不确定性下基于多工况优化的可控性换热器网络综合

发布时间：2021-08-22 02:04

　　换热器网络在化工生产过程中起着能量回收、节能降耗的重要作用。常规换热器网络综合方法以经济性为目标进行参数和结构优化,导致换热设备之间的强烈耦合从而引起潜在的控制困难。此外,在实际生产中,无论是单个换热设备还是整个网络都不可避免地受到一些不确定性因素的干扰,故能够抵御这些扰动的可控性换热器网络是至关重要的。通过考虑网络结构与可控性之间的相互作用,提出可控性换热器网络综合方法,并基于多工况优化探究了决策变量对网络结构的影响。然后以柔性指数衡量扰动存在情况下换热器网络操作可行性,进一步优化换热器网络结构以抵御不确定性因素的干扰。最后,通过算例分析验证了该方法的可行性与有效性。 

【文章来源】：化工学报. 2020,71(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

考虑所有潜在旁路的无分流分级超结构

HEN1结构

在工业生产中，通常采用旁路开度调节的方式来实现换热器网络的控制，该方法具有自由度大、反应灵敏等优点。旁路开度不同，流经换热器的热容流率不同，导致换热器网络的最小传热温差不同，最终影响其经济性和可控性。并且不同的旁路开度调节存在相互影响，这会导致剧烈的控制回路间相互作用。本文同时对HEN1中旁路K1,K2和K3的开度作出调节，旁路开度调节上限设置为0.5[33]。旁路K1,K2和K3的开度变化对换热器网络年度总费用和相对增益矩阵数的影响分别如图4和图5所示。由图可知，不同旁路开度对换热器网络经济性和可控性有不同的影响。旁路K1和K2的开度变化对换热器网络年度总费用有着强烈影响：其开度增大，年度总费用增大。而旁路K3的开度变化对年度总费用的影响较小，但也呈现相同的规律。这是因为在流股匹配不变的情况下，随着旁路开度的增大，流经换热器流股的热容流率变小，而换热流股与流经旁路流股混合后的温度仍需满足换热网络整体热交换，因此被加热的换热流股温度变高，被冷却的换热流股温度变低，导致换热器面积增大，进而使得年度总费用增大。由图5可知，相对增益矩阵数随旁路K1和K2开度的变化趋势一致，两者与旁路K3协同作用于换热器网络的可控性。这是因为旁路K1和K2均为所在流股上的唯一旁路，受其他旁路影响较小，所以其对可控性的影响相似。然而由于换热网络的多控制回路特性，各控制回路之间有强烈的耦合作用，导致旁路开度不同对可控性有不同影响，但影响规律尚不明晰。如图所示，最小相对增益矩阵数对应于旁路K3的开度为0.5。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于相对增益分析的换热网络旁路设计[J]. 罗雄麟,白玉杰,侯本权,孙琳.  化工学报. 2011(05)



本文编号：3356778