常减压换热网络的优化方法技术

本发明专利技术涉及一种常减压换热网络的优化方法，通过采集工业换热器结构参数和工业换热器当前污垢热阻值，并建立针对工业换热器的多种换热器设计优化模型，采集工业物流物性和物流热力学性质，基于已建立的多种换热器设计优化模型和采集的物流热力学性质，建立常减压换热网络数学优化模型，并确定该常减压换热网络数学优化模型的优化边界条件，调整常减压换热网络冷热物流分流流量比率、工业换热器实际传热性能和传热温差，通过调整工业换热器的热负荷，以预设的最小化用能成本作为优化目标，对常减压换热网络数学优化模型做优化处理，且以达到该最小化用能成本的常减压换热网络数学优化模型作为最终的常减压换热网络，从而达到降低能源成本的效果。降低能源成本的效果。降低能源成本的效果。

【技术实现步骤摘要】
常减压换热网络的优化方法


[0001]本专利技术涉及常减压换热网络领域，尤其涉及一种常减压换热网络的优化方法。

技术介绍

[0002]在化工装置中，能量交换与回收利用是关键环节，换热网络则是通过整合多个换热设备实现这一目标。这些换热设备包括如管壳式换热器、空冷式换热器和板式换热器等，这些设备连接了具有余热或需要降温的热源和需要升温的冷物流，从而可以通过回收热源的热量，进一步减少过程装置的能耗，例如高温蒸汽和燃气等。换热网络的传热效率以及换热器的性能对过程节能效果及碳排放起到了非常重要的作用。
[0003]常减压装置是根据原油中各组分沸点的不同，利用蒸馏方法将原油切割成石脑油、航煤、柴油、蜡油和减压渣油馏分的装置，其蒸馏技术水平的高低直接关系着后续装置的质量、收益和经济效益。换热系统在此过程中实现原油与各馏分油的热量交换，回收各馏分油余热后再送至加热炉加热到一定温度，然后进入常压塔。在这个过程中，原油与各馏分油组成一个庞大而复杂的换热网络(又称常减压换热网络)。这样庞杂的换热网络不仅设备投资大，而且物流在各换热器之间流动时必然会导致热损失，或无法高效利用换热器换热能力，增加了能源成本。
[0004]在实际换热网络运行中，换热网络的热量流动或“分流”流量的控制调节，将会直接影响换热网络的传热效率及换热器的性能。但工业规模的换热网络系统，并整合多种换热器带来了极其复杂的系统体系。
[0005]因此，如何对常减压换热网络做出优化，并严格考虑换热网络中换热器设备性能产生对应操作的变化以降低能源成本，成为常减压换热网络亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目标是针对上述现有技术，提供一种常减压换热网络的优化方法。该常减压换热网络的优化方法能够准确模拟并优化炼油企业的换热网络操作，以此实现换热网络的高效运行。这一常减压换热网络的优化方法通过调整换热器的工作参数和流量分配，来提高换热网络的传热效率并大幅度降低热损失，从而为炼油企业提供具有高效率、低能耗的换热网络操作方案。
[0007]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：常减压换热网络的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008]步骤1，采集工业换热器结构参数和工业换热器当前污垢热阻值，并建立针对工业换热器的多种换热器设计优化模型；
[0009]步骤2，采集工业物流物性和物流热力学性质；
[0010]步骤3，基于已建立的多种换热器设计优化模型和采集的物流热力学性质，建立常减压换热网络数学优化模型，并确定该常减压换热网络数学优化模型的优化边界条件；
[0011]步骤4，调整常减压换热网络冷热物流分流流量比率、工业换热器实际传热性能和
传热温差；
[0012]步骤5，通过调整工业换热器的热负荷，以优化常减压换热网络的整体热力学效率；
[0013]步骤6，以预设的最小化用能成本作为优化目标，对常减压换热网络数学优化模型做优化处理，且以达到该最小化用能成本的常减压换热网络数学优化模型作为最终的常减压换热网络。
