基于状态空间超级结构的多流股换热网络最优设计

多流股换热器以其结构紧凑、高效低耗等特点,成为过程强化研究的热门领域,但对于多流股换热的过程与设备优势所在仍然值得商榷。基于多流股换热匹配改进状态空间超级结构,将多流股换热网络综合转化为超级换热器设计。首先,构造级联多流股换热器匹配过程操作算子,通过相邻换热流股匹配,传递温位效应,实现多流股间传热严格计算;借助热容流率混合分配机制,实现各流股间任意分混操作。然后,考虑散热因素,改进目标函数,引入冷热损失和保温材料费用项,清晰体现多流股换热器因换热面互相覆盖而带来的外表面封包优势。进而,建立相应非线性数学规划模型,实现公用工程、设备投资、冷热损耗同步优化。最终,通过文献示例对所提方法可行性与优越性进行验证。     

最小年度化费用换热网络综合的匹配规则研究

本文在分析换热器投资费用的基础上，指出在进行换热网络综合时应以壳程数作为一个综合目标，并通过与公用工程费用的权衡得到年度化费用的换热网络，提出了基于最小壳程数的换热网络综合方法的匹配规则，指出了为获得最小壳程数，冷热流股进行匹配的最大可能交叉程度以及流股间进行匹配的顺序，并提出了不可行匹配的基本准则，通过实例分析得到较好的效果。     

低温多股流板翅式换热器设计优化方法研究进展

针对多股流体流动换热、复杂翅片结构优化、多重通道排布匹配以及低温工程应用等特点,本文归纳分析了低温多股流板翅式换热器结构设计中凸显的流股换热匹配、通道分配排列、多物理场叠加以及低温特殊工况下的应用等问题。总结了在通道结构优化与零部件设计中,通过翅片通道传热流动特性及相关性能评价方法来指导结构选型。文章还深入分析国内外现状,讨论了板翅式换热器的研究热点与发展方向。文章指出低温多股流板翅式换热器应用于大型空分等石化工业流程中优势明显,可显著提高气体液化率,降低实际能耗,进而提升系统运行效率。因此,对于实际应用中可能遇到的设计问题,应考虑结合局部换热网络与多流股匹配、翅片结构设计与通道排列算法优化、多场仿真与试验研究等手段形成合理优化方法和设计框架,来摆脱目前传统经验试凑所带来的限制。     

乙烯装置预冷系统换热网络的节能优化

利用虚拟温度法(流股有效温位)对国内某乙烯装置冷箱系统进行用能诊断分析,找出过程系统的用能"瓶颈",并针对低温过程传热温差较小以及冷公用工程采用中间公用工程的特点,提出了低温过程多流股换热器网络的综合方法;该方法能够有效的利用冷热流股的有效温位,使冷公用工程的操作费用达到最小,得到合理的换热网络,并且在优化流股传热温差贡献值过程中,考虑了各流股温度、传热膜系数和换热器材质的影响,因此可以用于不同材质、不同传热膜系数低温换热网络的设计和优化;将该方法应用于国内某乙烯装置冷箱系统的综合中,与现场用能情况相比,冷公用工程用量降低了44.5%;结果表明该方法在工程中是可行的.     

分相的多股流LNG绕管式换热器动态模型

为预测海上浮式天然气生产储卸平台(LNG-FPSO)中绕管式换热器的动态特性,建立了一种分相的多股流LNG绕管式换热器动态模型。采用二维矩阵的描述方法建立了行列数为3(n+1)×3(n+1)的对角矩阵和互连矩阵,对多股流换热器传热计算中的物理参量进行数学表达,实现了多股流多相区换热关系的描述。采用分相区的建模方法提出了相边界交错排列下流体与管壁的传热模型和管壁温度的计算模型,实现了冷热流体在并发相变时的传热计算。实例表明该模型能够计算多股流形式的绕管式换热器,并能处理相边界"交错"的情况。与已发表的模型进行仿真对比,计算结果吻合良好,最大偏差小于4%。     

基于最小熵产的多股流换热器通道排列分析及设计

多股流换热器的通道排列一直是其优化设计的重点和难点,本文通过建立其熵产数学模型,分析了多股流换热器换热过程中的上产生机理,得到了熵产与不同通道排列对应性能之间的关系,探讨了基于最小熵产的多股流换热器通道排列的优化设计,同时应用场协同温差均匀性优化原则进行了比较。结果表明,单位换热量的熵产最小可以作为多股流换热器通道排列的优化指标。     

