解是未来研究方向。     

基于虚拟温度法的间歇过程换热器网络综合

提出了基于时间段模型(TSM)综合间歇过程换热器网络的方法,用虚拟温度法代替传统的单一最小传热温差,将各流股的温差贡献值作为决策变量,年度总费用最小作为目标函数建立数学模型.应用遗传膜拟退火算法对上述数学模型进行求解,分别获得每个时间间隔内的子换热器网络结构,并进一步对总换热器网络做结构优化,使其既满足流股的换热要求,又满足年费用最小.方法应用于实例计算,结果比基于最小传热温差获得的换热器网络年度总费用节省6.0%,换热器减少5台,说明这种方法既节省费用,又简化了网络结构.     

基于非线性规划法的多杂质体系水和能量同时最小化研究

为实现同步综合多杂质体系用水网络和换热网络,降低求解难度,本文提出基于超结构的非线性数学规划法对问题进行研究.对于多杂质体系用水网络,采用确定关键组分方法合理给定操作单元最小新鲜水用量,利片j改进的换热网络超结构即冷(热)流股分流换热后非等温混合的方法对其进行能量集成.首先,以年度总费用最小为目标函数,建立多杂质体系用水网络NLP数学模型和换热网络NLP数学模型;然后,依据过程流股的进出门温度判断冷(热)流股,根据相关变量的传递连接2个子网络;最后,应用自适应模拟退火遗传算法,通过C++语言编程对模型求解.通过分别采用分步综合方法和本文提出的同步综合方法对1个石油炼制工业的应用实例进行研究,求解得到不同的最优网络结构并对其进行数据分析,结果表明同步综合方法获得最优网络结构更为简单,其年度总费用较分步综合方法节省了3.9%.所以本文提出的NLP数学模型及同步求解策略是可行有效地,能够在简化计算的同时合理寻求到网络的全局最优解,在实际生产中有一定的应用价值.     

经济方法优化设计一个带有中间换热器的精馏塔

提出了基于经济的年总费用最小为目标的带有中间换热器的精馏塔优化设计新方法。本方法基于这样的精馏塔模型:1股进料、2股出料,每块理论板上均可有中间冷凝器或再沸器。以回流比和塔内各塔板上的中间换热负荷为变量,根据经济年总费用最小,优化塔内换热的位置及负荷。实例研究表明,用本文方法可以一步一步很容易地设计出含塔内换热器的复杂精馏塔。该塔比简单塔更省钱。     

夹点技术在润滑油加氢装置节能中的应用研究

基于某润滑油加氢装置现行的换热网络,利用夹点技术对其进行分析改造,得到了较好的节能效果。以系统总费用最小为目标,求得最优夹点温差为20℃;以夹点温差为20℃,计算得出该装置换热网络的夹点平均温度为186.9℃,最小热公用工程量为2995 kW,最小冷公用工程量为7755 kW;针对换热网络不合理的情况提出了优化改造方案,该方案可实现节约热公用工程2881 kW,占现行热共用工程的43.0%,节约冷公用工程2881 kW,占现行冷公用工程的25.1%,节能效果显著。     

常减压蒸馏过程换热网络的粒子群优化设计方法

提出了1种换热网络的粒子群优化设计方法,提高大规模无分流换热网络的设计速度和效果。采用超结构建立换热网络模型,以各个换热器和换热量为演化个体,以投资和运行费用最小化为优化目标,发挥粒子群的群智特点寻优计算。避免传统设计的计算复杂、不能同时优化投资和运行费用等问题,解决了换热器的换热量受换热条件约束、相互制约而影响设计的难题,保证演化过程中解的可行性,实现设计过程的智能化。以某炼油厂的常减压蒸馏过程的换热网络为实验对象,仿真研究,证明了算法有效和优越。     

宽通道换热板片结构的多目标头脑风暴优化设计

换热板片作为构成宽通道板式换热器的核心部件,对其换热效果具有直接影响.为有效提升换热器性能,减少能量损耗,提出一种宽通道换热板片结构的多目标头脑风暴优化设计方法.首先,根据换热板片的形状和布局特点,提取梯形凸台尺寸及其分布间隔构成结构参数,采用正交法,基于Fluent数值模拟软件获得25组换热板片结构样本;然后,采用回归构建换热努塞尔数和压力损失的代理模型,以最大换热效果和最小能量损耗作为优化目标,采用基于网格的多目标头脑风暴优化算法,寻优获得最佳换热板片的结构设计方案.统计实验结果表明,换热性能代理模型可以有效降低评价代价,所提出优化设计方法可以更加高效地获得具有最佳换热效果和能量损耗的换热板片结构.     

