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.     

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.     

某常减压装置换热网络节能改造

应用夹点技术对某炼油厂常减压蒸馏装置换热器网络的用能状况进行分析,找出其瓶颈所在,对整个网络进行调优,提高拔头油换热终温、网络可操作性和操作弹性,求得最小网络投资和操作费用。根据现有换热网络流程结构,收集、提取相关冷热流股的数据,按照问题表格法进行夹点计算,确定原换网的最小传热温差、夹点位置及相关用能信息。绘制原换热网络格子图进行用能诊断,分析其中存在的不合理用能问题,确定能量回收目标和节能潜力;依据夹点设计法基本原则,同时考虑到现行换热网络结构,分两步进行整体调优。优化连接方式、换热顺序,充分利用原有换热器,首先考虑夹点处物流的匹配,然后分别向两头进行物流间的匹配换热,重新匹配某些冷热流股,调整局部传热温差,使换热器的负荷及温差更趋于合理。制定出两套改造方案,计算了改造费用和投资回收期,分析了两方案的优劣。两方案均消除了原换热网络中违反夹点设计基本原则的不合理用能现象,节约了加热和冷却公用工程费用,在原生产换热网络的基础上,两方案分别将拔头原油的换热终温提高了12℃和17℃,同时提高了整套装置操作弹性。     

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。     

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。     

换热器详细设计与换热网络综合同步优化方法研究

回顾了多管程换热器构成的换热网络的最优综合方法与换热器详细设计的研究进展。研究者们采用多种不同算法对换热器进行详细设计,这些算法解决了对于单台换热器在给定热负荷的情况下,以总费用最小为目标的优化设计问题。但这些方法都是对单个换热器进行优化计算,并未考虑到换热器详细设计结果对换热网络节能降耗的影响。换热器详细设计结果将影响换热网络的能量交换与经济性。有研究者基于换热网络最优综合对换热器进行详细设计,同步优化换热网络和单台换热器的设计,但这些方法不涉及换热网络中各个换热器的详细设计与传热系数、换热压降等因素的相互影响,难以保证换热网络总费用最小。在此基础上,提出一种多程换热网络综合与换热器详细设计的同步优化设计方法。本文以换热面积、传热系数为优化变量,压降为约束条件,兼顾每台换热器详细设计,总费用最小为目标进行最优综合。示例分析证明了本文方法的有效性。     

多股流板翅式换热器翅片通道中传热的计算流体力学模拟及定性尺寸

板翅式换热器结构紧凑,传热效率高,常用于多个冷热物流之间的换热,但是其通道数量众多,其内部流道中的流场和温度分布很难用实验方法来测定。采用计算流体动力学(CFD)软件ANSYS,针对锯齿形翅片模拟了板翅式换热器进出口的温度场分布,根据热量平衡和热量传递速率方程,对多股流板翅式换热器的各通道的温度分布进行模拟,并分别计算出各个流股在各个通道的二次传热表面最大传热距离,即通道定性尺寸。分别对两流股和三流股的2个板翅式换热器进行通道温度场分布CFD模拟,从而计算得到板翅式换热器的定性尺寸。对于两流股一冷一热交替排列的通道,数值模拟的定性尺寸与简化的经验方法计算结果都为翅片的一半,而对于三流股八通道的定性尺寸,中间的第四通道和第六通道的翅片定性尺寸大于基于传统计算方法得到的定性尺寸,对应的翅片效率小于传统方法得到的结果。基于板翅式换热器传热机理对结果分析表明,数值模拟结果比文献经验计算方法的结果更合理,即为板翅式换热器的设计提供了准确的基础参数,原因是数值模拟结果考虑了相邻多个通道热流量和温度对通道传热的影响,改进了传统方法仅考虑相邻通道热流量和温度的影响。     

遗传算法优化变工况板翅式换热器的通道排列

板翅式换热器的通道排列优劣直接影响换热器传热性能和结构的紧凑性等,因此通道排列的优化是设计中的重中之重。传统的板翅式换热器优化设计中,往往是基于一个最大负荷工况点进行通道排列设计,忽略了当工况点变化较大时通道排列对传热性能的影响。但操作工况常常随季节、原料和生产情况的变化而变化,使换热器常常在偏离设计工况点下运行,导致换热效率较低。板翅式换热器的通道排列方案随着流股数成指数增加,且现有的设计方法大多是基于经验确定的,这需要花费设计人员大量的时间对换热器进行不断改进,以使得换热器符合设计要求,同时达到较优的传热效果。针对上述设计不足,运用在变工况下板翅式换热器的通道排列柔性设计的方法,以通道排列累积热负荷最小均方差为目标函数,提出采用遗传算法优化多股流板翅式换热器的通道排列。具体步骤:1)运用遗传算法获得各工况点下最优通道排列:2)利用柔性设计方法将以上获得的各工况下的最优通道排列整合成一个较优通道排列,使其在操作周期内以较优的状态工作;3)利用微调策略改进柔性设计通道排列,进一步降低累计热负荷均方差,得到最终的优化通道排列。最后对一个含一股热流体三股冷流体的板翅式换热器通道排列设计案例进行计算得出,采用本文的设计方法得到的最终通道排列在3个工况点下的累计热负荷均方差平均值为3632.48 W,较文献值3660.72 W低。而且该方法大大提高了设计速度,降低了设计人员的工作量,同时实现了板翅式换热器的柔性优化设计,使换热器能满足全年不同工况的操作要求,证明了该方法的有效性和优越性。     

