热交换器群的设计方法及处理工厂技术

本发明专利技术提供一种有效率地设计热交换器群的技术，所述热交换器群设于进行被处理流体的处理的处理工厂。本发明专利技术为一种热交换器群的设计方法，所述热交换器群设于进行被处理流体的处理的处理工厂1，且包含多台ACHE2，并且所述热交换器群的设计方法在第一工序中，将ACHE设计的至少一个设计变量及所述ACHE的设置台数作为可变参数，设定所述可变参数的可变范围及变化单位；在第二工序中，设定包含未被选择为可变参数的设计变量的值的、所述ACHE的设计值。在第三工序中，通过计算机使可变参数变化，求出针对至少两个目标函数的帕雷托解，所述至少两个目标函数选自由将所述多台ACHE排列配置成一列时的所述热交换器群的设置长度、所述热交换器群所含的传热管的总传热面积、所述热交换器群所含的风扇的总消耗电力所组成的目标函数群中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热交换器群的设计方法及处理工厂
本专利技术涉及一种设计空冷式的热交换器群的技术。
技术介绍
在液化天然气(LiquefiedNaturalGas，LNG)工厂或石油精制工厂等处理工厂中，有将各种被冷却流体加以冷却的工艺。例如，空冷式热交换器(AirCooledHeatExchanger，ACHE)为向多数根管(传热管)供给冷却用空气，进行在这些管内流动的被冷却流体的冷却的热交换器的一种。ACHE可不使用冷却水等液体冷媒而将被冷却流体冷却，因而被广泛地用于各种处理工厂。例如，LNG工厂中有时设置有将近100台ACHE，决定ACHE的设置台数或设置区域的面积，为决定LNG工厂整体的设备布置图(plotplan)时应首先着手的重要的研究项目之一。另一方面，需要设置用于对ACHE供给冷却用空气的风扇或其驱动机构，其结构容易变得复杂。因此，在设计ACHE时，需要决定多数个设计变量，可发挥必要冷却能力的设计值的组合也并非一个。由于此种情况，处理工厂中的ACHE群的设计，有时必须投入巨大的劳力，并且反复进行试错(trialanderror)。专利文献1、2中，记载了使用计算机或运算部件，使直升机的旋翼(rotorblade)的翼型或高尔夫球杆轴(golfclubshaft)的多个目标函数最优化的技术，但并未公开任何在执行ACHE群的设计的方面所必需的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第4825099号公报专利文献2：日本专利第5476025号公报<br>
技术实现思路
专利技术所要解决的问题本专利技术是在此种背景下达成，提供一种有效率地设计热交换器群的技术，所述热交换器群设于进行被处理流体的处理的处理工厂。解决问题的技术手段本专利技术的热交换器群的设计方法中，所述热交换器群设于进行被处理流体的处理的处理工厂，且所述热交换器群包含多台ACHE(空冷式热交换器)，并且，所述热交换器群的设计方法包括：第一工序，将选自设计变量群中的至少一个设计变量、及设于所述热交换器群的ACHE的设置台数作为可变参数，设定所述可变参数的可变范围，其中，所述设计变量群包含：设于所述ACHE的管束的设计变量、所述管束所含的传热管的设计变量、设于所述ACHE的风扇的设计变量；第二工序，设定所述ACHE的设计值，所述ACHE的设计值包含：所述设计变量群所含的未被选择为所述可变参数的设计变量的值；以及第三工序，设定所述设计值后，通过计算机使所述可变参数变化，求出针对至少两个目标函数的帕雷托解(Paretosolution)，其中，所述至少两个目标函数选自于目标函数群，所述目标函数群是由将所述多台ACHE排列配置成一列时的所述热交换器群的设置长度、所述热交换器群所含的传热管的总传热面积、所述热交换器群所含的风扇的总消耗电力所组成。所述热交换器群的设计方法也可具备以下特征。(a)在所述第三工序中，使用多目标遗传算法或多目标粒子群最优化法，来求出所述帕雷托解。(b)在对所述处理工厂设有多个所述热交换器群时，还包括：第四工序，对所述多个热交换器群分别实施所述第一工序～第三工序，求出第一帕雷托解，所述第一帕雷托解为以所述设置长度及所述总传热面积作为目标函数的帕雷托解；以及第五工序，从与所述多个热交换器群各自有关的所述第一帕雷托解中选择所述设置长度及所述总传热面积的组合，基于这些的组合的选择结果，求出将所述多个热交换器群的ACHE排列配置成一列时的总设置长度、所述多个热交换器群的机器成本的至少一者。此处，在所述第五工序中，求出以所述总设置长度及所述机器成本两者作为目标函数的第二帕雷托解。此时，所述第五工序使用动态规划法进行求出。(c)所述管束的设计变量包含：选自设于一台ACHE的管束数、所述管束所含的传热管根数、所述管束所含的传热管的通过数、所述管束中的传热管的段数、所述管束内的传热管的配置间隔的类型、从所述管束的一端到另一端的传热管的管长中的设计变量；所述传热管的设计变量包含：选自所述传热管的外径、所述传热管的壁厚、所述传热管的排列间距中的设计变量；所述风扇的设计变量包含：选自设于一台ACHE的风扇的设置数、所述风扇的直径、所述风扇的风扇效率、通过所述风扇对所述ACHE供给的冷却用空气的前表面风速中的设计变量。(d)所述处理工厂为液化天然气工厂、石油精制工厂或气体处理工厂。另外，在本专利技术的进行被处理流体的处理的处理工厂中，包括：通过所述热交换器群的设计方法所设计的、所述多台ACHE。