用虚拟温度法进行具有多流股换热器的换热网络综合

【摘要】：多流股换热器网络是一种新型的换热器网络。与双流股换热器相比，多流股换热 器以其高效率、结构紧凑及投资低在气体加工和石油化工等一些过程工业中有着广泛的 应用。 但是过去的20多年里人们把大部分精力用于传统的双流股换热器网络综合的研究， 有关多流股换热器网络综合问题的数学模型及求解技术的研究目前仍然很有限，本文是 在已建立合理的多流股换热器网络综合问题的数学模型基础上，采用虚拟温度法对多流 股换热器网络进行综合研究，主要包括如下内容： 1) 确定传热温差贡献值与传热过程有效能损失的关系 温差贡献值的确定到目前为止有两种方法，其一是对全过程流股取相同的温差贡献 值，此方法不能很好的对流股实际传热温差进行描述；其二是根据流股的传热膜系数和 单位传热面积费用来确定温差贡献值，此方法没有考虑到热力学的影响因素。我们在此 基础上，提出了一种新的确定温差贡献值的方法，该方法将流股的等有效能损失、传热 膜系数以及单位换热器面积费用等影响因素结合起来，综合考虑。此方法同时兼顾热力 学和经济性的影响因素，并根据两个具体的石化企业的工程实例来说明此种确定温差贡 献值方法在实际工程上的合理性。 2) 采用虚拟温度法对多流股换热器网络进行综合 应用虚拟温度法能使网络的传热温差分布更加合理，流股间能够直接进行垂直匹 配，并可以得到合理的初始网络，从而使得网络的总费用降低。我们在对换热网络综合 过程中采用流股虚拟温度代替流股的实际温度的方法，先产生一个好的初始种群，采用 大连理工大学化工系统工程研究所魏关锋博士提出的遗传／模拟退火算法求解多流股换 热网络综合问题，并采用虚拟温度法对多流股换热器网络的经济性进行了文献实例分 析，证明采用流股虚拟温度综合多流股换热器网络是有效的，同时也证明工业中应用多 流股换热器网络可以减小年度化总费用，带来较好的经济效益。 3) 三种不同的方法确定温差贡献值并用于多流股换热器网络综合的比较分析 对采用三种不同的方法确定温差贡献值综合出的多流股换热器网络的经济性进行 了文献实例计算和对比分析。针对文献上的三个例题，分别采用单一传热温差贡献值、 只考虑了传热膜系数和单位传热面积费用的温差贡献值以及考虑了等有效能损失确定 用虚拟沮度法进行具有多流股换热器的换热网络综合 温差贡献值三种不同的方法综合换热网络，计算结果表明，采用考虑了等有效能损失确 定温差贡献值要比其他两种方法综合换热网络有一定的优势。但是考虑到遗传/模拟退 火算法的随机性，所以我们不能以偏概全地肯定我们所提出的方法，这只是初步的工作 结果，还需要进一步深入地研究和探索。