考虑污垢影响的换热器网络清洗时序优化研究进展

在化工生产中,换热器存在普遍结垢现象,这给生产和操作带来了一定的损失。通过定期清洗换热设备,能够有效地减少损失。本文首先对换热设备表面结垢及应对方法进行介绍,在此基础上系统地概述了国内外换热器网络清洗时序优化的研究进展及其应用情况,并且对现有的求解方法及开发软件进行对比分析。最后针对目前研究状况,本文提出了几点展望。     

换热器网络设备面积与清洗时序同步优化

表面结垢会严重影响换热器的传热效率,定期清洗是解决该问题的主要方式.针对以往换热器网络清洗时序优化方法中用于决策的整型变量较多而难以求解的问题,提出以换热器清洗的最大允许污垢热阻为优化变量,取代表示换热器是否清洗的二进制变量,将混合整数非线性规划问题转化成非线性规划问题,能够有效地减小问题规模,降低求解难度.优化过程中兼顾换热器网络的设计型与操作型问题,采用遗传/模拟退火算法同步优化换热器的面积与清洗时序.将该方法用于一个实例,所得年度总费用与文献基本一致,验证了该方法的有效性.     

换热器结垢与清洗

文章筒述了换热器结垢的原因和类型,其中结垢原因主要有流体速度、流体性质、传热壁面的温度以及换热设备的参数等;污垢的基本类型有析晶污垢、微粒型污垢、化学反应污垢、腐蚀型污垢、生物型污垢以及凝固污垢等;分析了常用的除垢方法有机械清洗、物理清洗、化学清洗。     

换热器在线清洗

介绍了沈阳石蜡化工有限公司换热器在线清洗方案的制定过程及清洗结果.实际结果表明,使用H2SO4、乌洛托品、NaHCO3、TS-106对换热器进行清洗,具有很好的清洗、剥离作用.通过在线清洗延长了换热器运行周期,提高了经济效益.     

板式换热器的清洗与维护

介绍板式换热器的清洗程序、清洗液的配置、酸洗工艺条件的选择及化学清洗中注意事项,分析板式换热器的重要部件及其功能,提出对换热器的日常维护措施.     

管式换热器化学清洗实例

以某厂管式换热器清洗为例,以清除换热器中有机物以及水垢为目的,对换热器进行清洗.用碱液脱脂,用柠檬酸,缓蚀剂作为清洗剂除垢.按照一定的工序进行,介绍了清洗的方法和工艺条件,例证了管式换热器的化学清洗工艺.     

板式换热器的化学清洗

对各类板式换热器化学清洗进行评述,并介绍了清洗时的特点及其具体应用。     

不确定性下基于多工况优化的可控性换热器网络综合

换热器网络在化工生产过程中起着能量回收、节能降耗的重要作用。常规换热器网络综合方法以经济性为目标进行参数和结构优化,导致换热设备之间的强烈耦合从而引起潜在的控制困难。此外,在实际生产中,无论是单个换热设备还是整个网络都不可避免地受到一些不确定性因素的干扰,故能够抵御这些扰动的可控性换热器网络是至关重要的。通过考虑网络结构与可控性之间的相互作用,提出可控性换热器网络综合方法,并基于多工况优化探究了决策变量对网络结构的影响。然后以柔性指数衡量扰动存在情况下换热器网络操作可行性,进一步优化换热器网络结构以抵御不确定性因素的干扰。最后,通过算例分析验证了该方法的可行性与有效性。     

初探高温换热器清洗

介绍甲胺系统高温换热器的清洗方法,针对清洗效果状况,提出清洗难点和不足,并初步解决了高温换热器清洗问题。     

氯碱厂石墨换热器的化学清洗

盐酸装置石墨换热器的列管内的结垢是一种以Fe2O3为主要成分的难溶垢,讨论了用SH-003清洗方法和在呼和浩特化工总厂石墨换盐器的清洗应用。结果表明,SH-005化学清洗方法是清除这类污垢的有效方法。     

