原油换热网络操作夹点的控制方法技术

本发明专利技术为一种原油换热网络操作夹点的控制方法，对换热器进行机理建模，从而动态得出原油换热网络中各换热器的出口温度变化量；如果设原油换热网络中有Ｎ台换热器，则其操作夹点最小温差动态数学模型为：ΔＴ↓［ｍｉｎ］＝ＭＩＮ（ΔＴ↓［１］，ΔＴ↓［２］，…，ΔＴ↓［ｉ］，…，ΔＴ↓［Ｎ］）），其中ΔＴ↓［ｉ］是第ｉ台换热器中参与换热的冷、热物流的传热温差；根据所述机理建模后所得到的结果，利用所述的操作夹点最小温差动态数学模型，得出原油换热网络中的最小温差和操作夹点对应的冷热物流；将换热器增设旁路，从而间接地控制操作夹点温差，使之始终保持在最佳值上，进而得出最小公用工程用量。

Control method for operation pinch point of crude oil heat exchanger network

The invention relates to a control method for operation pinch point of crude oil heat exchanger network, mechanism modeling of heat exchanger, so that the dynamic crude oil heat exchange network in the heat exchanger outlet temperature variation; if the crude oil heat exchanger network in N heat exchanger, the minimum operating pinch point temperature difference dynamic the mathematical model for a T down min = MIN (T: 1, T: 2,... Here, a T i,... Here, a T or N)), which is a T: I heat transfer temperature difference heat transfer cold, to participate in the I heat exchangers in the heat of logistics; according to the obtained results after modeling the mechanism, the use of the operating pinch point and the minimum temperature difference dynamic mathematical model, and the logistics the small temperature difference and the operation of crude oil for heat in the network pinch point corresponding to the heat exchanger; adding a bypass, thereby indirectly control the operating pinch point temperature difference, to maintain the best value, then obtains the minimum amount of public works.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及石油化工的控制
，具体的讲是一种原油换热网络的操作夹点控制方法。
技术介绍
石油化工企业是我国的用能大户，而原油常减压蒸馏装置耗能极大，约占整个炼油厂炼油用能的20％～30％，该装置能耗的高低关键取决于常减压换热网络能量回收利用水平。当前，在对于提高换热网络能量回收水平的大量研究中，主要集中在夹点技术的利用上，夹点技术的提出是换热网络合成领域的一个重大突破，它基于热力学第二定律，以最大限度的能量回收与再利用为出发点，换热网络中的温度“夹点”限制了可能达到的最大热回收量，充分掌握“夹点”的特性，可以有效地进行换热网络的最优设计，而且夹点技术方法简单实用，工程技术人员可以发挥多年的工程设计和生产实践经验，合理地考虑一些必要的工程因素。夹点技术自诞生并经过二十多年来的发展，其应用深度和广度都在不断拓宽，在全世界范围内取得了显著的节能效果，如今已经发展成为换热网络设计的一个通用工具。实际换热网络能量回收过程中存在的问题(一)夹点技术用于换热网络的新设计时较为完善，因为大多数换热网络的设计都是针对某一特定的操作条件而进行的。但是，换热网络投入运行之后，化工生产过程中的生产条件经常在某一范围内变动，操作条件波动时，夹点温差以及公用工程如何变化，目前还没有文献涉及到此类研究。(二)目前，对于实际换热网络的控制，通常只控制换热物流的最终温度，对物流中间节点的温度则不予以调节。这样换热网络操作条件波动时，就不能及时将换热网络中冷热物流控制在最佳的温位匹配上，导致换热网络热回收量降低。(三)目前，换热网络大部分是和具体的装置连接在一起，网络更加复杂化，因此对于换热网络的操作状况进行深入分析并进行综合优化就显得尤为重要。如果能够根据夹点原理分析换热网络的实际操作过程，找出其中的瓶颈所在，从控制角度分析换热网络在运行过程中存在的问题，从而调整换热网络的控制策略，改进控制效果，就能真正在操作中实现换热网络热回收量的最大化，达到节能降耗的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，可以实施控制换热网络操作夹点最小温差的变换范围，实现操作夹点的最优化，达到最小公用工程用量。