[0014]改进地，在所述常减压换热网络的优化方法中，所述工业换热器结构参数包括换热器几何参数。
[0015]改进地，在所述常减压换热网络的优化方法中，所述工业换热器种类包括单相流及两相流管壳式换热器。
[0016]再改进，在所述常减压换热网络的优化方法中，所述换热器设计优化模型包括输入参数集合和输出参数集合；其中，输入参数集合包括换热器种类、换热器结构参数、换热器流体热力学物性、冷热物流初始温度、冷热物流目标温度、冷热物流初始流量和冷热物流初始比热、分流边界约束条件和最小传热温差；输出参数集合包括优化后换热器总传热系数、优化后换热网络分流比率以及总公用工程消耗。
[0017]改进地，在所述常减压换热网络的优化方法中，所述常减压换热网络数学优化模型的建立过程如下：
[0018]步骤S1，建立换热网络能量平衡系统；其中，该换热网络能量平衡系统如下：
[0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027][0028](Th
i,lastk
‑
TThout
i
)Cph
i
＝qcu
i
[0029](TTcout
j
‑
Tc
j,firstk
)Cpc
j
＝qhu
j
[0030]dt
i,j,k
≤Th
i,k
‑
Tcout
i,j,k
+G
i,j
(1
‑
z
i,j,k
)
[0031]dt
i，j,k+1
≤Thout
i，j，k+1
‑
Tc
j，k+1
+G
i，j
(1
‑
z
i,j，k
)
[0032]dt
i，j，k
≥Th
i，k
‑
Tcout
i，j，k
+G
i，j
(1
‑
z
i，j，k
)
[0033]dt
i，j,k+1
≥Thout
i，j,k+1
‑
Tc
j,k+1
+G
i,j
(1
‑
z
i,j,k
)；
[0034]其中，i表示换热网络热流，j表示换热网络冷流，k表示换热网络的换热区间；Q(Total)表示换热网络冷流
‑
原油至加热炉总传热量；q
i,j,k
表示换热网络中的每台换热器传热量；qhu
j
表示冷流热公用工程消耗，qcu
i
表示热流冷公用工程消耗；Tcmix
j
表示冷流分流混合终温；Tcin
j
表示冷流初始温度；TTcout
j
表示冷流目标温度；Cpc(ave)
j
表示冷流总比热；Cpc
j
表示冷流分流平均比热；DT1表示原油与脱后原油的直接温差，DT2表示脱后原油与初底油的直接温差；Thin
i
表示热流初始温度；TThout
i
表示热流目标温度；Thmix
i
表示热流分流混合终温；Cph(ave)
i
表示热流总比热；Cph
i
表示热流分流平均比热；Th
i,k
表示热流流入换热区间温度；Tc
j,k
表示冷流流出换热区间温度；dt
i,j,k
表示换热器传热温差；z
i,j,k
表示换热网络结构参数；G
i,j
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.常减压换热网络的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，采集工业换热器结构参数和工业换热器当前污垢热阻值，并建立针对工业换热器的多种换热器设计优化模型；步骤2，采集工业物流物性和物流热力学性质；步骤3，基于已建立的多种换热器设计优化模型和采集的物流热力学性质，建立常减压换热网络数学优化模型，并确定该常减压换热网络数学优化模型的优化边界条件；步骤4，调整常减压换热网络冷热物流分流流量比率、工业换热器实际传热性能和传热温差；步骤5，通过调整工业换热器的热负荷，以优化常减压换热网络的整体热力学效率；步骤6，以预设的最小化用能成本作为优化目标，对常减压换热网络数学优化模型做优化处理，且以达到该最小化用能成本的常减压换热网络数学优化模型作为最终的常减压换热网络。2.根据权利要求1所述的常减压换热网络的优化方法，其特征在于，所述工业换热器结构参数包括换热器几何参数。3.