换热器在大型化发展中的深度换热问题讨论

随着硫酸装置朝大型化方向发展,转化工序换热设备的大型化也成为一种必然趋势,由之带来换热器的换热深度受限问题。通过对换热管排冷热流体对流传热与流阻数值的数值模拟,探讨换热器长径比变化对换热深度的影响,在此基础上开发了壳程多通道换热器结构与旋流网板支撑急扩加速流缩放管管壳式换热器,并用于工业生产,实际运用效果良好。     

考虑生产排序的间歇过程换热网络综合与优化

间歇过程换热网络综合是化工系统工程研究的重要部分,设计时需要考虑时间、设备、生产排序等多方面因素,具有一定的复杂性。本文围绕多批次间歇过程的直接换热问题,考虑生产排序的影响,采用覆盖操作和非覆盖操作,通过调整批间隔增加流股直接换热的可能性,减少设备闲置,得到3种不同的生产方案;针对每一个生产方案,采用启发式方法综合得到初始换热网络,并对该网络进行结构调优,提出渐进调优规则,在公用工程费用和设备费用间作权衡,减少换热器个数和流股分流,得到年度总费用最低且换热设备个数较少的换热网络,使其更符合实际应用;将3种生产方案对比,可以发现生产排序对换热网络的影响。最后将所提方法应用于实际算例,验证所提方法的可行性。     

杭州福斯达集团《绕管式换热器》企业标准通过专家评审

<正>绕管换热器是工业装置中的重要设备,由于其结构紧凑、传热效率高、承受高压、可实现多股流换热、具有很好的热补尝能力优点,适用于同时处理多种介质、在小温差下需要传递较大热量且管内介质操作压力较高的场合,如制氧、天然气、煤化工等低温过程中使用的换热设备等。这种设备设计计算过程复杂、结构特殊、制造难度大,目前国内掌握该项产品技术的厂家较少。杭州福斯达实业集团有限公司通过与高校合作、引进人才,自主研发和掌握绕管式换热器的设计、制造技术,成功研     

缠绕管式换热器的特点与发展

缠绕管式换热器是一种结构紧凑的高效换热设备,具有管束补偿性好、管内的操作压力高、可同时实现多股流的热交换等优点,广泛应用于煤气化废热回收、空气分离、氢液化、稀有气体分离、低温甲醇洗、液氮洗等领域。本文着重介绍了缠绕管式换热器的结构、优点、缺点以及国内的发展情况。     

低温过程多流股换热器网络综合

多流股换热器主要应用在低温过程领域.本文针对低温过程换热器网络的特点,基于流股虚拟温度的T-H图提出了利用遗传/模拟退火算法进行低温过程换热网络综合的方法.低温过程传热温差较小,在流股温差贡献值的选取上充分考虑了流股热力学平均温度的影响,使其取值更加合理;冷公用工程的利用不同于常温换热网络,温度越低其相应的费用越高,通过采用分批-逐次利用的原理分配冷公用工程,得到冷公用工程的温位及相应的匹配位置,能够有效地利用过程系统的传热温差,降低换热网络的操作费用;该方法利用虚拟T-H图法产生初始解,具有决策变量少,产生初始解均为可行的特点,能显著提高遗传模拟退火算法的计算效率,并适用于不同材质、不同传热膜系数网络的设计和优化;以国内某乙烯装置脱甲烷塔预冷系统综合为实例进行了分析.     

柔性换热器网络综合与清洗时序安排同步优化

提出在柔性换热器网络设计时考虑设备投入运行后实施在线清洗时序安排的同步优化方法,实现换热器网络动态综合。为降低该问题计算的复杂性,提出采用两阶段法。第一阶段利用虚拟温-焓图法初步综合获得考虑设备结垢过程和流股入口温度、热容流率发生变化时的多周期柔性网络,在同步优化之前识别出较优匹配候选。第二阶段,换热网络结构、设备面积和清洗时序安排利用遗传/模拟退火算法进行同步优化。通过积分方法来计算随时间变化的公用工程消耗,所建立的数学模型因此比以往文献更加严格。计算实例表明,所提方法有效降低年度总费用,同时能够解决大规模柔性换热器网络综合问题。     

多流股换热器网络综合方法在原油预热系统中的应用

以原油常减压蒸馏装置原油预热网络为研究对象,进行了多流股换热器网络的实例综合. 基于超结构物理模型建立了改进的多流股换热器网络综合数学模型,提出将该网络综合问题由混合整数非线性规划问题转化为简单的非线性规划问题的求解策略,并利用改进的遗传/模拟退火新算法进行了原油预热网络的综合. 与Hextran软件的综合结果以及现场换热网络的对比表明,本模型和求解策略可以应用于工业规模的多流股换热器网络综合,有可能取得较好的经济效益.     

