多周期操作工况下无分流换热网络的弹性设计

提出了基于多周期无分流换热网络的超结构形式及弹性设计方法——同步优化方法。首先建立网络多周期操作工况下的超结构模型，然后用遗传算法对上述模型进行求解。该方法能自动地合成多周期操作工况的换热网络最优流程结构。通过某个换热网络的最优合成设计，说明方法的有效性和应用前景。     

基于专家系统与遗传算法的有分流换热网络的最优综合

提出了基于专家系统的网络有分流的超结构模型及换热器网络同步最优综合设计的方法，先通过专家系统确定物流的分流及匹配禁止情况，在此基础上建立了网络有分流的超结构模型再用遗传算法对上述模型进行求解，最后用分解协地对网络结构和匹配单元同时进行优化，该法不仅能自动地合成有分充的换热网络的是优流程结构，且能同时满足网络的各种工艺限制条件，并通过某个换热网络的最优合成设计，说明本方法的有效性和应用前景。     

工业规模换热网络的计算机自动合成─—双最小换热温差法

分析了采用双最小换热温差合成换热网络的原理。此原理允许能量穿越伪Ｐｉｎｃｈ点进行冷热流股匹配而不会招致外供能量的增加，因而可以把网络作为一个整体进行合成，从而可减少换热单元个数和避免不必要的分流，使得合成后的网络更加简洁和年操作费用下降。在此基础上，本文提出了一种设计价格最优换热网络的计算机自动合成方法，能对工业规模的换热网络进行自动合成。     

换热网络最优合成研究的进展与展望

综述了换热网络最优合成研究的内容和方法，展望了今后的研究方向。讨论了求解换热网络最小公用工程消耗量的三种方法；比较了求解换热网络的最优窄点温差△Tmin,opt的两种具有代表性的方法；对在给定窄点温差△Tmin条件下换热网络匹配的方法进行了阐述，指出了各自的优缺点；最后指出了以强调交叉学科协同来指导换热网络最优合成的研究，指出了数学规划法和人工智能法交叉协同的研究策略。     

换热器网络的最优合成设计及其应用

对换热器系统的最优合成设计问题进行了探讨,其目的在于使当代的夹点设计试探法朝着优化数学模型的最优合成设计方向发展。首先应用线性规划方法确定夹点位置,计算最小换热单元个数,确定各个换热单元所对应物流匹配及其换热量;其次对既定网络进行了最优设计,找出最优操作参数,优选各换热器。最后,对常减压蒸馏装置的原油换热系统进行了最优合成设计。     

考虑物流间长距离匹配的换热网络最优合成

针对实际换热网络合成中存在的物流长距离匹配问题进行了探讨,指出当两匹配物流间的物理距离过长时,在网络合成时应该考虑长距离匹配的管线成本;提出了长距离物流匹配与否的准则, 进而又进一步提出了同时考虑冷、热物流长距离匹配的换热网络最优合成的分步优化的策略。通过一换热网络最优合成的实例,证明本方法的实用性。     

低灵敏度换热网络的最优综合

本文运用系统工程的理论发展了一整套简捷有效的低灵敏度换热网络的最优综合方法。该方法适用于新建和改造的设计任务。运用所发展的方法,完成了某炼油厂常减压装置换热器网络的节能改造设计工作。改造后的实际运行表明,该网络具有换热效果好,灵敏度低(对外界变化的适应能力强),阻力降低等优点。     

弹性换热网络的直接合成方法

通过对弹性网络性质的分析，提出了一种直接合成弹性换热网络的方法。该法简单，具有普遍性。在弹性结构基础上，用４种极端条件确定网络中的加热器、冷却器及换热器的最大换热面积，以使换热网络具有足够的弹性。     

塔河一号联合站天然气处理装置参数优化研究

对换热网络的传统夹点设计法进行了改进。将换热网络组合曲线分成若干段单独处理,以温差均匀性因子作为评价指标设计各段网络结构,将各段设计的结构及远离夹点处的匹配组成完整的换热网络初始结构,采用牛顿法优化初始结构的换热器单元,以达到调优的目的,最终获得具有最优年综合费用的换热网络结构。通过具体算例表明,依据温差均匀性原则设计的换热网络具有较好的换热性能,且最终的年综合费用优于其他文献报导的数据,验证了该方法的有效性。     

基于温差原则的换热网络分步综合策略

在温差原则的基础上,提出了一种换热网络的分步综合策略。采用蒙特卡罗随机抽样技术优化获得换热网络的初始结构,在此初始结构的基础上利用换热网络的温差原则逐步生成新的换热器改变网络结构,每步都结合牛顿法对整个网络进行优化,以此权衡设备投资费用与公用工程费用来获取具有最优年综合费用的换热网络设计结构。两个具体的换热网络算例表明,分步综合策略能够提高换热网络的总换热量,实现能量的综合利用;优化结果与文献值相比,设备投资费用明显减少,从而能获得最优的年综合费用。     