根据权利要求1所述的常减压换热网络的优化方法，其特征在于，所述工业换热器种类包括单相流及两相流管壳式换热器。4.根据权利要求1所述的常减压换热网络的优化方法，其特征在于，所述换热器设计优化模型包括输入参数集合和输出参数集合；其中，输入参数集合包括换热器种类、换热器结构参数、换热器流体热力学物性、冷热物流初始温度、冷热物流目标温度、冷热物流初始流量和冷热物流初始比热、分流边界约束条件和最小传热温差；输出参数集合包括优化后换热器总传热系数、优化后换热网络分流比率以及总公用工程消耗。5.根据权利要求1～4任一项所述的常减压换热网络的优化方法，其特征在于，所述常减压换热网络数学优化模型的建立过程如下：步骤S1，建立换热网络能量平衡系统；其中，该换热网络能量平衡系统如下：步骤S1，建立换热网络能量平衡系统；其中，该换热网络能量平衡系统如下：步骤S1，建立换热网络能量平衡系统；其中，该换热网络能量平衡系统如下：步骤S1，建立换热网络能量平衡系统；其中，该换热网络能量平衡系统如下：
(Th
i，lastk
‑
TThout
i
)Cph
i
＝qcu
i
(TTcout
j
‑
Tc
j，firstk
)Cpc
j
＝qhu
j
dt
i，j，k
≤Th
i,k
‑
Tcout
i，j，k
+G
i，j
(1
‑
z
i，j，k
)dt
i，j，k+1
≤Thout
i，j，k+1
‑
Tc
j，k+1
+G
i，j
(1
‑
z
i，j,k
)dt
i,j，k
≥Th
i,k
‑
Tcout
i,j,k
+G
i,j
(1
‑
z
i,j，k
)dt
i,j,k+1
≥Thout
i，j,k+1
‑
Tc
j,k+1
+G
i，j
(1
‑
z
i，j，k
)；其中，i表示换热网络热流，j表示换热网络冷流，k表示换热网络的换热区间；Q(Total)表示换热网络冷流
‑
原油至加热炉总传热量；q
i，j，k
表示换热网络中的每台换热器传热量；qhu
j
表示冷流热公用工程消耗，qcu
i
表示热流冷公用工程消耗；Tcmix
j
表示冷流分流混合终温；Tcin
j
表示冷流初始温度；TTcout
j
表示冷流目标温度；Cpc(ave)
j
表示冷流总比热；Cpc
j
表示冷流分流平均比热；DT1表示原油与脱后原油的直接温差，DT2表示脱后原油与初底油的直接温差；Thin
i
表示热流初始温度；TThout
i
表示热流目标温度；Thmix
i
表示热流分流混合终温；Cph(ave)
i
表示热流总比热；Cph
i
表示热流分流平均比热；Th
i,k
表示热流流入换热区间温度；Tc
j，k
表示冷流流出换热区间温度；dt
i，j，k
表示换热器传热温差；z
i，j，k
表示换热网络结构参数；G
i，j
表示不等式调整参数；步骤S2，建立分流比率控制中心；其中，该分流比率控制中心的建立方式如下：步骤S2，建立分流比率控制中心；其中，该分流比率控制中心的建立方式如下：步骤S2，建立分流比率控制中心；其中，该分流比率控制中心的建立方式如下：步骤S2，建立分流比率控制中心；其中，该分流比率控制中心的建立方式如下：
C
pc
j∈原油，脱后原油，初底油(分流股)
＝y
j
Cpc(ave)
j
Cph
i∈减渣(分流股)
＝y
i
Cph(ave)
i
其中，y
j
表示冷流分流流量比率，y
i
表示热流分流流量比率；
步骤S3，建立换热网络有效传热方程；其中，换热网络有效传热方程如下：步骤S3，建立换热网络有效传热方程；其中，换热网络有效传热方程如下：其中，Uo
i，j，k
表示换热器结垢总传热系数，Uc
i，j，k
表示换热器清洁状态传热系数；Fouling表示换热器总结垢系数，Fc
LMTD
表示换热器平均对数温差修正系数；A
i，j,k
表示换热器有效几何传热面积。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨泽堃，张楠，
申请(专利权)人：湖州同润汇海科技有限公司，
类型：发明
国别省市：