低温甲醇用系列缠绕管式换热器的研究与开发

针对煤制甲醇等煤化工领域内的低温甲醇用系列缠绕管式换热器的研究开发现状及进展进行论述;举例说明甲醇-甲醇冷却器、低温循环甲醇冷却器、未变换气冷却器、变换热气冷却器及原料气冷却器等多股流、多相流、低温高压交叉换热用缠绕管式换热设备的基本设计方法和内部多股流换热工艺流程;对不同介质、不同用途的低温甲醇用缠绕管式换热器和螺旋缠绕管束总体结构特征及其工作原理进行阐述;为低温甲醇领域内缠绕管式换热器的设计计算提供参考;展望低温甲醇用系列缠绕管式换热器的重要研究方向和需要进一步解决的关键科学问题。     

新型缠绕管式换热器管板与换热管连接接头的研制

分析总结了换热器管板与换热管的连接方式和特点以及内孔焊的优缺点,确定了单股流缠绕管式换热器在低温高压工况下管板和换热管最佳的连接方式,为单股流、多股流缠绕管式换热器在其他特殊工况下管板与换热管的连接方式和焊接方式提供制造经验和参考。     

天然气液化用绕管换热器建造技术标准分析

绕管换热器具有单位体积换热面积大、传热效果好、温差补偿性能好、操作弹性大、易实现多股流大型化的优点,成为大型天然气液化工厂的主低温冷箱。LNG(液化天然气)绕管换热器将气态、常温的天然气冷却至-162℃,得到液态的LNG,是天然气液化工艺装置的核心设备之一。国内绕管换热器设计建造标准的缺失制约着该设备在天然气处理行业的应用。简述了LNG绕管换热器材料选型、建造、验收环节技术要求。     

天脊推出板翅式换热器优化技术

采用高效能设备是化工行业节约能源、降低消耗的主要途径之一，而板翅式换热器是大型深冷装置的首选设备之一。天脊集团开发成功板翅式换热器及其工艺流程，并投入应用。这种换热器具有结构紧凑、单位体积换热面积大的特点，在多相、多流股介质的操作单元中广泛应用。据估算，这一优化技术应用后，装置可增产合成氨60t／d。     

基于夹点技术与超结构模型的多程换热网络最优综合

基于热力学原理,以夹点技术为基础结合数学规划法,采用两步法综合多程换热网络。第一步在多程换热网络热力学分析的基础上优化求解最小温差,计算公用工程用量。第二步将求得的最小温差作为夹点温差,将网络分为夹点之上和夹点之下两个子网络,建立多程换热网络的超结构模型,确定流股匹配并优化网络配置。最后,以换热网络总费用最小为目标,连接两个子网络,权衡设备投资费用和操作费用,综合多程换热网络。该方法基于热力学原理,改进了夹点技术在多程换热网络综合中的应用,进而实现了多程换热网络的自动综合。示例分析证明了本文所提方法的有效性。     

基于夹点技术与超结构模型的多程换热网络最优综合

基于热力学原理,以夹点技术为基础结合数学规划法,采用两步法综合多程换热网络。第一步在多程换热网络热力学分析的基础上优化求解最小温差,计算公用工程用量。第二步将求得的最小温差作为夹点温差,将网络分为夹点之上和夹点之下两个子网络,建立多程换热网络的超结构模型,确定流股匹配并优化网络配置。最后,以换热网络总费用最小为目标,连接两个子网络,权衡设备投资费用和操作费用,综合多程换热网络。该方法基于热力学原理,改进了夹点技术在多程换热网络综合中的应用,进而实现了多程换热网络的自动综合。示例分析证明了本文所提方法的有效性。     

功热交换网络综合的研究进展

功和热是化工工业中使用能源的两种最主要方式,由于流股压力、温度操作需要消耗大量的功热,因此研究功热的协同利用对于提高过程整体能源利用率具有重要的意义。本文首先概述了基于热力学分析的功热交换网络综合的研究情况,以系统?耗最小为目标探讨压缩机、膨胀机优化配置与换热网络用能瓶颈的耦合关系,揭示了功热协同利用的作用机制。然后系统地总结了以年度总费用最小为目标的数学规划模型综合功热交换网络的研究进展,探寻压力操作路径、流股功/热交换匹配、公用工程消耗量及设备投资之间的有效权衡;最后对后续研究进行展望,指出可进一步探究考虑流股冷热性质判定的功热交换网络同步综合、公用工程系统优化与功热交换网络同步设计的耦合等。