基于旁路优化控制的柔性换热网络经济性与控制性能评价及其集成优化设计

发布时间：2020-05-26 23:12

【摘要】：换热网络的最优综合大多以经济性为目标依据给定工况进行,然而其操作条件时常发生变化,比如设备老化和外界扰动等将导致设计结果偏离初始值,过程系统经济性变差。为此,有必要在设计之初留出一定的面积裕量以满足工艺和操作要求。因此,有学者提出了换热网络的柔性和弹性研究方法,考虑到过程系统的不确定性,为满足其柔性和弹性要求,在工艺设计时增大各换热器换热面积,提出了柔性和弹性换热网络最优综合方法。另一方面,有学者通过优化计算提出了换热网络面积裕量优化设计方法。这些裕量设计方法与基于柔性和弹性的分析方法都以满足换热网络的操作条件为目标,不涉及控制系统及其动态控制性能对柔性以及经济性的影响。此外,基于工艺指标设计的换热网络由于面积裕量不足、自由度低等原因也常常难以满足系统控制的需求,难以实现在线控制与优化。考虑到换热网络的优化控制,有研究者根据给定的换热网络结构优化其控制策略和操作策略,提出增加旁路的优化设计方法。这些方法可以在保持原来的换热网络物流匹配条件下,提高系统的控制自由度,改善换热网络的可控性,实现过程系统的持续节能优化,但是换热网络的优化控制一般不涉及控制系统与工艺设计及其对系统柔性的影响。为实现换热网络的持续节能优化,有必要在工艺设计阶段权衡换热网络的柔性及其控制性能两方面要求,提出一种基于柔性换热网络的旁路优化设计方法。首先,通过稳态流程模拟,定性分析换热网络柔性、控制性能与经济性能的关系,并在此基础上建立了面积裕量、柔性和控制性能的多目标优化模型,针对这一多目标优化问题,提出采用ε-约束法求解多目标优化的非劣解集合,并得出换热网络的面积裕量优化设计结果,为柔性换热网络的旁路优化控制奠定基础。然后,根据旁路设置对柔性的影响进行定量分析求解,判断旁路的位置,在此基础上,通过非方相关增益阵进行控制变量配对构成控制回路,并通过在线优化实现换热网络持续节能。最后,利用工艺设计与控制的集成优化思想,采用非线性规划方法,同时求解换热网络的旁路位置、面积裕量和控制器参数,得到兼顾过程系统的控制性能与经济性的柔性换热网络集成优化设计方法。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK124;TK32

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本文编号：2682547