专利技术的效果根据本例的ACHE群的设计方法，有以下效果。针对选自多台空冷式热交换器(ACHE群)的设置长度、传热管的总传热面积、风扇的总消耗电力中的多个目标函数，使用计算机来求出帕雷托解，因而，可获得与处理工厂的要求相应的最优设计值。附图说明图1为LNG工厂的概略布置图。图2为表示所述LNG工厂的结构例的说明图。图3为表示设于所述LNG工厂的ACHE的结构例的纵截侧面图。图4为表示ACHE群的设计变量的变化的影响的说明图。图5为表示多个项中的ACHE群的设计变量的变化的影响的说明图。图6为表示与各项的ACHE群有关的第一帕雷托解的概要的说明图。图7为使用计算机搜索可实现的解的组合的结果。图8为表示将多个项的ACHE群组合的情况下的第二帕雷托解的概要的说明图。图9为表示实施方式的ACHE群的设计方法的实施顺序的说明图。图10为所述设计方法的第一、第二、第三工序的流程图。图11为图10的S101(评价模型的设定)的流程图。图12为所述设计方法的第四、第五工序的流程图。具体实施方式图1表示LNG工厂1的概略布置，所述LNG工厂1为适用本例的ACHE群的设计方法的处理工厂。所述LNG工厂1成为：在管架(piperack)12的周围，排列有构成LNG工厂1的机器的配置区域(机器配置区域11)的结构。一方面参照图2，一方面对LNG工厂1的结构例进行说明。例如，LNG工厂1利用预冷热交换器31将作为经前处理除去了杂质的被处理流体的NG(天然气)预冷却，利用洗涤塔(scrubcolumn)32进行气液分离后，利用极低温主热交换器(MCHE:MainCryogenicHeatExchanger)33进行液化、过冷却，而获得LNG。经洗涤塔32气液分离的液体由精馏部34精馏，精馏时所分离的轻质成分被送往MCHE33而成为LNG。作为进行NG的液化、过冷却的液化用冷媒，例如可使用将氮、甲烷、乙烷、丙烷等多种冷媒原料加以混合而成的混合冷媒(MR:MixedRefrigerant)。用于NG的液化、过冷却的MR以气体状态从MCHE33流出，被由燃气涡轮(G/T)等驱动的多个MR压缩机36依次压缩，并由设于各MR压缩机36的出口侧的MR冷却器204(由ACHE2构成)冷却。压缩、冷却后的MR由MR冷却器37进一步冷却后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热交换器群的设计方法，所述热交换器群设于进行被处理流体的处理的处理工厂，且所述热交换器群包含多台空冷式热交换器，所述热交换器群的设计方法的特征在于，包括：/n第一工序，将选自设计变量群中的至少一个设计变量、及设于所述热交换器群的空冷式热交换器的设置台数作为可变参数，设定所述可变参数的可变范围，其中，所述设计变量群包含：设于所述空冷式热交换器的管束的设计变量、所述管束所含的传热管的设计变量、设于所述空冷式热交换器的风扇的设计变量；/n第二工序，设定所述空冷式热交换器的设计值，所述空冷式热交换器的设计值包含：所述设计变量群所含的未被选择为所述可变参数的设计变量的值；以及/n第三工序，在设定所述设计值后，通过计算机使所述可变参数变化，求出针对至少两个目标函数的帕雷托解，其中，所述至少两个目标函数选自于目标函数群，所述目标函数群是由将所述多台空冷式热交换器排列配置成一列时的所述热交换器群的设置长度、所述热交换器群所含的传热管的总传热面积、所述热交换器群所含的风扇的总消耗电力所组成。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热交换器群的设计方法，所述热交换器群设于进行被处理流体的处理的处理工厂，且所述热交换器群包含多台空冷式热交换器，所述热交换器群的设计方法的特征在于，包括：
第一工序，将选自设计变量群中的至少一个设计变量、及设于所述热交换器群的空冷式热交换器的设置台数作为可变参数，设定所述可变参数的可变范围，其中，所述设计变量群包含：设于所述空冷式热交换器的管束的设计变量、所述管束所含的传热管的设计变量、设于所述空冷式热交换器的风扇的设计变量；
第二工序，设定所述空冷式热交换器的设计值，所述空冷式热交换器的设计值包含：所述设计变量群所含的未被选择为所述可变参数的设计变量的值；以及
第三工序，在设定所述设计值后，通过计算机使所述可变参数变化，求出针对至少两个目标函数的帕雷托解，其中，所述至少两个目标函数选自于目标函数群，所述目标函数群是由将所述多台空冷式热交换器排列配置成一列时的所述热交换器群的设置长度、所述热交换器群所含的传热管的总传热面积、所述热交换器群所含的风扇的总消耗电力所组成。


2.根据权利要求1所述的热交换器群的设计方法，其特征在于，
在所述第三工序中，使用多目标遗传算法或多目标粒子群最优化法，来求出所述帕雷托解。


3.根据权利要求1所述的热交换器群的设计方法，其特征在于，
在对所述处理工厂设有多个所述热交换器群时，还包括：
第四工序，对所述多个热交换器群分别实施所述第一工序～第三工序，求出第一帕雷托解，所述第一帕雷托解为以所述设置长度及所述总传热面积作为目标函数的帕雷托解；以及
第五工序，从与所述多个热交换器群各...

【专利技术属性】
技术研发人员：金泽慧，池田正喜，宫下俊一，
申请(专利权)人：日挥环球株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP