多股流换热器网络及其衍生网络法综合优化

在介绍了多股流换热器网络特点及其与传统网络区别的基础上,提出了一种基于衍生网络的多股流换热器网络综合优化方法,重点在衍生网络的生成、多股流换热器网络的合成以及全局优化格式的生成等方面进行了探讨,结果表明,采用衍生网络的方法能够实现多股流换热器网络的优化.     

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。     

换热器网络在非设计工况下的运行

所有的换热器网络(HENs)都是在给定的运行工况下进行设计的.但有时它们并非在设计工况下运行,即某些过程流体进口参数与其设计值存在着偏差,因而其他过程流体进口参数需要进行调节以维持过程流体的出口参数设计值.换热器网络在非设计工况下的运行问题可以分为3种情况:调节参数的个数大于、等于或小于出口目标参数的个数,如果进口参数偏差处于换热器网络的可行域内,那么将可能分别存在一种、多种调节方案,或者不存在调节方案.对于存在多种调节方案的情形,最优的方案需要确定.     

基于工况识别的污水处理过程多目标优化控制

针对污水处理过程中能耗大和罚款高等问题,设计了一种基于工况识别的污水处理智能优化控制系统。为保证工况识别的准确性和实时性,利用自适应遗传算法从多种入水参数中选取参考变量,然后基于建立的历史知识库,对入水实时工况进行识别。针对能耗和罚款的多目标优化问题,基于历史知识的引导,通过智能决策的方法从 p a r e t o 解集中选出最优偏好解,并对知识库进行更新。利用国际基准仿真平台BSM1进行验证,结果表明所提方法有效利用了历史工况的最优解信息,提高了算法的收敛性,降低了计算成本,同时可将能耗和罚款控制在较低的范围。     

多工况氢网络压缩机配置和运行优化

炼油厂在实际运行过程中,加氢装置处理的原料油性质发生变化以及生产负荷调整,都会导致加氢单元耗氢量的变化。构建了具有中间管网的定结构氢网络优化模型,该模型包括供氢单元、氢气公用工程管网/中间管网、压缩机、加氢单元、燃料系统以及它们之间的固定连接关系。在常规氢网络中引入压力为1600 psi（1 psi=6.895 kPa）的中间管网,可以减少一台加氢装置的新氢备用压缩机,设计阶段可少投资一台压缩机,即实现了新氢压缩机的优化配置。针对加氢单元正常/高/低负荷3种工况,对具有中间管网的氢网络进行了优化,得到了不同工况下流股的流量分配和压缩机的启停策略,从而实现多工况氢网络的运行优化。     

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.     

固定管板式换热器的危险工况分析

根据ＧＢ１５１《钢制管壳式换热器》所采用的计算从管板，管子和壳体应力的产生原因进行分析，发现ＧＢ１５１所规定的设计条件的组合不足以包括管子和壳体应力的危险工况。以国外相应的ＴＥＭＡ、ＣＯＤＡＰ和ＢＳ１５１５标准进行对比并用计算实例证实这一分析。     

热负荷和超结构级数对多流股换热器网络综合的影响

多流股换热器网络是一种复杂的换热器网络.在优化的双流股换热器网络的基础上进行多流股换热器网络的综合.在考虑工程应用中换热器热负荷受限制的条件下,通过对换热器网络超结构模型中级数进行合理的取值,来减少遗传模拟退火算法程序的计算量和提高计算效率;同时确定了级数的设定方法.最后将级数的设定方法应用于两个例题,效果良好.     

多工况生产环境报警优化管理

以乙烯装置为例,分析经常切换使用设备和流程的生产工艺,对多工况生产环境下所产生的无效报警提出治理方案,并实现在CS3000系统中的下装,实现多工况报警抑制、报警参数一键切换及报警信息优化等功能,实现了不同生产工况下报警信息的整理、分析和优化,消除了无效报警,提高了生产操作的安全性,降低了操作人员的劳动负荷。     

用遗传算法进行多流股换热器网络综合的研究

建立了多流股换热器网络综合数学模型，该模型改进了文献中等温混合的不合理假设。多流股换热器网络综合问题本质上是一个混合整数非线性规划问题(MINLP)，这类问题的非凸非线性的特性使得目标函数存在多个局部最优解。传统的基于梯度的搜索方法在处理这类问题时由于计算规模庞大且极易陷于局部最优解而不再适用，而遗传算法却为解决这类问题提供了很有希望的一个方向。因而对遗传算法求解多流股换热器网络综合问题进行了研究，提出了可以自动产生可行的多流股换热器网络的方法策略，最后通过两个例题说明所提方法是可行的。     

Bypass control of heat exchanger network under uncertainty

The dynamic control of the heat exchanger network is important for developing energy-efficient and safe industrial processes. In such a system, the control is achieved through the bypass stream around the heat exchanger. This work aims to track the setpoint temperature of the mixed stream by manipulating the bypass fraction of the cold stream around the heat exchanger. The implemented control is in a non-linear model predictive control (NMPC) framework. The first-principles model of a shell and a tube heat exchanger is used. The orthogonal collocation technique is used to discretize the first-principles model into the system of algebraic equations. In this work, uncertainty is also considered in the inlet temperature of the hot stream. The uncertain optimal control problem is dealt with by using a scenario tree-based approximation along with the affine policy-based method. The results show that, under different scenarios of uncertainty, the controlled variable efficiently tracks the setpoint. In comparison, considering the same scenarios of uncertainty used, the deterministic optimization approach shows significant deviation in the controlled variable from the setpoint as time passes.     

带有热储罐的间歇过程换热网络综合

间歇过程流股对时间的依赖性增加了其换热网络综合的难度。提出了一种采用间接换热进行换热网络综合的方法,且考虑了直接换热,同时提出了合并热储罐的方法,并利用热储罐的特点合并间接换热中的换热器,用以减少设备费用,以热储罐中介质的温度为变量以年度总费用最小为目标函数建立非线性规划数学模型,确定热储罐内介质温度,最后将该方法应用于实例中证明此方法的有效性。     

一种分步匹配的换热网络优化方法

针对复杂换热网络全局优化中可操作性、优化效率与优化质量三者间的矛盾问题,基于换热网络优化中的最佳温位匹配的原则,提出了一种复杂换热网络分步优化方法。该方法将复杂的网络集成问题分解为以冷(热)流体数目为基础的多个单一流体匹配优化的子问题,以最优匹配优选的原则进行网络结构的分步生成,最终获得网络的总体结构。结果表明,以优选匹配的换热网络结构优化结果优于焓差匹配、温位匹配的结果,匹配的原则中,优选匹配要作为首选的匹配原则,可以避免前两种匹配原则上的匹配失当,该方法极大地提高了复杂换热网络优化的可操作性,优选匹配顺序使得分步优化能够取得更高的质量。     

与换热网络热集成的精馏塔压优化

调整精馏塔的操作条件是节省塔能耗的有效途径之一,然而在对已有装置进行用能优化时,需同时考虑精馏塔操作条件对塔能耗和换热网络能耗的影响。基于装置所有流股的冷热复合曲线,针对跨夹点的精馏塔,同时考虑了精馏塔的再沸、冷凝以及过程流股,分析了塔压变化对装置公用工程消耗的影响,并对某连续重整装置汽提塔进行了案例分析。结果显示,塔压降低可使冷凝器能耗增加,再沸器能耗减小,而对于塔顶塔底出装置流股,塔压降低可节省冷却公用工程但增加加热公用工程。装置总体的节能效果为塔顶冷凝器、塔底再沸器和塔顶塔底出装置流股节能效果的综合作用。对某连续重整装置汽提塔分析表明,塔压降低200.0 kPa时,其加热公用工程用量将减少577.5 kW。     

应用于换热网络优化的并行双层RWCE算法

换热网络规模越大,其解空间内极值点呈指数性增长,优化时不仅要求算法具有强大的全局寻优能力,局部解空间的高精度搜索也不可或缺。鉴于强制进化随机游走算法(RWCE)优化换热网络时难以兼顾局部搜索能力、易导致遗漏最优解的现象,同时为增大算法优化大规模换热网络的种群数量,本文将精细搜索和并行计算相结合提出了并行双层RWCE算法。算法基于多核并行技术,通过并行线程分配建立基础层和精细层,基础层在并行计算技术加持下,算法全局搜索能力大幅提升,精细层将基础层当前最优解实时精细搜索,避免了原算法差解代替优解现象。最后通过两个算例进行验证,结果表明并行双层RWCE算法不仅具有更强的全局搜索能力,且兼具高精度的局部搜索能力,在优化进程中有效保护了最优解。     

基于节点配置策略的有分流换热网络优化性能探析

应用节点非结构模型（nodes-based non-structural model,NNM）优化换热网络时,合理地配置节点参数（分流组数和分支数）可辅助算法以更高的效率获得更优的结果。然而,NNM模型的设置中,所有热流股共用一组节点参数,所有冷流股共用一组节点参数,因此无法定制化地满足每一个流股对分流的需求。为提高网络中节点的利用率,本文提出了节点配置策略。该策略可根据流股热容流率对流股上的分支数及其组数进行调整,减少无效结构对优化的阻碍,使算法在优化初期快速获得潜在优势结构,提升优化质量。通过10SP和15SP算例验证策略的有效性,所获结果比文献最优结果分别低340USD/a和2285USD/a,且低于同参数下无该节点配置策略的NNM模型所获结果,从算例分析可知该策略可有效辅助提升算法的优化性能,以获取更优的优化结果。     

考虑热泵设置的换热网络分步改造及其多目标优化策略

为了研究热泵设置对换热网络系统节能和CO₂减排的综合影响,建立了以换热网络年度化的改造费用和新增CO₂排放量最小为目标的多策略分步改造的多目标优化模型。以酮苯脱蜡装置的换热网络改造为例,阐明了本文所提方法的有效性,并获得了经济性和CO₂排放量目标权衡的Pareto曲线。本文还对热泵在换热网络中的设置位置进行了讨论,对比和分析了换热网络优化、热泵设置和燃料替换3种改造策略的经济性、减排效果以及节能效果。该方法可为过程工业系统的节能和CO₂排放控制策略的制定提供理论依据。     

采用换热器负荷图指导换热网络改造的新方法

目前大部分图形工具仅适用于以节能为目标的换热网络(HEN)设计或者改造。能量回收量的增加往往伴随换热单元数的增多,而换热单元数对设备投资费有较大影响。采用换热器负荷图(HELD)提出一种系统化的换热网络改造新方法。新方法基于夹点分析,在改造区间中选择匹配目标,重新构建改造用HELD,从而简化问题;通过在水平方向上平移热流股曲线实现跨夹点负荷的重新分配,完成节能目标,并结合经验规则,尽可能减少改造后换热网络的换热器数目。以一个工业造纸厂为例,对其进行节能改造方案设计,相较于文献报道结果,得到两个节能目标值相近且换热器改动数目更少的新方案,验证了新方法的有效性。