大規(guī)模柔性換熱器網(wǎng)絡綜合的研究.pdf

1、換熱器網(wǎng)絡(HEN)在化工過程系統(tǒng)的用能中占有舉足輕重的地位，其綜合與優(yōu)化一直是化工過程系統(tǒng)工程學研究的熱點與重點內(nèi)容之一。本文針對當前換熱器網(wǎng)絡綜合方法中所存在的計算復雜、實用性差、適應性不佳等問題展開了大規(guī)模柔性換熱器網(wǎng)絡綜合的研究，主要研究內(nèi)容及成果如下:
　　(1)提出了確定性條件下大規(guī)模多流股換熱器網(wǎng)絡綜合方法，該方法基于虛擬溫焓圖得到初始網(wǎng)絡，在此基礎上提出了用于子網(wǎng)絡劃分及對劃分方式優(yōu)化的合并向量。對于子網(wǎng)絡的綜合，

2、本文分別給出了改進的超結(jié)構(gòu)法以及啟發(fā)式策略，該啟發(fā)式策略可同時適用于雙流股換熱器及多流股換熱器，并可通過公共流股的分支系數(shù)對子網(wǎng)絡進一步優(yōu)化。本方法兼顧優(yōu)化質(zhì)量與求解效率，可高效求解大規(guī)模換熱器網(wǎng)絡綜合問題，作為柔性換熱器網(wǎng)絡綜合的基礎。
　　(2)在應用柔性指數(shù)的換熱器網(wǎng)絡柔性分析方法中，提出了以方向矩陣表示不確定參數(shù)波動方向，進而搜索出限制過程柔性的臨界點所在方向;其中柔性指數(shù)為一個衡量過程結(jié)構(gòu)柔性大小的指標。對于凸及非凸可行

3、域問題，文中分別以搜索矩陣法及并行模擬退火算法搜索臨界方向，后者亦適用于凸問題。該方法不僅能快速求解柔性指數(shù)，而且能直觀地給出臨界點位置，可用于指導柔性換熱器網(wǎng)絡綜合中對網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的改造。
　　(3)提出一種柔性換熱器網(wǎng)絡綜合的分步方法，依次進行網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)綜合及換熱器面積優(yōu)化。結(jié)構(gòu)綜合中，基于拓撲并集法提出了一種迭代策略，以此找出滿足柔性要求的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，作為面積優(yōu)化的基礎;文中根據(jù)換熱器面積對網(wǎng)絡柔性及總費用的影響規(guī)律提出了一個用于換

4、熱器面積優(yōu)化的迭代公式，該迭代式求解效率高、魯棒性強。同時，由于本方法不含多周期假設，而以柔性檢測確保換熱器網(wǎng)絡柔性滿足要求，故可廣泛適用于凸及非凸可行域的柔性換熱器網(wǎng)絡綜合問題。
　　(4)本文詳細研究了模擬退火算法、遺傳算法及模擬退火遺傳混合算法，針對換熱器網(wǎng)絡的優(yōu)化問題給出了適宜的算法參數(shù)選取及操作設計方案;并改進了遺傳算法中交叉的個體選取方式，在根據(jù)交叉概率隨機交叉的基礎上，選取一定比例的基因差異較大者、適應值較高者進行交