夹点技术在LNG分馏换热能量优化中的应用

在天然气液化技术工程化研究中,LNG分馏工艺较复杂,且设备种类较多,存在热量利用不充分,公用工程消耗量大的问题,为了节约能源需要对换热网络进行改进。先使用HYSYS软件对分馏工艺进行模拟,得出系统工艺参数,分析现有换热网络能量消耗,得到最小换热温差,再运用夹点技术对分馏区换热网络提出了改造方案。通过改进和优化,充分利用脱乙烷塔底物流的冷量,将分馏区热公用工程消耗量降低了15%,冷公用工程消耗量降低了8%,使用夹点技术对系统工艺和设备参数优化的研究得到了良好的节能效果。     

蜡油加氢装置换热网络分析与优化

洛阳石化蜡油加氢装置由反应、分馏、富氢气体脱硫、热回收和产汽系统以及装置公用工程部分等组成,设计年加工能力220×104t/a,以减压蜡油、焦化蜡油和脱沥青混合油为原料,采用抚顺石油化工研究院开发的FFHT蜡油加氢处理工艺技术,催化剂采用FF-18型,主要生产低硫含量的精制蜡油,同时副产少量石脑油和柴油,富氢气体经脱硫后送至制氢装置作原料.利用换热网络优化软件PINCH2.0,对蜡油加氢装置换热网络进行模拟,得出现行工艺条件下换热网络最小冷却公用工程和最小加热公用工程用量,提出以现行换热网络的操作工艺为基础,停运分馏塔进料加热炉,提高反应进料加热炉热负荷,在不增加装置换热网络换热器换热面积前提下,充分利用装置现有换热器换热面积余量,增大换热器的换热负荷.实施换热网络优化方案后,降低蜡油加氢装置耗能105.5kg标油/h,年运行时间以8400h计算,年实现节能886.2t标油,标油价格按照3600元/t计算,年实现经济效益319万元;装置进料量按照295t/h计算,则降低装置综合能耗0.358kg标油/t原料.     

利用夹点技术优化蒸馏换热网络

介绍夹点技术设计的基本原理及设计原则,采用Aspen Hx-net软件,运用夹点技术对某炼油厂常压蒸馏装置换热网络进行优化分析,确定最优传热温差△Tmin、最小公用工程用量和夹点位置,并对换热网络进行了优化.装置运行情况表明,优化后的换热网络节能效果明显,装置投资回收期仅8个月.     

基于Matlab的夹点分析法研究换热网络

利用Excel软件,采用夹点技术对换热装置及换热网络用能进行诊断,并计算出系统存在的节能潜力。运用Matlab软件,编制出一个适用于任意多流股换热优化的.m函数文件。通过该程序,文件能够快速准确地计算出任意换热系统所需最小公用工程热物流和所需最小公用工程冷物流的流量,并得出当前系统的换热节能潜力,为新系统的设计和已有系统的改造优化提供快捷的计算及分析工具。     

换热网络模型预测控制中的滚动优化策略

针对换热网络具有非线性、滞后性、约束性等特性,提出将模型预测控制算法应用到换热网络的控制中,并对其滚动优化策略进行深入研究。首先,建立以综合费用最少的换热网络模型及目标函数,然后引入最速下降法对换热网络进行优化,以获得下一步的最优旁路开度,实时计算,实现换热网络模型预测控制中的滚动优化策略。通过算例证明:采用滚动优化策略能够快速、准确地计算出每一步的最优旁路开度,在保证出口温度达到目标值的同时使系统经济效益有所提升。     

夹点理论及其在换热网络中的优化分析

本文主要介绍了利用夹点技术设计换热网络的原则及需要注意的问题,并利用夹点技术对乙烯生产原有换热网络进行夹点分析,研究换热网络利用的瓶颈,找出换热网络不合理的环节和原因。经优化改造后新增4台换热设备,新增设备及改装费用约2 900万元,但每年节约公用工程费用2 949万元,回收期为一年,故改造合理,节能明显。     

增设旁路的换热网络运行优化

通常情况下换热网络系统是按照特定的参数设计的,但实际工程实施中往往有很多因素影响运行工况偏离设定值,造成原网络结构无法满足出口温度或者使得运行费用大大增加,因此运用旁路控制是改善网络操作弹性、调节物流出口温度和节能降耗的有效方法,而如何确定旁路位置是人们关注较多的一个问题。提出以运行费用为优化目标,以所有潜在旁路开度为调节变量进行优化计算,从而确定旁路位置及数目的设计方法。实际算例说明,通过增设旁路优化不仅提高了换热网络自由度和可控性,其运行费用也平均降低了2.2%,说明所提出方法对改善网络操作弹性和节能降耗的有效性。     

