兼顾求解速度和精度的换热网络动态模拟方法

以换热器集总参数动态模型为基础,首次建立了基于Grossmann分级超结构的换热网络动态模型和求解方法,可自动识别换热网络结构并建立相应的求解策略,实现了换热网络的动态模拟。模型中考虑了流体温度变化对物性和换热性能的影响,有效地提高了换热网络动态解的求解精度;采用内外双层解法,提高了换热网络动态解的求解速度。实例应用表明,基于Grossmann分级超结构的换热网络动态模型及求解策略可靠、准确,能够获得扰动后换热网络中流体参数的真实变化过程,为换热网络的动态优化和控制奠定了基础。     

换热网络模拟软件的开发及工程应用

对换热流程做模拟计算是检查换热流程当前运行状态和当工艺条件变化时其适应性的有效手段。换热网络模拟计算软件也是工艺设计人员的有力计算工具。该软件采用先进的网络新分解法，速度快、收敛稳定、可靠性高、具有很高的实用价值。     

分流约束下换热网络的面积目标

基于组合线能量分区的概念,提出分流约束条件下换热网络的面积目标计算方法.结果表明,当传热膜系数差别小时,分流结构具有较小的面积目标;而当传热膜系数差别大时,则分流受约束的网络结构也可具有良好的面积目标.     

有分流换热网络的弹性设计-基于温度波动情形

提出了基于温度波动的有分流换热网络的超结构模型和同步优化的弹性设计方法。首先对于起始温度在一定范围内波动的物流进行预处理。即分段处理。然后建立换热网络同步优化的数学模型,最后对分段物流进行合并,并通过能量松弛方法得取满意一定弹性要求的换热网络结构。     

考虑工况变迁和兼顾运行的换热网络优化设计

基于固定工况设计的换热网络无法保证变工况下的运行性能,以换热网络的运行优化和动态设计为出发点,提出了换热器旁路调节的方法,结合Grossmann的换热网络分级超结构模型,建立了换热网络旁路调节的数学模型和求解策略。利用蒙特卡罗随机技术和最速下降法混合优化策略获得了最佳旁路开度,保证了工况迁移时换热网络的运行性能。实例应用表明:旁路调节大大增加了换热网络的柔性,降低了运行费用。合理调整旁路开度可使得换热网络的运行始终处在较优状态,获得显著的经济效益。     

一种基于并行计算的混合算法优化有分流换热网络

换热网络优化是化工过程系统工程领域的研究难点,其数学模型具有高度的非凸、非线性,在使用单一启发式算法优化时,往往具有局限性。研究以换热网络的年综合费用最小为目标,针对强制进化随机游走（RWCE）算法在优化时由于个体间独立进化,导致优化过程中信息缺乏交流的问题,提出将遗传算法（GA）与其混合。混合后的算法在保持前一半优势种群中的个体单独进化的基础上,通过周期性的交叉、变异等操作产生子代来替换掉劣势种群,从而增强了原有算法的整型变量优化能力,并弥补了弱势个体无法更新的不足。为了兼顾算法在大种群下优化有分流换热网络的计算效率,节约时间成本,使用OpenMP系统将混合算法实现了并行化设计。通过三个不同规模的换热网络问题对并行后的混合算法进行验证,结果表明该算法能在有效提升优化质量的前提下相比串行算法大幅缩短计算时间,其中两个算例突破了目前文献最优解。     

某合成氨厂氨合成工段换热网络的模拟与优化

降低化工过程系统用能的手段之一就是应用系统能量综合技术,对整个系统进行用能的分析及调优,确定整个换热网络最佳的流程结构,在满足过程工艺物流初、终温要求的基础上,使其具有最少的设备投资费用和操作费用.基于夹点设计为主要方法,以年平均费用最小为目标,利用化工模拟软件SIMSCI HEXTRAN对某大型合成氨厂氨合成工段进行模拟,发现传热温差较大,用能状况有不尽合理之处,提出改善建议,并给出优化结果.     

第二换热网络的应用

本文介绍了“第二换热网络”的技术原理、能量回收措施及其应用效果。     

智能法合成最优换热网络

本文给出了合成最优换热网络时物流匹配换热的规则,结合设计实践和生产经验制定出物流匹配换热的人工智能图表,给出了合成步骤.依此,不必反复迭代调优,而用解析的方法一次就可以合成最优或接近最优的换热网络.经过大量实例考核,取得了令人满意的结果.     