基于系统分解方法的换热网络分析与应用

针对己有的换热网络的结构，提出了一种基于系统分解方法的换热网络分析方法，它是把整个换热网络结构分解为若干子换优化分析，使热回收量达到最大，并获得换热网络中各换热单元的最优操作参数。     

同时考虑控制性能的有分流换热网络的合成研究

提出了同时考虑网络控制性能的有分流换热网络的合成策略和方法。建立了基于专家系统的网络超结构及其同步优化的数学模,通过迭代求解可自动合成满足所要求的网络控制性的换热网络最优结构,实现了结构和网络控制同步优化的目标。     

换热网络操作夹点的求解与分析

从操作的角度研究换热网络结构已定或网络正在运行情况下的操作夹点,在验证了管壳式热交换器动态机理模型有效性的基础上,提出基于动态机理模型,应用MATLAB/SIMULINK求解换热网络的最小温差和操作夹点位置,归纳了影响其变化的主要因素。以简单换热网络和现场原油换热网络为例进行验证,深入分析了最小温差的变化趋势。     

基于蒙特卡罗遗传算法的换热网络优化问题

在换热网络超结构及其数学模型的基础上,提出了换热网络优化的蒙特卡罗遗传混合算法,利用蒙特卡罗方法在解空间进行全局搜索,得到最佳换热匹配,由此引入遗传算法对网络优化问题中的连续性变量进一步优化,降低换热网络年综合费用。实例表明,应用蒙特卡罗遗传混合策略能在保证算法的全局搜索能力的前提下,提高换热网络优化效率,并能使换热匹配更加合理,减少加热器和冷却器的投入,降低网络的综合费用。     

糠醛精制装置扩产的换热网络结构调优与能量综合优化

运用过程系统能量综合优化的“三环节”方法，对一要扩产的轻质糠醛精制装置进行了能量综合优化。通过采用增设沉降罐、改二效蒸发为三效蒸发并优化各效的蒸发率、对换热网络进行优化合成及换热网络的结构调优等能量的工艺利用、回收及转化环节的改进措施，并建立换热网络结构调优的经济优化数学模型进行优化，使扩产的糠醛精制装置的能量综合优化改进方案能耗达到了国内先进水平。     

Design of optimum flexible heat exchanger networks for multiperiod process

Due to the rising of energy prices, energy saving became very important. Optimum design of Heat Exchanger Networks (HEN) is a successful way to minimize energy consumption. The present work discusses the design of optimal flexible heat exchanger networks that adapt with changes in streams’ start and target temperatures and heat capacity flowrates. For a process consisting of n periods, multiperiod LP and MILP models were used to determine the target utility requirements and the heat exchanger network configuration that achieves the minimum number of units and remain flexible to ensure minimum utility requirements at each period of operation. Applying these models on a multiperiod literature problem resulted in different solutions corresponding to different iteration runs. The optimum solution that realizes the least exchangers’ cost was compared with literature results for the same problem.     

基于专家系统有分流大规模换热网络超结构模型研究

对现有的换热网络超结构模型进行了回顾 ,分析并指出了它们的不足之处 ,进而提出了一种基于专家系统的换热网络超结构模型的方法。首先利用专家系统确定物流的分流及匹配禁止 ,然后在建立超结构数学模型时把由专家系统确定的匹配禁止作为约束条件 ,且只把由专家系统确定的有分流的物流进行分流 ,其余物流则不分流。该超结构模型非常适用于大规模换热网络的合成     

The Use of Pinch Technology to Reduce Utility Consumption in a Natural Gas Processing Plant

Abstract

The present work aims at investigating opportunities for energy conservation in Western Desert Gas Complex (WDGC) through modification of the heat exchanger train. Process simulation of the plant was performed using HYSYS steady-state simulation program. This step was necessary to furnish stream property data requested for heat analysis as well as condenser and reboiler duties. Adopting the pinch design technology, minimum heating and cooling energy requirements were calculated for different values of minimum approach temperature (ΔT_min). Two methods were used, the problem table algorithm of the pinch method and the linear programming method. Then designing the heat exchanger network (HEN) took place according to the pinch design method to achieve target utilities for each ΔT_min. The optimum HEN is that which achieves considerable heat recovery with least annualized total cost. The optimum HEN design was found to correspond to ΔT_min of 10°C and achieved saving of hot and cold utilities as 42 and 21%, respectively, compared to the actual utilities consumption of the existing plant. These savings can be realized by adding only two heat exchangers to the existing network with a payback period of ≈1 year.     

基于最小工程量和压力降考虑的换热网络改造

基于换热网络模拟技术、换热器单台优选技术以及夹点技术原理对现有换热网络实施瓶颈分析，实现以最小投资和最小工程量完成现有换热网络的改造。特别针对被加热物流在换热过程中出现汽化，形成气阻，压力降增加的问题，提出了相应的解决方案。