换热网络最优综合的智能设计方法及应用

基于系统优化设计思想,将换热网络综合问题等价分解为适合新型合作协作进化模型的系统结构优化和换热单元优化两部分,同时进行系统结构和换热单元的协作进化设计,最终得到它们之间的最优折衷。算例表明,该方法较好地解决了较大规模的换热网络最优综合问题,且能避免传统方法中存在的收敛速度较慢、易陷于局部最小值、目标函数必须可导等问题,并已成功用于某厂乙烯装置的全过程用能优化综合问题。     

基于贡献温差的换热网络超结构优化

提出一种基于贡献温差的换热网络超结构合成优化法:第一步基于贡献温差的概念建立冷热物流的变换负荷曲线,在此基础上构造基于超结构换热网络的初始结构;第二步给出并优化焓区间热负荷参数H,合并超结构中热负荷小于H的区间,建立年总费用最小的网络结构.此法用于计算换热网络的年度费用需求,应用实例说明其所建立的网络结构,比优化前换热单元数较少且年度总费用较省.     

多流股换热器网络的识别与构造

多流股换热器网络是一种新型的换热器网络。本文用改进的遗传／模拟退火算法优化综合双流股换热器网络，在此基础上进行多流股换热器网络识别和构造的研究。使网络中单个多流股换热器的换热面积最大，总的多流股换热器的换热面积也最大作为将以双流股换热器为换热设备的换热网络综合成多流股换热器网络的一个标准。通过流股匹配矩阵的使用，说明程序自动实现多流股换热器网络的识别和构造过程。文献实例证明本文提出的多流股换热器网络识别和构造方法对降低网络年度化费用是有效的。     

利用温焓图自动综合多流股换热器网络

为合理、经济地利用能源,降低生产成本,综合考虑了温度、表面传热系数和材质等影响流股传热能力的因素,计算出温差贡献值来修正各流股的实际温度得到虚拟温度,基于虚拟温度作出温焓图,提出多流股换热器网络的综合策略和冷、热流股的匹配规则,得到一组串联的多流股换热器,直观有效地进行换热网络的设计和优化。最后通过两个例题说明所提方法是可行的。     

汽油吸附脱硫装置换热网络节能研究

针对某催化汽油吸附脱硫装置换热网络,分析装置流程,并且从整个流程中提取了6股冷物流和4股热物流的初始温度、目标温度、热负荷等数据,选择最小传热温差为15℃,利用夹点技术得到夹点温度为81.5℃,确定了装置的节能目标为节约公用工程量78.5%。然后利用夹点三原则对现有装置的换热网络进行分析,发现该装置夹点之上存在2个冷却器、夹点之下存在1个加热器并且存在1个换热器跨越夹点传热,这造成了能量的不合理利用从而造成能量浪费。针对这几个不合理的传热器,以现有网络为基础提出了增加2台换热器从而消除部分违背夹点原则的环节的换热网络优化方案,最终实现节约冷公用工程量52.8%,节约热公用工程量65.7%的效果。     

基于C++和智能图表合成最优换热网络的程序设计

在合成最优换热网络时,存在着调优迭代计算时间长、过程复杂等问题,本文围绕这一课题,以智能图表法为理论基础,结合C++的编程思想,以Microsoft Visual Studio 2008为开发平台,利用换热网络优化节能技术编写了换热网络合成软件。该软件具有以下功能:根据冷、热物流相关数据,计算换热网络夹点、生成温—焓组合曲线图并标出夹点温度,计算出最大热回收量和最小能量体用量,根据物流匹配换热规则和智能图表对相关冷热物流进行匹配,计算出冷热物流热交换的热负荷、换热面积、操作费用等,自动合成最优换热网络并将计算结果存于文本文件result.txt中。经实例核算后与其它文献数据对比结果可靠合理,表明该程序应用方便,计算速度快,可大大简化合成换热网络的计算过程。     