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。最后,通过换热网络的最优合成设计实例,说明本方法的有效性和应用前景。     

无分流换热网络合成和控制的集成研究

提出了无分流换热网络合成和控制集成的策略和方法、步骤,建立了合成和控制同步优化的数学模型,使得换热网络的合成和控制的集成研究从试探法向数学规划方法发展,从理论研究向实用性方向发展,实现了同时考虑控制要求的换热网络的自动合成。通过示例说明了本文所提方法的有效性和实用前景。     

基于流程模拟的合成氨工艺换热网络优化

采用流程模拟等软件,对现有合成氨装置进行用能优化分析,提出节能改造方案,初步确定节能工艺流程图、物料与能量衡算、换热设备条件,为方案的制定提供节能思路,为方案的实施提供设计基础。     

换热网络运行模拟优化

换热网络系统大多数是按给定工况,以投资费用和运行费用最优为目标设计的。但在实际运行过程中,确定和不确定性的影响因素往往导致换热网络的运行工况偏离设计值。偏离设计工况运行的换热网络性能变差,导致运行费用增加,甚至不能满足工艺物流换热要求。在换热网络结构给定条件下,将满足物流目标温度和运行费用最优作为目标函数,以单体模型和Yee et al.（1990）提出的多级超结构为基础,建立换热网络运行模拟优化模型,并进一步去除恒定膜传热系数假设使模型贴近实际问题。针对提出的非线性数学模型（NLP）问题,以标准粒子群算法为基础建立求解策略。在论文的最后,4个来源于已发表论文的实例研究证明了该优化方法的有效性。     

无分流换热网络的弹性设计(Ⅰ)基于温度波动情形

提出了基于温度波动的无分流换热网络的超结构模型和同步优化的弹性设计方法。对于起始温度在一定范围内波动的物流进行预处理即分段处理,并提出了分段原则;提出了基于规则的网络超结构模型并建立了弹性换热网络同步优化的数学模型;采用遗传算法求解了所提出的优化数学模型;提出了分段物流的合并及能量松弛的原则,对分段物流进行合并,并通过能量松弛方法得到优化的弹性换热网络结构。通过几个换热网络的弹性设计,说明了本方法的有效性和应用前景。     

换热网络的同步综合设计

提出了换热网络的一种新的转运模型,以并串模式和非等温混合过程描述换热网络的热力学和经济性的总要求,不使用挟点分离、最小单元数等启发式规则,并允许交叉换热和不同物流间的膜传热系数与温差合理匹配.这一模型与优化模型相结合,自动产生换热网络,确定相应的最优公用工程费用、换热面积、换热器台数与冷热流间的匹配,其可行域由一集线性约束确定,鲁棒性很好,易于求解.该方法克服了换热网络的各种分步骤综合方法的缺陷(包括挟点技术、双温差法及相关数学规划方法).与文献上其它同步优化方法比较,具有模型简单、规模小、可算性强、初始化简易、计算结果可靠的优点.通过对文献中广泛使用的例题的检验,结果优于现有的其它方法.     

微机合成工业规模换热网络的新方法

分析了采用双最小换热温差合成换热网络的原理。基于允许能量穿越伪Ｐｉｎｃｈ点进行冷热流股匹配而不会招致外供能量的增加，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。本文提出了一种设计成本最低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。实例研究表明，用新方法合成的网络，结构简洁，且其年总花费比用Ｐｉｎｃｈ法得到的结果更接近预估目标值。     

工艺过程与换热网络的联合优化

提出了用超结构回归模型法来解决工艺过程与换热网络联合优化综合的课题,并且对超结构中整型变量的处理提出了整型变量连续化的方法,为有效地求解混合整数非线性规划问题(MINLP)提供了一种新的途径;应用该方法对某化肥厂的改造扩建进行了优化计算,表明该方法的应用可以产生很大的经济效益.     

换热网络的最佳逼近收缩温度

换热网络的最佳逼近收缩温度(Optimal Pinch Approach Tempe-rature)的计算包含有两个主要方面,在网络设计之前,需先做出换热面积的投资费与实际节约的热量及冷量费用的平衡。初始的最佳逼近收缩温度方程可由年净节约费用的最大值导出。在此之后,通过改变△T 收使得在“收缩”上、下方的流路热负荷呈线性相关,来探索减小换热器台数的最小值,就可进一步获得在经济方面的节约值。     

换热网络的夹点设计法

介绍了采用夹点技术进行换热网络的最优综合的三个步骤,即预分析、形成初始网络和调优。采用此法可得到一个最优或接近最优的换热网络     

换热网络旁路优化设计

提出了一种可以降低已有换热网络运行费用的旁路优化设计方法,使得网络控制自由度增大,运行费用明显降低。该优化设计方法将网络运行总费用作为目标函数,同时考虑结垢热阻对换热器换热效果的影响,经过多次优化计算确定旁路位置和开度,并根据现场具体情况选择合适的旁路开度下限,确定旁路数目,最终实现网络旁路优化设计。通过示例说明了本文所提方法的有效性和实用前景。