炼油厂加氢脱硫工艺夹点分析与节能

炼油厂加氢脱硫工艺换热网络能量流密集、能耗高,对该工艺进行过程集成节能研究,具有重要意义.对加氢脱硫工艺换热网络的夹点分析说明该换热网络存在跨越夹点的热量传递.对某煤油厂汽油加氢脱硫工艺换热网络进行调优并提出了节能技术方案.基于过程集成节能提出的换热集成节能措施可有效降低加氢脱硫工艺能耗,去掉了加热炉,节约加热公用工程量541.56 kW,冷却公用工程量减少637.53 kW.     

进化概率差异化策略优化有分流换热网络

强制进化随机游走算法优化换热网络时具有程序简单、全局搜索能力强等特点,但在优化过程中不同的进化阶段对进化概率需求不同,算法中设置单一的进化概率难以满足实际进化需求。因此,提出一种进化概率差异化策略,该策略的核心思想是智能识别流股的换热程度,动态调整进化概率,对存在公用工程的流股强制参与进化,使算法在前期具有较强的结构搜索能力;完全换热的流股通过降低进化概率,提升算法全局的精细搜索能力。采用15SP和39SP算例进行验证,所获年综合费用分别为1 494 690和1 894 477$/a,验证了该策略能够提升算法的优化效率与质量。     

换热网络优化的随机摄动方法及其应用

启发式算法在处理换热网络问题时具有可操作性强、搜索域大等优点,但由于局部解众多,算法很难寻得全局最优。本研究基于强制进化随机游走算法,以费用下降为强制进化方向,按照换热量最小,公用工程、流股匹配回路是否存在的优先顺序确定摄动对象;并以一定的概率对其进行随机地换热量线性变化或直接消去。重复寻找原结构下的更优分布或者新的网络结构。此外,引入梯度近似公式提高随机摄动方法的搜索精度。最后,通过计算10股流和20股流算例得到相较文献更低的年综合费用,分别为5 586 942和1 739 079$/a,证明该方法能够有效地促进换热网络结构进化,得到更优的网络结构。     

考虑压降的换热网络优化设计

提出考虑压降的有分流换热网络合成的优化策略,在分级超结构的基础上,建立换热网络同步综合的MINLP数学模型,以年度总费用最小为优化目标,采用改进粒子群算法对模型求解,并通过两个算例验证了模型和方法的有效性。     

换热器网络优化研究进展

本文阐述了国内外换热器网络研究的最新进展,详细比较了研究换热器网络的两种不同的方法,还对换热器网络的动态特性研究做了简要介绍。作者认为：把窄点理论和混合整数非线性优化应用在其它动力系统如：制冷、空调、热泵、热电联产等,并对这些系统的节能也有一定的帮助。最后指出了换热器网络研究的发展方向。     

壳管式换热器结构参数的模糊优化设计

本文利用模糊数学中的模糊多目标优化设计理论,对壳管式换热器的主要结构参数进行了模糊优化设计,以保证在满足换热强度的条件下,尽量减少流动阻力损失。     

蚁群算法在换热网络优化中的应用

提出将蚁群算法应用于换热网络优化中,按照相等的能量份额将各股热流体分解成能量集合,热流体能量通过换热器在与冷流体换热的过程中得到分配,换热器单元面积得到相应地调整．能量分配过程中换热网络得到优化,从而使年综合费用减少的换热器面积不断积累,最终形成了一个最优的换热网络结构．通过具体算例验证了该方法的可行性和有效性,最终优化的结果证明该方法具有较强的全局搜索能力,能够应用于复杂换热网络的优化问题中．     

HYSYS流程模拟技术在丁辛醇装置用能优化方面的应用

分析了大庆石化公司丁辛醇装置工艺流程中用能优化的潜力,即可增没换热器,实现温度较低的精EPA与温度较高的粗EPA的换热,充分利用内部循环热能,同时可节约冷却水和加热蒸汽用餐。介绍了利用HYSYS流程模拟技术．通过采用定义虚拟组分来计算增设换热器换热面积的计算方法。根据模拟计算结果,采用换热面积为35m^2的新增换热器,每年节约1．3MPa蒸汽1×10^4t、冷却水28×10^4t。     