本专利技术的目的是这样实现的一种，其中，对换热器进行机理建模，从而动态得出原油换热网络中各换热器的出口温度变化量；如果设原油换热网络中有N台换热器，则其操作夹点最小温差动态数学模型为ΔTmin＝MIN(ΔT1，ΔT2，…，ΔTi，…，ΔTN))，其中ΔTi是第i台换热器中参与换热的冷、热物流的传热温差；根据所述机理建模后所得到的结果，利用所述的操作夹点最小温差动态数学模型，得出原油换热网络中的最小温差和操作夹点对应的冷热物流；将换热器增设旁路，从而间接地控制操作夹点温差，使之始终保持在最佳值上，进而得出最小公用工程用量。所述的原油换热网络中的最小温差为(Th，i-Tc，i)，所述的操作夹点对应的冷热物流分别为Tc，i、Th，i；将冷流在Tc，i上游的某台换热器增设旁路，旁路可以加在该冷流上，也可以加在与冷流换热的热流上，旁路可以跨过一台换热器也可以跨过多台换热器；同时将热流在Th，i上游的某台换热器也增设旁路，旁路可以加在该热流上，也可以加在与该热流换热的冷流上，同样，旁路可以跨过一台换热器也可以跨过多台换热器；通过调节所加的旁路的流量来控制Th，i、Tc，i，从而间接地控制操作夹点温差(Th，i-Tc，i)，使之不受操作干扰始终保持在最佳值上。操作夹点位置由温-焓图确定；其中，在热复合曲线移动时，冷复合曲线中必须对各换热器中对应的冷流曲线作相应的移动。所述的增设旁路是指通过在换热网络中的适当位置增设旁路，并安装控制阀，通过控制旁路流量来控制操作夹点处冷、热物流的温度，进而控制操作夹点温差，使之在装置运行过程中始终维持在设计值附近，实时控制换热网络操作夹点最小温差的变化范围，实现操作夹点的最优化，从而最大限度地降低换热网络的公用工程用量。所述的换热器为管壳式换热器；所述的管壳式换热器机理模型包括对于流体微元加以分析，依据热量动态平衡方程列写壳程、管程、管外壁、管内壁的动态数学模型。所述的换热器为蒸汽发生器；所述的蒸汽发生器机理模型包括对于流体微元加以分析，依据热量动态平衡方程列写管程、管内壁、管外壁、蒸汽发生量的动态数学模型。对所述的管壳式换热器建立离散化模型，即对作为分布参数模型的换热器模型进行分段离散化，在每一段上视为集中参数模型处理，再联立得到各段的集中参数模型，继而完成求解模型的计算，包括壳程、管程、管外壁、管内壁的离散化数学模型。对所述的蒸汽发生器建立离散化模型，即对作为分布参数模型的蒸汽发生器模型进行分段离散化，在每一段上视为集中参数模型处理，再联立得到各段的集中参数模型，继而完成求解模型的计算，包括管程、管外壁、管内壁、蒸汽发生量的离散化数学模型。所述的操作夹点最小温差是指利用夹点技术设计的换热网络投入运行之后，换热网络中热流与冷流实际温差的最小值。所述的操作夹点是指利用夹点技术设计的换热网络投入运行之后，实际换热网络中出现热流与冷流温差的最小值的位置就是操作夹点。本专利技术所述的方法用于原油换热网络，利用在某一特定操作条件下采用夹点技术设计的具有最小公用工程的一个简单网络，从设计和操作两个不同的角度剖析换热网络中的能量回收状况，给出操作过程中换热网络夹点最小温差的控制方法，分析公用工程的变化情况，并与换热网络常规控制方案进行对比，通过控制操作夹点最小温差降低公用工程用量，本专利技术根据夹点技术原理，在换热网络中增设旁路并控制旁路流量，来控制实际换热网络中某些物流的中间温度，继而控制实际换热网络中的操作夹点温差，使得换热网络在运行过程中始终处在最小公用工程用量的状态，达到节能降耗的目的。可见，与现有换热网络的控制技术相比，本专利技术不仅控制参与换热物流的终温，而且还控制某些换热物流的中间温度，可以使换热物流的温位匹配能随实际操作条件的改变而改变，从而使得整个换热网路的热量传递始终处在最佳状态。附图说明图1由温-焓图确定换热网络夹点和最小公用工程(设计)；图2换热网络常规控制方案；图3确定换热网络操作夹点；图4换热网络操作夹点控制方案；图5本专利技术控制方法流程示意图。具体实施例方式本专利技术为一种，如图5所示，该方法对换热器进行机理建模，从而动态得出原油换热网络中各换热器的出口温度变化量；如果设原油换热网络中有N台换热器，则其操作夹点最小温差动态数学模型为ΔTmin＝MIN(ΔT1，ΔT2，…，ΔTi，…，ΔTN))，其中ΔTi是第i台换热器中参与换热的冷、热物流的传热温差；根据所述机理建模后所得到的结果，利用所述的操作夹点最小温差动态数学模型，得出原油换热网络中的最小温差和操作夹点对应的冷热物流；将换热器增设旁路，从而间接地控制操作夹点温差，使之始终保持在最佳值上，进而得出最小公用工程用量。本专利技术所述的原油换热网络中的最小温差为(Th，i-Tc，i)，所述的操作夹点对应的冷热物流分别为Tc，i、Th，i；将冷流在Tc，i上游的某台换热器增设旁路，旁路可以加在该冷流上，也可以加在与冷流换热的热流上，旁路可以跨过一台换热器也可以跨过多台换热器；同时将热流在Th，i上游的某台换热器也增设旁路，旁路可以加在该热流上，也可以加在与该热流换热的冷流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原油换热网络操作夹点的控制方法，其特征在于，对换热器进行机理建模，从而动态得出原油换热网络中各换热器的出口温度变化量；如果设原油换热网络中有Ｎ台换热器，则其操作夹点最小温差动态数学模型为：ΔＴ↓［ｍｉｎ］＝ＭＩＮ（ΔＴ↓［１］，ΔＴ↓［２］，…，ΔＴ↓［ｉ］，…，ΔＴ↓［Ｎ］）），其中ΔＴ↓［ｉ］是第ｉ台换热器中参与换热的冷、热物流的传热温差；根据所述机理建模后所得到的结果，利用所述的操作夹点最小温差动态数学模型，得出原油换热网络中的最小温差和操作夹点对应的冷热物流；　将换热器增设旁路，从而间接地控制操作夹点温差，使之始终保持在最佳值上，进而得出最小公用工程用量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗雄麟，杜殿林，左信，张俊峰，解增忠，
申请(专利权)人：石油大学北京，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]