基于多目标优化的网络社区发现方法

社区发现是复杂网络挖掘中的重要任务之一,在恐怖组织识别、蛋白质功能预测、舆情分析等方面具有重要的理论和应用价值.但是,现有的社区质量评判指标具有数据依赖性与耦合关联性,而且基于单一评判指标优化的网络社区发现算法有很大的局限性.针对这些问题,将网络社区发现问题形式化为多目标优化问题,提出了一种基于多目标粒子群优化的网络社区发现算法MOCD-PSO,它选取模块度Q、最小最大割MinMaxCut 与轮廓(silhouette)这3 个指标进行综合寻优.实验结果表明,MOCD-PSO 算法具有较好的收敛性,能够发现分布均匀且分散度较高的Pareto 最优网络社区结构集,并且无论与单目标优化方法(GN 与GA-Net)相比较,还是与多目标优化算法(MOGANet与SCAH-MOHSA)相比较,MOCD-PSO 算法都能在无先验信息的条件下挖掘出更高质量的网络社区.     

雷达装备测试性设计优化技术

针对雷达装备测试性优化设计的实际技术需求,对雷达测试性优化设计过程进行了分析。以雷达装备各阶段数据为基础,综合考虑测试效能、测试代价、可靠性约束等要素,研究了基于测试代价和测试效能的测试性优化方法,并给出了基于最小测试代价的雷达系统测试性优化模型。针对模型多目标优化求解问题,给出了一种基于改进的粒子群优化算法。该算法引入混沌理论,使初始种群呈现多样性,避免了传统粒子群算法的早熟现象,同时提高了搜索的精度和速度。通过对案例的仿真与验证表明,利用这种改进的粒子群算法对基于最小测试代价的测试性优化模型进行求解时,能够在满足模型目标函数的约束条件下,获得全局最优解。     

基于VC编程的换热网络综合软件设计

针对利用夹点技术设计换热网络时,计算时间长、强度大、过程复杂等特点,本文研究换热网络夹点技术,基于VC而设计夹点技术的换热网络综合软件.该软件可以根据冷、热物流相关数据,计算出系统所需要的冷、热公用工程的数值;绘制出换热系统的组合曲线、全局温焓曲线以及热级联图.同时,该软件还可根据换热网络设计规则设计换热网络;找出热负荷回路以及热负荷路径,合并换热器,满足不同最优换热网络目标的要求.该软件可大量节省计算时间,减小计算强度,简化计算过程.     

甲苯二胺分离过程的综合

传统的甲苯二胺分离工艺存在一些缺点，如甲苯二胺产品的纯度不高、过程的能耗大等。在通用化工模拟软件中对多塔连续精馏流程进行模拟分析，并结合生产实际提出过程的约束条件，以能耗最小为目标对分离过程进行优化，得到各塔的最优操作条件。在此基础上，对过程中的换热网络进行综合，得到热集成流程。该热集成流程在最优条件下操作时，产品的纯度满足生产要求，而且能耗比原流程减少约30％。     

换热网络与蒸汽动力系统联立优化方法的探讨（Ⅱ）：扩展转…

本文提出了换热网络和蒸汽动力系统联立优化的扩展转运模型法，运用这一方法，可以求得联合系统的联接变量的最佳数据，然后用各自的方法对换热网络与蒸汽动力系统分别进行综合，使联合系统的总能耗最小。     

原油换热网络Simulink动态仿真中提高运行速度的问题

提出状态空间离散化的思想,建立换热器的动态机理模型,然后通过Simulink模块化进行连接,对换热网络进行动态仿真。在大规模原油换热网络的仿真中,采用存储初值和切断代数环的方法,使换热网络的收敛速度得到了很大的提高,为复杂换热网络的动态仿真和实时优化打下了基础。这种方法,还可适用于一般石油化工过程装置的大规模动态仿真运行中。