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。     

基于最小费用最大流问题的“排序”算法

由于现有的求解最小费用最大流问题的方法都存在其局限性,为了更好地解决实际问题,在已有最短路算法以及最小费用算法的基础上作了改进,给出了一种求解基于最大流的最小费用问题的算法.文中针对小规模网络给出求两点之间最小费用的一种简单易行的方法,此外该算法可以在一个图上完成,这样可以节省许多画图时间,增强了算法的直观性和可控性.并且构建石油运输的网络模型,结合最小费用最大流算法,给出该模型从产地到销地的最优运输方案,最后通过具体的模型实例验证了该方法的效率和实用性.     

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。     

改进的BP神经网络对飞机换热器结垢厚度预测

为了节约飞机维修成本,准确预测换热器结垢厚度,通过利用改进的BP神经网络预测模型,利用25组数据,建立了换热器结垢厚度与四个因素(环境温度、空调系统进口压力、初级换热器出口温度、次级换热器出口温度)之间的网络预测模型。模型包括4个输入神经元,9个隐含层神经元和1个输出层神经元。训练结果表明,改进之后的BP神经网络模型不仅克服了原始BP神经网络收敛速度慢,稳定性差的特点,还可以以较高的精度预测换热器的结垢厚度。     

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。     

改进Smith控制与RBF单神经元PID的换热器控制系统

为了高效控制工质出口温度,维持换热器稳定运行,针对Smith预估控制算法及径向基函数(RBF)神经网络辨识单神经元比例-积分-微分(PID)控制算法特点,提出了Smith控制算法和RBF神经网络辨识单神经元PID相结合的控制策略,对Smith控制算法在结构上进行了改进,以提高RBF神经网络辨识单神经元PID控制的抗干扰能力,减少Smith控制算法对模型的依赖程度.仿真分析表明:应用于换热器工质出口温度控制系统,改进算法控制性能显著优于其它控制方法,抗干扰能力得到了大幅提高.     

换热网络的分析

通过对换热网络的研究发现，当物流有分流时，换热网络分析的数学模型为非线性规划问题。本文给出换热网络分析的非线性规划模型，同时优化各路分流的流量及换热单元进出口温度。经模型转化，用复合形法与线性规划法的双层组合求解，成功地解决了换热网络分析中非线性规划的求解问题。经实例考核计算证明，本文所建立的数学模型是正确可靠的，使用的双层组合法与其它方法相比，方法简单实用，结果准确，可在工程研究、设计中应用，分析后所得的最佳参数可大大提高换热网络的热回收量，节能效益十分显著。     

Artificial neural network control of a heat exchanger in a closed flow air circuit

This paper experimentally investigates the control of a heat exchanger in a closed flow air circuit. The temperature inside the test section of the test facility has been maintained at a set value by variation of air flow rate over the heat exchanger tube surface and the water flow inside the heat exchanger tubes. The neural network based control has been implemented in a Labview platform and compared with the PID control. The performance of the controller has been investigated for multiple changes in set points and under externally imposed disturbance. The neural network based control has higher speed of response and the steady-state error for the neural network control has a smaller average value than that of the PID control. The control action based on the neural network technique shows less oscillation in comparison to that of the PID based control. Dual actuations, i.e. both air flow and water flow control, have better performance than that with single actuation, i.e. either air flow or water flow control. Both the ANN and PID based control are equally robust in the presence of externally imposed disturbance.     

换热网络综合方法的研究进展

随着对合理、经济利用能源、资源要求的不断提高,换热网络综合引起了人们的高度重视。本文对过程工业非常重要的过程集成问题——换热网络综合,总结了过程热集成常见的3种方法:夹点设计法、数学规划法以及人工智能法。并分别对这3种方法在发展过程中的研究内容和设计方法及其取得的研究成果进行了讨论。最后从工业应用角度对不同的方法做了比较及评价。     

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。     

换热网络的一般结构模型

本文在定义了矩阵的元积运算和网络参数状态矩阵,推导了相应的运算法则之后,在单台 换热器的热量、质量平衡基础上,推导了适用于任意结构的换热网络模型.同时,提出了一种 新的建模方法.