Application of Entransy Optimization to One-Stream Series-Wound and Parallel Heat Exchanger Networks

Entransy theory has developed in recent years to describe heat transfer behavior from another point of view. Entransy dissipation is proposed to evaluate the irreversibility of heat transfer and is used to optimize heat transfer processes. We apply this theory to the one-stream series-wound and parallel heat exchanger (HE) networks. The heat transfer optimization for the HE networks includes the distribution of the heat transfer area or heat load. The distribution of the cold fluid flow rate in parallel HE networks can also be optimized. For these problems, physical and mathematical models are set up, analyzed, and discussed with the entransy theory. It is found that the optimization objectives of these problems and the optimization directions of the extremum entransy dissipation principle are consistent. The optimized results for the distribution optimization problem with given heat load are in agreement with the uniformity principle of temperature difference field. Examples of simple one-stream HE networks are given; the distributions of the heat transfer area or heat load are optimized by the extremum entransy dissipation method.     

Optimization simulation of tube-type phase change heat storage unit

列管式换热器具有结构牢固、传热面积大、材料使用适应性强等优点,是相变储热领域应用较为广泛的一种换热器。但由于大部分相变材料热导率偏低,导致换热器的换热性能较差,因此提高相变储热器的储热效率,是目前国内外研究的热点。本工作对列管式相变储热单元进行了二维非稳态模拟优化,研究了换热器结构、翅片数目及中心距3种参数对储热性能的影响,并探讨了熔化过程中相变材料的温度和液相率变化趋势。研究结果表明,与圆形换热器结构相比,正方形换热器储热性能更优;相比于无翅片的储热换热器,添加翅片后储热性能得到显著提升,相变材料熔化时间缩短66%;对中心距而言,在一定范围内,随中心距减小进出口降压增大,但储热性能相应提高。     

Optimization of Flow Direction to Minimize Particulate Fouling of Heat Exchangers

The influence of flow direction with respect to gravity on particulate fouling of heat exchangers is investigated experimentally to determine the optimal flow direction to minimize fouling. Four orientations of flow have been investigated: horizontal flow, upward flow, downward flow, and a flow under an angle of 45°. It is observed that fouling starts at the point of stagnation irrespective of the flow direction, and also at the top of the heat exchanger tubes. Particulate fouling grows from these two points till they meet and the fouling layer covers the whole surface of the heat exchanger tube. Fouling at the upper half of the tubes is much faster than the lower half of the tubes, and the fouling rate is faster at the bottom tubes of the heat exchanger section than at the upper tubes. The best orientation for lingering particulate fouling is the downward flow, where the flow stagnation point coincides with the top point of the heat exchanger tubes and the growth of the fouling layer only starts from one point.     

Performance Optimization of Co-current Gas-to-Gas Micro Heat Exchanger Considering Radiation

Optimization of a parallel flow gas-to-gas tubular micro heat exchanger with hot core and cold annulus fluid is numerically analyzed, considering the beneficial role of surface radiation. Operating and geometric parameters are varied for fixed overall mass flow rate and temperature of cold core fluid, to study the effects on the following performance parameters: heat transferred to annulus fluid, logarithmic mean temperature difference, effectiveness, and volumetric heat transfer coefficient. The micro heat exchanger is optimized for high heat transfer to annulus fluid and volumetric heat transfer coefficient, for different operating and geometric conditions. Optimization for high volumetric heat transfer coefficient maximizes the micro heat exchanger effectiveness, heat transferred and improves logarithmic mean temperature difference.     

Optimization of the design factors for thermal performance of a parallel-flow heat exchanger

The heat and flow analyses of a parallel-flow heat exchanger are performed. Two models with and without considering the effects of the geometric characteristic of flat tube are used. Comparing the two models, the modeling using the heat transfer correlations of flat tubes shows the better accuracy and stability of numerical solutions. The effect of flow distribution on the thermal performance is examined with varying the design factors (i.e., the locations of separators and inlet/outlet, and the aspect ratios of microchannels of the heat exchanger). The flow uniformities along the paths of the heat exchanger are proposed, and are observed to evaluate the thermal performance of the heat exchanger. The optimization using the ALM method has been accomplished by maximizing the flow uniformity. It is found that the heat transfer rate of the optimized model is increased by 6.0% compared to that of the base type and the pressure drop by 0.4%.