低溫過程多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性綜合的研究.pdf

1、低溫過程換熱器網(wǎng)絡(luò)大部分采用多流股換熱器，由于傳熱溫差小，在工程實(shí)踐過程中，更容易受到操作條件變化帶來的影響，因此低溫過程換熱器網(wǎng)絡(luò)的柔性問題更為突出。目前大多數(shù)文獻(xiàn)主要集中在雙流股換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性綜合方面的研究，由于多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性綜合問題的復(fù)雜性以及非線性數(shù)學(xué)模型全局最優(yōu)解的求解難度，使得這方面的研究極富挑戰(zhàn)性。本文為德國國家科學(xué)研究會(huì)DFG合作項(xiàng)目(多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)設(shè)計(jì)、柔性分析和動(dòng)態(tài)模擬)的子課題，主要的研究?jī)?nèi)容有以下幾個(gè)

2、方面： (1)通過對(duì)傳熱過程本質(zhì)的熱力學(xué)分析，提出了一種基于流股虛擬溫度的T-H圖以及多個(gè)操作點(diǎn)換熱器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洳⒓呗?，建立了一個(gè)新的有效的多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性綜合NLP模型。該模型的決策變量為流股的傳熱溫差貢獻(xiàn)值，有效地解決了由于低溫過程傳熱溫差小而難以選擇的問題，并且該模型不需要超結(jié)構(gòu)，沒有0-1變量，采用流股虛擬溫度的T-H圖垂直匹配法解決了復(fù)雜的傳熱過程可行性約束問題，進(jìn)化過程中的解均可行，從而顯著地降低了多流股換熱器

3、網(wǎng)絡(luò)柔性綜合問題的復(fù)雜性，為大規(guī)模柔性多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合問題提供了有效方法。 (2)提出了柔性多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)換熱器面積同步優(yōu)化的方法。本文指出目前多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性綜合存在著“過度綜合”的問題，綜合出的換熱器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備投資費(fèi)用較高，在換熱網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)換熱器面積相對(duì)過剩。因此本文以多個(gè)操作點(diǎn)換熱器網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洳⒓呗詷?gòu)成的柔性多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)的換熱器面積為優(yōu)化變量，重新分配換熱器網(wǎng)絡(luò)中換熱器的面積，實(shí)現(xiàn)了換熱器面積與柔性多流股換熱

4、器網(wǎng)絡(luò)年度總費(fèi)用的同步優(yōu)化，有效地降低了柔性多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)的年度總費(fèi)用，克服了以往換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性綜合“過度綜合”的問題。 (3)以更大的概率求取多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性綜合問題的全局最優(yōu)解。多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性綜合問題本質(zhì)上是求解混合整數(shù)非線性規(guī)劃問題(MINLP)，其非線性、非凸以及不可微的特性使得目標(biāo)函數(shù)存在多個(gè)局部最優(yōu)解。本文將遺傳/模擬退火算法應(yīng)用到多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性綜合及調(diào)優(yōu)問題的求解過程中，提出了多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性

5、綜合以及換熱器面積優(yōu)化問題初始可行解的產(chǎn)生方法，設(shè)計(jì)了用于多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)柔性綜合及換熱器面積優(yōu)化問題的交叉算子、變異算子、保留父代良好信息的0CX算子、保持多樣性的EC算子，引入了小生境技術(shù)、多種群進(jìn)化機(jī)制，有效地提高了遺傳算法的計(jì)算效率，能以更大的概率獲得全局最優(yōu)解。通過算例表明本文提出的方法對(duì)于解決柔性多流股換熱器網(wǎng)絡(luò)綜合問題是有效的。 (4)本文以國內(nèi)某乙烯裝置脫甲烷塔前預(yù)冷系統(tǒng)換熱器網(wǎng)絡(luò)用能分析為例，針對(duì)低溫過程換熱網(wǎng)