柔性换热网络综合与清洗计划同步优化(英文)

A novel methodology is presented for simultaneously optimizing synthesis and cleaning schedule of flexible heat exchanger network (HEN) by genetic/simulated annealing algorithms (GA/SA). Through taking into account the effect of fouling process on optimal network topology, a preliminary network structure possessing twofold oversynthesis is obtained by means of pseudo-temperature enthalpy (T-H) diagram approach prior to simultaneous optimization. Thus, the computational complexity of this problem classified as NP (Non-deterministic Polynomial)-complete can be significantly reduced. The promising matches resulting from preliminary synthesis stage are further optimized in parallel with their heat exchange areas and cleaning schedule. In addition, a novel continuous time representation is introduced to subdivide the given time horizon into several variable-size intervals according to operating periods of heat exchangers, and then flexible HEN synthesis can be implemented in dynamic manner. A numerical example is provided to demonstrate that the presented strategy is feasible to decrease the total annual cost (TAC) and further improve network flexibility, but even more important, it may be applied to solve large-scale flexible HEN synthesis problems.     

考虑系统可靠性分析的柔性换热网络综合

基于虚拟温-焓图法与遗传/模拟退火算法,提出了一种考虑系统可靠性水平的柔性换热器网络综合方法。为简化求解问题的复杂度,首先通过虚拟温-焓图法得到了柔性网络匹配,对于得到的网络结构,通过网络结构的连接矩阵分析网络之中的连接状况,搜索出换热网络中存在关联的换热器单元,以关联的换热器作为主线识别出网络之中不相关的子系统,根据包含换热器单元个数最多的不相关的子系统含有换热器的数量,计算出换热网络系统的可靠性。对于未能满足网络系统可靠性要求的网络结构,通过去掉与其它换热器相关联总数最多的换热器,进行网络解耦,改变换热网络的关联状况,提高了系统的可靠性。换热网络结构改变后,采用遗传/模拟退火算法对热负荷回路中相关换热器的热量分配和换热面积进行计算,得出满足系统可靠性需求,并且总费用最为节约的网络结构。本文所提出的方法可以将需要改善系统可靠性的网络结构系统可靠性提高至设计的容许范围,适用于包含系统可靠性分析的柔性换热网络综合。计算实例表明了所提方法的实用性与可行性。     

基于群体智能算法的换热网络同步最优综合

换热网络同步综合方法一般需要建立复杂的混合整数非线性数学规划模型,该模型具有非凸、非线、不连续的特点,属于最难求解的一类NP-hard问题,应用传统的优化算法很难确定其全局最优解,尤其是对大规模换热网络综合问题,甚至无法在合理时间内接近全局最优的局部最优解。针对换热网络同步综合问题,提出基于群体智能算法的分层优化策略,外层采用离散粒子群算法与遗传算法相结合的混合群体智能算法优化换热网络结构,内层在结构变量给定条件下利用改进粒子群算法优化冷热物流分流比与换热负荷。两个典型算例研究证明了该方法能以较高的效率和稳定性得到较好的优化结果。     

考虑关键换热器备用的原油预热系统清垢周期优化

原油结垢是原油预热过程面临的一个严峻问题,它使换热器的传热系数降低,影响正常的生产过程。应对原油预热过程的结垢问题最普遍的方法就是对换热器进行周期清洁,并优化清洁周期。许多结垢严重的行业都采用换热器备用的方式来减少因换热器离线造成的热回收减小,但原油预热系统尚未考虑,因而进一步考虑了关键换热器的备用来进行原油预热系统清垢周期优化。首先选取关键换热器,再通过模拟退火算法进行清洁周期优化。应用所提出的方法对简化的原油预热系统进行了清垢周期优化,结果显示,考虑换热器备用时所得到的清垢周期经济效益更好。     

蒸发式空冷器的在线清洗预膜

根据蒸发式空冷器结垢状况,采用化学清洗预膜和高压水射流清洗相结合的方法,有效防止了空冷器发生二次腐蚀.保障了设备正常、安全运行.